Ніобій

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Ніобій (Nb)
Атомний номер 41
Зовнішній вигляд
простої речовини
біло-блакитний, м'який метал
Niobium crystals and 1cm3 cube.jpg
Властивості атома
Атомна маса
(молярна маса)
92,90638 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 146 пм
Енергія іонізації
(перший електрон)
663,6(6,88) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Kr] 4d4 5s1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 134 пм
Радіус іона (+5e)69 пм
Електронегативність
(за Полінгом)
1,6
Електродний потенціал 0
Ступені окиснення 5, 3
Термодинамічні властивості
Густина 8,57 г/см³
Питома теплоємність 0,268 Дж/(K моль)
Теплопровідність 53,7 Вт/(м К)
Температура плавлення 2741 K
Теплота плавлення 26,8 кДж/моль
Температура кипіння 5015 K
Теплота випаровування 680 кДж/моль
Молярний об'єм 10,8 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки кубічна
об'ємноцентрована
Період ґратки 3,300 Å
Відношення c/a n/a
Температура Дебая 275,00 K
Періодична система елементів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Ніобій (англ. niobium, нім. Niob n, Niobium n) — хімічний елемент, символ Nb, ат. н. 41; ат.м. 92,9064. Світло-сірий блискучий пластичний метал. Хімічно неактивний. Щільність 8,570; tплав 2500 °С, tкип 4927 °С. При взаємодії з галогенами утворює галогеніди. Н. — літофільний елемент, пов'язаний з гранітними, нефелін-сієнітовими, ультраосновними лужними породами і карбонатитами. Його кларк в земній корі 2•10−3% мас. Тісно асоціює з Та, утворюючи спільно з ним понад 50 мінералів. Найважливіші мінерали: група колумбіту-танталіту (Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6, пірохлор (Ca, Na) (Nb, Ta, Ti)2O6(OH,F), лопарит (Na, Ce, Ca)2(Ti, Nb, Ta)O3.

Історія[ред.ред. код]

За хім. властивостями близький до танталу. Ніобій і тантал завжди зустрічаються спільно. У 1801 р. англійським хіміком Ч.Гатчетом з мінералу, знайденого в Колумбії, уперше був виділений оксид нового елемента, названий колумбієм. У 1802 р. шведський хімік А. Екеберґ виділив схожий оксид іншого елемента, названого танталом. Обидва елементи вважалися ідентичними, але в 1844 р. Г.Розе довів, що у всіх мінералах поряд з танталом присутній ще один елемент, вельми близький до нього за властивостями, який був ним названий ніобієм. Колумбіт Гатчета виявився сумішшю ніобію і танталу, але назва колумбіт аж до 1949 р. зберігалася за ніобієм, поки не було прийняте рішення залишити за елементом назву ніобій.

Походження назви[ред.ред. код]

Названий в честь Ніоби дочки Тантала.

Кристали ніобію.

Властивості[ред.ред. код]

Фізичні властивості[ред.ред. код]

Щільність 8,570; tплав 2500 °С, tкип 4927 °С. З добавками Sn, Zr, Ge відрізняється надпровідністю при низьких температурах (180 К). Тугоплавкий. Пластичний, зберігає міцність при високих температурах.

Хімічні властивості[ред.ред. код]

За хім. властивостями близький до танталу. Хімічно неактивний. Н. надзвичайно стійкий на холоді і при невеликому нагріванні до дії багатьох агресивних середовищ, у тому числі і кислот. Н. розчиняє тільки плавикова кислота, її суміш з азотною кислотою і луги. Амфотерний.

Отримання[ред.ред. код]

Найважливіші мінерали: група колумбіту-танталіту (Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6, пірохлор (Ca, Na) (Nb, Ta, Ti)2O6(OH,F), лопарит (Na, Ce, Ca)2(Ti, Nb, Ta)O3. Їх переробляють алюмо — або силікотермічним відновленням на силікомарганець (40-60% Nb) і ферротанталоніобій. Металевий ніобій отримують з рудних концентратів за складною технологією в три стадії:

  1. розщеплення концентрату,
  2. розділення ніобію і танталу та отримання їх чистих хімічних сполук,
  3. відновлення та рафінування металевого ніобію та його сплавів. Основні промислові методи виробництва Nb і сплавів — алюмотермічний, натрійтермічний, карботермічний:
    із суміші Nb2O5 і сажі спочатку отримують при 1800 ° C в атмосфері водню карбіди, потім із суміші карбідів і пентаокису при 1800–1900° С у вакуумі — метал.

Для одержання сплавів ніобію в цю суміш додають оксиди легуючих металів;
За іншим варіантом ніобій відновлюють при високій температурі у вакуумі безпосередньо з Nb2O5 сажею.
Натрійтермічним способом ніобій відновлюють натрієм з K2NbF7,
Алюмінотермічним — алюмінієм з Nb2O5.
Компактний метал (злиток) виробляють методами порошкової металургії, спікаючи пресовані з порошків таблетки у вакуумі при 2300° C або електроннопроменевою і вакуумною дугового плавкою;
Монокристали ніобію високої чистоти — отримують електроннопроменевою зонною плавкою.

Застосування[ред.ред. код]

Н. входить до багатьох жаро- та корозійностійких сплавів. Н. — один з осн. компонентів при легуванні жароміцних сталей. Н. і його сплави використовуються як конструкційні матеріали для деталей реактивних двигунів, ракет, газових турбін, хім. апаратури, електронних приладів, електричних конденсаторів, надпровідних пристроїв.

Ніобати широко застосовують як сегнетоелектрики, п'єзоелектрики, лазерні матеріали. Ніобій широко використовується у вигляді фероніобію, як добавка до нержавіючих сталей. Невеликий поперечний перетин захоплення теплових нейтронів (1,1 барн) робить його перспективним конструкційним матеріалом для ядерних реакторів. Ніобати широко застосовують як сегнетоелектрики, п'єзоелектрики, лазерні матеріали.


Література[ред.ред. код]