General
Niobiu (după Niobe, fiica lui tantal) este un element chimic cu simbolul elementului Nb și numărul atomic 41. Este unul dintre metalele de tranziție, în tabelul periodic este în perioada a 5-a și al 5-lea subgrup (grupa 5) sau grup de vanadiu.,
în zona de limbă Anglo-saxonă este încă astăzi mulți metalurgiști, furnizori de materiale și în uz privat denumirea învechită columbium și abrevierea CB folosită.
metalul greu rar este de culoare gri și ușor maleabil. Niobiul poate fi extras din mineralele columbite, coltan (columbite-tantalite) și loparite. Este utilizat în principal în metalurgie pentru a face oțeluri speciale și pentru a îmbunătăți sudabilitatea.
niobiul a fost descoperit de Charles Hatchett în 1801., El a găsit-o în minereul columbit (găsit pentru prima dată într-un râu din Columbia), care a fost trimis în Anglia de John Winthrop în jurul anului 1700. Hatchett a numit elementul columbium. Până la mijlocul secolului al XIX-lea sa presupus că columbiul și tantalul, descoperite în 1802, erau același element, deoarece aproape întotdeauna apar împreună în minerale (parageneză).
abia în 1844 profesorul din Berlin Heinrich Rose a arătat că niobiul și acidul tantalic sunt substanțe diferite., Neștiind despre munca lui Hatchett și denumirea sa, el a numit elementul redescoperit din cauza asemănării sale cu tantalul după Niobe, fiica lui Tantalus.
abia după 100 de ani de dezbatere, Uniunea Internațională de Chimie Pură și aplicată (IUPAC) a prezentat în 1950 niobiul ca nume oficial al elementului.
În 1864 Christian Wilhelm Blomstrand reușit să producă metalice niobiu prin reducerea niobiu cu clorură de hidrogen în căldură. În 1866, Charles Marignac a confirmat tantalul ca element separat.,
în 1907 Werner von Bolton a produs niobiu foarte pur prin reducerea unui heptafluoroniobat cu sodiu.
eveniment
Niobiu este un element rar, cu o cotă de 1,8 · 10 în pământ”s crusta−3 %. Nu pare demn. Datorită razelor ionice similare, niobiul și tantalul sunt întotdeauna frați. Cele mai importante minerale sunt columbit (Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6, care este, de asemenea, cunoscut sub numele de niobite sau tantalite în funcție de conținutul de niobiu sau tantal, precum și pyrochlore (NaCaNb2O6F).,
cea mai mare parte de Alte minerale rare sunt:
- Euxenite .
- Olmsteadit (KFe2(Nb, Ta) 2 · H2O) și
- Samarskit ((Y, A)43)
Niobiu depozitele în carbonatites, unde pyrochlore a acumulat în erodate soluri, sunt de interes economic. Producția anuală în 2006 a fost de aproape 60.000 t, din care 90% a fost exploatată în Brazilia. În ultimii ani, producția a crescut semnificativ. Brazilia și Canada sunt principalii producători de concentrate minerale care conțin niobiu., Depozitele mari de minereu sunt, de asemenea, situate în Nigeria, Republica Democrată Congo și Rusia.
Extracție și de prezentare
De niobiu și tantal apar întotdeauna împreună, niobiu și tantal minereuri sunt mai întâi digerate împreună și apoi separate prin cristalizarea fracționată sau diferit de solubilitate în solvenți organici. Primul astfel de proces de separare industrială a fost dezvoltat de Galissard de Marignac în 1866.,
în primul rând, minereurile sunt expuse la un amestec de acid sulfuric concentrat și acid fluorhidric la 50-80 ° C. fluorurile complexe 2− și 2−care sunt ușor solubile.
La dipotasic sărurile acestor fluoruri pot fi formate prin transformarea ei într-o fază apoasă și adăugarea de fluorură de potasiu. Numai fluorura de tantal este puțin solubilă în apă și precipită. Fluorura de niobiu ușor solubilă poate fi astfel separată de tantal. În zilele noastre, totuși, separarea prin extracție cu metil izobutil cetonă este comună., O a treia posibilitate de separare este prin distilarea fracționată a clorurilor Nbcl5 și TaCl5. Acestea pot fi produse prin reacția minereurilor, cocsului și clorului la temperaturi ridicate.
pentoxidul de niobiu este produs mai întâi din fluorura de niobiu separată prin reacția cu oxigenul. Aceasta este mai întâi transformată în carbură de niobiu cu carbon și apoi redusă la metal cu pentoxid de niobiu suplimentar la 2000 ° C într-un vid sau obținută direct prin aluminotermic., Cea mai mare parte a niobiului pentru industria siderurgică este produsă în acest fel, cu oxid de fier adăugat pentru a obține un aliaj de fier-niobiu (60% niobiu). Dacă halogenurile sunt utilizate ca materie primă pentru reducere, acest lucru se face cu sodiu ca agent reducător.
Proprietati
Niobiu este un ductil metal greu cu o gri luciu. Stările de oxidare -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 sunt cunoscute. Ca și în cazul vanadiului, care este deasupra niobiului în tabelul periodic, nivelul +5 este cel mai consistent., Comportamentul chimic al niobiului este aproape identic cu cel al tantalului, care este direct sub niobiu în tabelul periodic.
ca urmare a formării unui strat pasiv (strat protector), niobiul este foarte rezistent la aer. Prin urmare, majoritatea acizilor nu o atacă la temperatura camerei. Numai acidul fluorhidric, în special atunci când este amestecat cu acid azotic și acid sulfuric fierbinte, concentrat, corodează rapid niobiul metalic. Niobiul este, de asemenea, instabil în alcalii fierbinți, deoarece dizolvă stratul pasiv., La temperaturi de peste 200 ° C începe să se oxideze în prezența oxigenului. Prelucrarea prin sudare a niobiului trebuie să aibă loc într-o atmosferă protectoare de gaz din cauza instabilității sale în aer.
adăugarea de tungsten și molibden la niobiu crește rezistența la căldură și aluminiu crește rezistența.
temperatura ridicată de tranziție a niobiului de 9,25 K, sub care este supraconductor, iar capacitatea sa de a absorbi cu ușurință gazele sunt remarcabile., Un gram de niobiu poate absorbi 100 cm3 de hidrogen la temperatura camerei, care a fost utilizat anterior în tehnologia tuburilor vidate.
Utilizare
Niobiu este folosit ca un aliaj aditiv pentru oteluri inoxidabile, speciale, oteluri inoxidabile (de exemplu conducte pentru producerea acidului clorhidric) și neferoase aliaje, ca niobiu-materiale aliate sunt caracterizate prin rezistență mecanică sporită., Chiar și în concentrații de 0,01 până la 0,1 procente de masă, niobiul în combinație cu laminarea termomecanică poate crește semnificativ rezistența și duritatea oțelului. Primele încercări de utilizare a niobiului ca element de aliere (înlocuirea tungstenului) au avut loc în SUA în 1925. Oțelurile rafinate în acest mod sunt adesea folosite în construcția conductelor. Ca un fost carbură puternică, niobiu este, de asemenea, adăugat la consumabile de sudare pentru a lega de carbon.,
Alte utilizări includ:
- Aplicare în tehnologia nucleară din cauza scăzut de captare secțiune transversală a neutronilor termici.
- producția de electrozi de sudură stabilizați cu niobiu ca umpluturi de sudură pentru oțeluri inoxidabile, oțeluri inoxidabile speciale și aliaje pe bază de nichel
- datorită culorii sale albăstrui, este utilizat pentru piercing bijuterii și bijuterii.
- în cazul monedelor cu niobiu (monede bimetale), culoarea miezului de niobiu poate varia foarte mult datorită proceselor fizice (de ex., 25 de monede euro din Austria).
- cantități Semnificative sunt folosite ca ferroniobium și nichel niobiu în industria metalurgică pentru producția de superaliajelor (nichel, cobalt și fier aliaje). Din aceasta sunt fabricate piese statice pentru turbine cu gaz staționare și zburătoare, piese de rachetă și componente rezistente la căldură pentru construcția cuptorului.
- niobiul este utilizat ca material anodic în condensatoarele electrolitice cu niobiu. Un oxid de niobiu, oxid de niobiu (V), are o rezistență dielectrică ridicată., Se aplică pe suprafața anodului de niobiu într-un așa-numit proces de formare și servește ca dielectric în acest condensator. Condensatoarele electrolitice cu niobiu concurează cu cele mai populare condensatoare electrolitice cu tantal.
- sunt becurile de sticlă ale becurilor cu halogen în exterior cu z. B. niobiu, o parte din radiația termică a filamentului de tungsten este reflectată înapoi în interior. Ca urmare, o temperatură de funcționare mai ridicată și, prin urmare, o eficiență luminoasă mai mare poate fi obținută cu un consum mai mic de energie.
- ca un catalizator (de ex., în producția de acid clorhidric și în producția de alcooli de butadienă),
- Ca de niobat de potasiu (compus chimic de potasiu, niobiu și oxigen), care este folosit ca un singur cristal în tehnologie laser și pentru non-liniare sisteme optice
- Utilizare ca material de electrod de înaltă presiune lămpi cu vapori de sodiu
- Supraconductibilitate: La temperaturi mai mici de 9,5 K, niobiu pur este un supraconductor de tip II., Aliaje de niobiu (cu N, O, Sn, AlGe, Ge) aparțin cele trei elemente pure niobiu, vanadiu și technețiu precum și substanțe de tip II -Supraconductori sunt: temperatura de tranziție ale acestor aliaje sunt între 18,05 K (niobiu staniu, Nb3Sn) și 23,2 K (germaniu niobiu, Nb3Ge). Rezonatoarele cavităților supraconductoare realizate din niobiu sunt utilizate în acceleratoarele de particule (inclusiv XFEL și FLASH la DESY din Hamburg). Pentru a genera câmpuri magnetice ridicate de până la aproximativ 20 Tesla, se folosesc magneți superconductori cu fire din niobiu-staniu și niobiu-Titan., De exemplu, 600 de tone de niobiu-staniu și 250 de tone de niobiu-titan sunt utilizate pentru reactorul experimental de fuziune ITER. Magneții supraconductori ai LHC sunt, de asemenea, fabricați din aliaje de niobiu.
instrucțiuni de siguranță
Deși niobiu este considerat a fi non-toxic, metalic niobiu praf irita ochii și pielea. Praful de niobiu este foarte inflamabil.
un mod fiziologic de acțiune al niobiului nu este cunoscut.,>
| 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 | |||||
