ogólne
niob (po Niobe, córka tantalu) jest pierwiastkiem chemicznym o symbolu pierwiastka Nb i liczbie atomowej 41. Jest jednym z metali przejściowych, w układzie okresowym znajduje się w piątym okresie i piątej podgrupie (grupie 5) lub grupie wanadu.,
w anglosaskim obszarze językowym jest do dziś wielu metalurgów, dostawców materiałów i w użytku prywatnym używane długie przestarzałe oznaczenie columbium i Skrót Cb.
rzadko występujący metal ciężki jest szary i łatwo plastyczny. Niob może być ekstrahowany z minerałów kolumbit, koltan (kolumbit-tantalit) i loparyt. Stosowany jest głównie w metalurgii do produkcji specjalnych stali i poprawy spawalności.
niob został odkryty przez Charlesa Hatchetta w 1801 roku., Odkrył ją w Rudzie kolumbitu (pierwsze znalezisko w korycie rzeki w Kolumbii), która została wysłana do Anglii przez Johna Winthrop około 1700 roku. Hatchett nazwał pierwiastek columbium. Do połowy XIX wieku zakładano, że Kolumb i Tantal, Odkryte w 1802 roku, były tym samym pierwiastkiem, ponieważ prawie zawsze występują razem w minerałach (parageneza).
dopiero w 1844 roku Berliński profesor Heinrich Rose pokazał, że niob i kwas tantalowy są różnymi substancjami., Nie wiedząc o pracy Hatchetta i jego nazewnictwie, nazwał ponownie Odkryty element ze względu na jego podobieństwo do tantalu po Niobe, córce Tantala.
dopiero po 100 latach debaty Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) przedstawiła w 1950 roku niob jako oficjalną nazwę pierwiastka.
w 1864 roku Christian Wilhelm Blomstrand zdołał wyprodukować metaliczny niob poprzez redukcję chlorku niobu z wodorem w cieple. W 1866 roku Charles Marignac potwierdził tantal jako odrębny element.,
w 1907 roku Werner von Bolton wyprodukował bardzo czysty niob poprzez redukcję heptafluoroniobatu sodem.
występowanie
niob jest rzadkim pierwiastkiem o udziale 1,8 · 10 w skorupie ziemskiej−3 %. To nie wygląda godnie. Ze względu na podobne promienie jonowe, niob i Tantal są zawsze rodzeństwem. Najważniejszymi minerałami są kolumbit (Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6, który jest również znany jako niobit lub tantalit w zależności od zawartości niobu lub tantalu, a także pirochlore (nacanb2o6f).,
inne minerały najczęściej rzadkie to:
- Euksenit .
- olmsteadit (Kfe2(Nb, Ta) 2 · H2O) I
- Samarskit ((Y, He)43)
złoża niobu w karbonatytach, w których pyrochlore zgromadził się w glebach zwietrzałych, są przedmiotem zainteresowania gospodarczego. Roczna produkcja w 2006 roku wyniosła prawie 60.000 t, z czego 90% wydobywano w Brazylii. W ostatnich latach produkcja znacznie wzrosła. Brazylia i Kanada są głównymi producentami koncentratów mineralnych zawierających niob., Duże złoża rudy znajdują się również w Nigerii, Demokratycznej Republice Konga i Rosji.
ekstrakcja i prezentacja
ponieważ niob i Tantal zawsze występują razem, rudy niobu i tantalu są najpierw trawione razem, a następnie oddzielone przez krystalizację frakcyjną lub inną rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych. Pierwszy taki proces separacji przemysłowej został opracowany przez Galissarda de Marignac w 1866 roku.,
po pierwsze, rudy są narażone na działanie mieszaniny stężonego kwasu siarkowego i fluorowodorowego w temperaturze 50-80 ° C. złożone fluorki 2− i 2−, które są łatwo rozpuszczalne.
sole dipotasowe tych fluorków mogą być utworzone przez przekształcenie ich w fazę wodną i dodanie fluorku potasu. Tylko fluorek tantalu jest trudno rozpuszczalny w wodzie i wytrąca się. Łatwo rozpuszczalny fluorek niobu można zatem oddzielić od tantalu. Obecnie jednak separacja przez ekstrakcję ketonem metylowo-izobutylowym jest powszechna., Trzecią możliwością oddzielenia jest destylacja frakcyjna chlorków nbcl5 i TaCl5. Mogą one być wytwarzane przez reagowanie rud, koksu i chloru w wysokich temperaturach.
pięciotlenek niobu jest najpierw wytwarzany z oddzielonego fluorku niobu w reakcji z tlenem. Jest to albo najpierw przekształcane w węglik niobu z węglem, a następnie redukowane do metalu z dalszym pięciotlenkiem niobu w temperaturze 2000 ° C w próżni lub uzyskiwane bezpośrednio przez glinotermicznie., Większość niobu dla przemysłu stalowego jest produkowana w ten sposób, z dodatkiem tlenku żelaza w celu uzyskania stopu żelazo-niob (60% niobu). Jeśli halogenki są używane jako materiał wyjściowy do redukcji, odbywa się to z sodem jako środkiem redukującym.
właściwości
niob jest ciągliwym metalem ciężkim o szarym połysku. Stany utleniania -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 są znane. Podobnie jak w przypadku wanadu, który znajduje się powyżej niobu w układzie okresowym, poziom +5 jest najbardziej spójny., Chemiczne zachowanie niobu jest prawie identyczne z tantalem, który znajduje się bezpośrednio pod niobem w układzie okresowym.
w wyniku powstania warstwy pasywnej (warstwy ochronnej) niob jest bardzo odporny na powietrze. Większość kwasów nie atakuje go w temperaturze pokojowej. Tylko kwas fluorowodorowy, zwłaszcza po zmieszaniu z kwasem azotowym i gorącym, stężonym kwasem siarkowym, szybko korodują metaliczny niob. Niob jest również niestabilny w gorących alkaliach, ponieważ rozpuszczają warstwę pasywną., W temperaturze powyżej 200 ° C zaczyna się utleniać w obecności tlenu. Spawanie przetwarzanie niobu musi odbywać się w atmosferze gazu ochronnego ze względu na jego niestabilność w powietrzu.
dodatek wolframu i molibdenu do niobu zwiększa jego odporność na ciepło, a aluminium zwiększa jego wytrzymałość.
wysoka temperatura przejścia niobu 9,25 K, poniżej której jest nadprzewodzący, a jego zdolność do łatwego wchłaniania gazów jest niezwykła., Jeden gram niobu może wchłonąć 100 cm3 wodoru w temperaturze pokojowej, który był wcześniej stosowany w technologii rur próżniowych.
zastosowanie
niob jest stosowany jako dodatek stopowy do stali nierdzewnych, specjalnych stali nierdzewnych (np. charakteryzują się zwiększoną wytrzymałością mechaniczną., Nawet w stężeniach od 0,01 do 0,1 procent masy, niob w połączeniu z termomechanicznym walcowaniem może znacznie zwiększyć wytrzymałość i wytrzymałość stali. Pierwsze próby użycia niobu jako pierwiastka stopowego (zastąpienie wolframu) miały miejsce w USA w 1925 roku. Stale rafinowane w ten sposób są często stosowane w budowie rurociągów. Jako silny węglik, niob jest również dodawany do materiałów spawalniczych w celu wiązania węgla.,
inne zastosowania to:
- zastosowanie w technologii jądrowej ze względu na niski przekrój wychwytu neutronów termicznych.
- produkcja elektrod spawalniczych stabilizowanych niobem jako wypełniacze spawalnicze do stali nierdzewnych, specjalnych stali nierdzewnych i stopów na bazie niklu
- ze względu na niebieskawy kolor jest używany do piercingu biżuterii i wyrobu biżuterii.
- w przypadku monet z niobem (monety bimetaliczne) kolor rdzenia niobu może się znacznie różnić w wyniku procesów fizycznych (np., 25 monet euro z Austrii).
- znaczne ilości są stosowane jako żelazobium i niklowo-niobowe w przemyśle metalurgicznym do produkcji nadstopów (stopów niklu, kobaltu i żelaza). Produkowane są z niego części statyczne do stacjonarnych i latających turbin gazowych, części rakietowe i elementy żaroodporne do budowy pieców.
- niob jest stosowany jako materiał anodowy w niobowych kondensatorach elektrolitycznych. Tlenek niobu, tlenek niobu (V), ma wysoką wytrzymałość dielektryczną., Jest nakładany na powierzchnię anody niobowej w tak zwanym procesie formowania i służy jako dielektryk w tym kondensatorze. Kondensatory elektrolityczne niobu konkurują z bardziej popularnymi kondensatorami elektrolitycznymi tantalu.
- to szklane żarówki halogenowe Na zewnątrz z. B. niob, część promieniowania cieplnego żarnika wolframowego jest odbijana z powrotem do wnętrza. Dzięki temu można uzyskać wyższą temperaturę pracy, a tym samym większą wydajność świetlną przy niższym zużyciu energii.
- jako katalizator (np., w produkcji kwasu solnego i w produkcji alkoholi z butadienu),
- jako nioban potasu (związek chemiczny potasu, niobu i tlenu), który jest stosowany jako pojedynczy kryształ w technologii laserowej i nieliniowych systemach optycznych
- jako materiał elektrody do wysokociśnieniowych lamp sodowych
- nadprzewodnictwo: w temperaturach poniżej 9,5 K czysty niob jest nadprzewodnikiem typu II., Stopy niobu (z N, o, Sn, AlGe, Ge) należą do trzech czystych pierwiastków niobu, wanadu i technetu ,a także substancji typu II-Nadprzewodnikami są: temperatury przejściowe tych stopów wynoszą od 18,05 K (Niobium cyna, Nb3Sn) do 23,2 K (Niobium germanu, nb3ge). Nadprzewodzące rezonatory wnękowe wykonane z niobu są stosowane w akceleratorach cząstek (m.in. XFEL i FLASH w DESY w Hamburgu). Do generowania wysokich pól magnetycznych do około 20 Tesli stosuje się nadprzewodzące magnesy z drutami wykonanymi z niobu-cyny i niobu-tytanu., Na przykład 600 ton niobu-cyny i 250 ton niobu-tytanu są używane do eksperymentalnego reaktora termojądrowego ITER. Magnesy nadprzewodzące LHC są również wykonane ze stopów niobu.
instrukcje bezpieczeństwa
chociaż niob jest uważany za nietoksyczny, metalowy pył niobu podrażnia oczy i skórę. Pył niobowy jest wysoce łatwopalny.
fizjologiczny sposób działania niobu jest nieznany.,>
| izotop | NH | T1/2 | za | ze (MeV) | ZP |
|---|---|---|---|---|---|
| 91nb | {syn.,} | 680 a | ε | 1,253 | 91Zr |
| 92Nb | {Syn.} | 3,47 · 107 a | ε | 2,006 | 92Zr |
| β- | 0,356 | 92Mo | |||
| 93Nb | 100 % | Stable | |||
| 93metaNb | {Syn.} | 16,13 a | IT | 0,031 | 93Nb |
| 94Nb | {Syn.} | 20300 a | β- | 2,045 | 94Mo |
| 95Nb | {Syn.,p>
Danger |
||||
| H and P phrases | H: 250 | ||||
| EUH: no EUH rates | |||||
| P: 222-231-422 | |||||
| Hazardous InformationPowder
Light- (F)
|
|||||
| R and S phrases | R: 11 | ||||
| S: 43 | |||||
