Ce poți găti din calmar: rapid și gustos

DEFINIŢIE

Niobiu- al patruzeci și unu-lea element al tabelului periodic. Denumirea - Nb din latinescul „niobium”. Situat în a cincea perioadă, grupul VBA. Se referă la metale. Sarcina nucleară este 41.

Scoarța terestră conține 0,002% (masă) niobiu. Acest element este în multe privințe similar cu vanadiul. În stare liberă, este un metal refractar, dur, dar nu fragil, susceptibil de prelucrare mecanică (Fig. 1. Densitatea niobiului este de 8,57 g/cm3, punctul de topire este de 2500 o C.

Niobiul este stabil în multe medii agresive. Nu este afectat de acidul clorhidric și acva regia, deoarece pe suprafața acestui metal se formează o peliculă de oxid subțire, dar foarte puternică și rezistentă chimic.

Orez. 1. Niobiu. Aspect.

Masa atomică și moleculară a niobiului

DEFINIŢIE

Masa moleculară relativă a substanței (Mr) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon și masa atomică relativă a unui element (A r)- de câte ori masa medie a atomilor element chimic mai mult de 1/12 din masa unui atom de carbon.

Deoarece în stare liberă niobiul există sub formă de molecule monoatomice de Nb, valorile maselor sale atomice și moleculare coincid. Ele sunt egale cu 92,9063.

Izotopi de niobiu

Se știe că în natură niobiul poate fi găsit sub forma singurului izotop stabil 93 Nb. Numărul de masă este 93, nucleul atomului conține patruzeci și unu de protoni și cincizeci și doi de neutroni.

Există izotopi artificiali instabili ai zirconiului cu numere de masă de la 81 la 113, precum și douăzeci și cinci de stări izomerice ale nucleelor, printre care cel mai longeviv izotop 92 Nb cu un timp de înjumătățire de 34,7 milioane de ani.

Ioni de niobiu

La nivelul energetic exterior al atomului de niobiu există cinci electroni, care sunt de valență:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 3 5s 2 .

Ca rezultat al interacțiunii chimice, niobiul renunță la electronii de valență, adică. este donatorul lor și se transformă într-un ion încărcat pozitiv:

Nb 0 -1e → Nb + ;

Nb 0 -2e → Nb 2+ ;

Nb 0 -3e → Nb 3+ ;

Nb 0 -4e → Nb 4+ ;

Nb 0 -5e → Nb 5+ .

Moleculă și atom de niobiu

În stare liberă, niobiul există sub formă de molecule monoatomice de Nb. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de niobiu:

Aliaje de niobiu

Niobiul este unul dintre componentele multor aliaje rezistente la căldură și la coroziune. În special mare valoare au aliaje de niobiu rezistente la căldură, care sunt utilizate în producție turbine cu gaz, motoare cu reacție, rachete.

Niobiul este introdus și în oțelurile inoxidabile. Le îmbunătățește dramatic proprietăți mecanice si rezistenta la coroziune. Oțelurile care conțin de la 1 la 4% niobiu se caracterizează prin rezistență ridicată la căldură și sunt utilizate ca material pentru fabricarea cazanelor de înaltă presiune.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

Descrierea și proprietățile niobiului

Niobiu– un element aparținând grupului a cincea periodic, număr atomic – 41. Formula electronică a niobiului— Nb 4d45sl. Formula grafică a niobiului- Nb - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 1. Descoperit în 1801 - numit inițial „Columbia”, după numele râului în care a fost descoperit. Mai târziu redenumit.

Niobiu – metal de culoare alb-oțel, are plasticitate - rulat ușor în foi. Structura electronică niobiuîl înzestrează cu anumite caracteristici. Citirea celor mari regim de temperaturăîn timpul topirii şi punctul de fierbere al metalului. Din acest motiv, fluxul electronic de electroni este notat ca o caracteristică. Supraconductivitatea apare doar la temperaturi ridicate. Pentru oxidare, metalul necesită o temperatură minimă de aproximativ 300 ° C sau mai mare. Acest lucru creează un specific oxid de niobiu Nb2O5.

Niobiu, proprietăți care interacţionează activ cu anumite gaze. Acestea sunt hidrogenul, oxigenul și azotul, sub influența lor poate modifica anumite caracteristici. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât hidrogenul este absorbit mai intens, făcând niobiul mai fragil când este atins punctul de control de 600°C, începe să se producă evoluția inversă, iar metalul își restabilește proprietățile pierdute; După aceasta, începe formarea nitrurii de NbN, a cărei topire necesită 2300 ° C.

Carbonul și gazele care îl conțin încep interacțiunea cu niobiul la temperatura necesară peste 1200°C, rezultând formarea de carbură NbC - punct de topire - 3500°C. Ca urmare a interacțiunii siliciului și borului cu metalul niobiului, borura NbB2 este format - punct de topire - 2900 ° C.

Element niobiu rezistent la aproape toți acizii cunoscuți, cu excepția acidului fluorhidric și în special la amestecul acestuia cu acidul azotic. Metalul este susceptibil la alcalii, în special la cele fierbinți. Când sunt dizolvate în ele, are loc un proces de oxidare și se formează acid niobic.

Extracția și originea niobiului

Conținutul de metal pe tonă de rocă împrumutată este relativ scăzut - doar 18 g pe tonă. Conținutul este crescut în rocile mai acide. Cel mai adesea găsit într-un singur depozit niobiu și tantal, datorită proprietăților lor chimice similare, care le permit să fie găsite într-un singur mineral și să participe la el procese generale. Adesea, în unele minerale care conțin titan, apare un fenomen de înlocuire - „niobiu – titan”.

Sunt cunoscute aproximativ o sută de minerale diferite care conțin niobiu. Dar doar câteva sunt folosite în industrie. Acestea sunt piroclor, loparit, torolit etc. În rocile ultramafice și alcaline, niobiul apare în perovskit și eudialit.

Depozitele de niobiu disponibil în Brazilia, Australia, Canada, Congo, Nigeria și Rwanda.

Producția de niobiu un proces destul de complex cu trei etape principale. Mai întâi, concentratul este deschis, apoi niobiul este separat în compuși puri. Etapa finală este procesele de recuperare și rafinare a metalului. Cele mai comune metode includ metodele carbotermice, aluminotermice și sodiutermice.

De exemplu, prin amestecarea oxidului de niobiu și funingine la temperaturi ridicate într-un mediu cu hidrogen, se obține carbură, apoi prin amestecarea oxidului de niobiu și oxid de niobiu la aceleași temperaturi, dar în vid complet, se obține un metal din care diverse aliaje de niobiu. Este posibil să se obțină aliaje de niobiu folosind metode de metalurgie a pulberilor, folosind metode de topire cu arc în vid și cu fascicul de electroni.

Aplicații ale niobiului

Datorită proprietăților sale unice, niobiul este folosit în multe domenii ale industriei. Aliaje de niobiu au proprietăți refractare, rezistență la căldură, supraconductivitate, getter și anticoroziune. În plus, este destul de ușor de prelucrat și sudat. Este utilizat pe scară largă în tehnologiile spațiale și aviatice, radio și inginerie electrică, industria chimică și energia nucleară. În lămpile generatoare, multe elemente de încălzire sunt realizate folosindu-l. În aceste scopuri se folosește și aliajul său cu tantal.

Redresoarele electrice și condensatoarele electrolitice conțin și ele o anumită cantitate din acest metal. Utilizarea sa în aceste dispozitive se datorează proprietăților sale caracteristice de transmisie și oxidare. Condensatoarele care contin acest metal, cu dimensiuni relativ mici, au rezistenta mare. Toate elementele condensatorului sunt realizate din folie specială. Este presat din pulbere de niobiu.

Rezistența la diferiți acizi, conductivitatea termică ridicată și flexibilitatea structurii determină popularitatea acesteia în chimie și metalurgie, în crearea diferitelor dispozitive și structuri. Combinația de proprietăți pozitive ale acestui metal important este solicitată chiar și în energia nucleară.

Datorită efectului slab al niobiului cu uraniul industrial, la temperaturi relativ scăzute (900º C), metalul este potrivit pentru crearea unui strat protector pe reactoarele nucleare. Cu o astfel de carcasă, devine posibilă utilizarea lichidelor de răcire cu sodiu, cu care aproape că nu interacționează. Niobiul prelungește semnificativ durata de viață a elementelor de uraniu prin crearea unui oxid protector pe suprafața lor de efectele nocive ale vaporilor de apă.

Proprietățile rezistente la căldură ale unora pot fi îmbunătățite prin aliaje cu niobiu. Aliajele de niobiu s-au dovedit, de asemenea, destul de bune. De exemplu, acesta este un aliaj niobiu – zirconiu, caracterizat prin proprietăți remarcabile. Din astfel de aliaje sunt fabricate diverse piese pentru nave spațiale și aeronave, precum și pielea acestora. Temperatura de funcționare a unui astfel de aliaj poate ajunge până la 1200 ° C.

Unele aliaje pentru prelucrarea oțelului conțin carbură de niobiu, care îmbunătățește proprietățile aliajului. Un adaos relativ mic de niobiu în oțel inoxidabil îi sporește proprietățile anticorozive și îmbunătățește calitatea sudurilor rezultate. Multe oteluri pentru scule conțin și un amestec de niobiu. Ca cataliză, diferiții săi compuși participă la procesele de sinteză organică artificială.

Prețul niobiului

Principala formă de vânzare pe piața mondială este lingouri de niobiu, dar alte forme de stocare sunt destul de posibile. A existat întotdeauna o cerere în lume pentru niobiu, preț care până la începutul anului 2000 a rămas la un nivel stabil. Creșterea încrezătoare a cererii asociată cu dezvoltarea economiilor multor țări și o creștere a volumelor de producție în regiune tehnologii inovatoare, metalurgică și industriile chimice, a contribuit la o creștere bruscă a prețurilor până în 2007 de la 12 USD la 32 USD per kilogram de metal.

În anii următori, din cauza crizei globale din sectorul economic, până în 2012, s-a înregistrat o uşoară scădere. Rata cifrei de afaceri comerciale a scăzut în consecință. Dar până în 2012, prețurile au crescut din nou și chiar și atunci cumpara niobiu a fost posibil doar la 60 de dolari kilogramul, iar creșterea nu s-a oprit încă. Problema înlocuitorilor echivalenti, dar mai accesibili a fost ridicată de mult timp. Și există, dar proprietățile lor sunt în mod clar inferioare niobiului. Prin urmare, este încă la preț.

Universitatea de Stat de Mine din Ural

Pe tema: Proprietățile niobiului

Grupa: M-13-3

Student: Mokhnashin Nikita

1. Informații generale despre element

Proprietăți fizice niobiu

Proprietăți chimice niobiu

Niobiu gratuit

Oxizii de niobiu și sărurile lor

Compușii niobiului

Țări lider în producția de niobiu

1. Informații generale despre element

Omenirea este familiarizată cu elementul care ocupă a 41-a celulă din tabelul periodic de mult timp. Numele său actual, niobiu, este cu aproape jumătate de secol mai tânăr. S-a întâmplat că elementul nr. 41 a fost deschis de două ori. Prima dată - în 1801, omul de știință englez Charles Hatchet a examinat un eșantion din mineralul adevărat trimis Muzeului Britanic din America. Din acest mineral a izolat oxidul unui element necunoscut anterior. Hatchet a numit noul element columbium, notând astfel originea lui de peste mări. Iar mineralul negru a fost numit columbit. Un an mai târziu, chimistul suedez Ekeberg a izolat oxidul unui alt element nou din columbit, numit tantal. Asemănarea dintre compușii Columbia și tantal a fost atât de mare încât timp de 40 de ani majoritatea chimiștilor au crezut că tantalul și columbiul sunt același element.

În 1844, chimistul german Heinrich Rose a examinat mostre de columbit găsite în Bavaria. El a descoperit din nou oxizii a două metale. Unul dintre ele a fost oxidul de tantal deja cunoscut. Oxizii erau asemănători și, subliniind asemănarea lor, Rose a numit elementul care formează al doilea oxid de niobiu, după Niobe, fiica martirului mitologic Tantalus. Cu toate acestea, Rose, la fel ca Hatchet, nu a putut obține acest element în stare liberă. Niobiul metalic a fost obținut pentru prima dată abia în 1866 de către omul de știință suedez Blomstrand în timpul reducerii clorurii de niobiu cu hidrogen. La sfârşitul secolului al XIX-lea. au mai fost găsite două modalităţi de obţinere a acestui element. Mai întâi, Moissan l-a obținut într-un cuptor electric, reducând oxidul de niobiu cu carbon, iar apoi Goldschmidt a reușit să reducă același element cu aluminiu. Și apelați elementul nr. 41 in diferite țări a continuat în diferite moduri: în Anglia și SUA - cu Columbia, în alte țări - cu niobiu. Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) a pus capăt acestei controverse în 1950. S-a decis să legitimeze peste tot numele elementului „niobiu”, iar numele „columbit” a fost atribuit principalului mineral al niobiului. Formula sa este (Fe, Mn)(Nb, Ta)2 DESPRE 6.

Nu întâmplător niobiul este considerat un element rar: se găsește într-adevăr rar și în cantități mici, întotdeauna sub formă de minerale și niciodată în stare nativă. Un detaliu interesant: în diferite publicații de referință clarke (conținutul din scoarța terestră) de niobiu este diferit. Acest lucru se datorează în principal faptului că în ultimii ani Noi zăcăminte de minerale care conțin niobiu au fost găsite în țări africane. The Chemist's Handbook, vol. 1 (M., Chemistry, 1963) oferă următoarele cifre: 3,2 10-5% (1939), 1 10-3% (1949) și 2, 4,10-3% (1954). Dar și ultimele cifre sunt subestimate: zăcămintele africane descoperite în ultimii ani nu sunt incluse aici. Cu toate acestea, se estimează că aproximativ 1,5 milioane de tone de niobiu metalic pot fi topite din minerale din zăcăminte deja cunoscute.

Proprietățile fizice ale niobiului

Niobiul este un metal strălucitor de culoare gri-argintiu.

Niobiul elementar este un metal extrem de refractar (2468°C) și cu punct de fierbere ridicat (4927°C), foarte rezistent la multe medii agresive. Toți acizii, cu excepția acidului fluorhidric, nu au niciun efect asupra acestuia. Acizii oxidanți „pasivează” niobiul, acoperindu-l cu o peliculă de oxid protector (nr. 205). Dar la temperaturi ridicate, activitatea chimică a niobiului crește. Dacă la 150...200°C se oxidează doar un strat mic de suprafață de metal, atunci la 900...1200°C grosimea peliculei de oxid crește semnificativ.

Rețeaua cristalină a niobiului este cubică centrată pe corp cu parametrul a = 3,294 Å.

Metalul pur este ductil și poate fi rulat în foi subțiri (până la o grosime de 0,01 mm) în stare rece, fără recoacere intermediară.

Se pot observa astfel de proprietăți ale niobiului ca puncte ridicate de topire și fierbere, funcție de lucru mai scăzută a electronilor în comparație cu alte metale refractare - wolfram și molibden. Ultima proprietate caracterizează capacitatea de emisie de electroni (emisia de electroni), care este utilizată pentru utilizarea niobiului în tehnologia vidului electric. Niobiul are, de asemenea, o temperatură ridicată de tranziție la starea supraconductoare.

Densitate 8,57 g/cm 3(20 °C); t pl 2500 °C; t balot 4927 °C; presiunea vaporilor (în mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 n/m 2) 1·10 -5(2194 °C), 1 10 -4(2355 °C), 6 10 -4(la or pl ), 1·10-3 (2539 °C).

La temperaturi obișnuite, niobiul este stabil în aer. Debutul oxidării (film de decolorare) se observă atunci când metalul este încălzit la 200 - 300°C. Peste 500° are loc oxidarea rapidă cu formarea de oxid de Nb2 O 5.

Conductivitatea termică în W/(m·K) la 0°C și 600°C este de 51,4 și, respectiv, 56,2, și aceeași în cal/(cm·sec·°C) este de 0,125 și 0,156. Rezistenta electrica volumetrica specifica la 0°C 15,22 10 -8ohm m (15,22 10 -6ohm cm). Temperatura de tranziție la starea supraconductoare este de 9,25 K. Niobiul este paramagnetic. Funcția de lucru a electronilor 4,01 eV.

Niobiul pur este ușor de prelucrat prin presiune la rece și păstrează proprietăți mecanice satisfăcătoare la temperaturi ridicate. Rezistența sa la tracțiune la 20 și 800 °C este de 342 și respectiv 312 Mn/m 2, la fel în kgf/mm 234,2 și 31,2; alungirea relativă la 20 și 800 °C este de 19,2 și, respectiv, 20,7%. Duritatea Brinell a niobiului pur este 450, tehnic 750-1800 Mn/m 2. Impuritățile anumitor elemente, în special hidrogenul, azotul, carbonul și oxigenul, afectează foarte mult ductilitatea și cresc duritatea niobiului.

3. Proprietățile chimice ale niobiului

Niobiul este apreciat în special pentru rezistența sa la substanțele anorganice și organice.

Există o diferență în comportamentul chimic al metalului sub formă de pulbere și al metalului bulgăre. Acesta din urmă este mai stabil. Metalele nu au nici un efect asupra ei, chiar dacă sunt încălzite la temperaturi ridicate. Metalele alcaline lichide și aliajele lor, bismutul, plumbul, mercurul și staniul pot fi în contact cu niobiul pentru o lungă perioadă de timp, fără a-i schimba proprietățile. Chiar și agenți oxidanți puternici precum acidul percloric, acva regia, ca să nu mai vorbim de nitric, sulfuric, clorhidric și toate celelalte, nu pot face nimic cu el. Soluțiile alcaline nu au nici un efect asupra niobiului.

Există, totuși, trei reactivi care pot transforma niobiul metal în compuși chimici. Una dintre ele este o topitură a hidroxidului unui metal alcalin:

Nb+4NaOH+5O2 = 4NaNbO3+2H2O

Celelalte două sunt acidul fluorhidric (HF) sau amestecul acestuia cu acid azotic (HF+HNO). În acest caz, se formează complexe de fluorură, a căror compoziție depinde în mare măsură de condițiile de reacție. În orice caz, elementul face parte dintr-un anion de tip 2- sau 2-.

Dacă luați niobiu sub formă de pudră, acesta este ceva mai activ. De exemplu, în nitratul de sodiu topit chiar se aprinde, transformându-se într-un oxid. Niobiul compact începe să se oxideze când este încălzit peste 200°C, iar pulberea devine acoperită cu o peliculă de oxid deja la 150°C. În același timp, una dintre proprietățile minunate ale acestui metal se manifestă - își păstrează ductilitatea.

Sub formă de rumeguș, când este încălzit peste 900°C, arde complet până la Nb2O5. Arde puternic într-un jet de clor:

Nb + 5Cl2 = 2NbCl5

Când este încălzit, reacţionează cu sulful. Este dificil de aliat cu majoritatea metalelor. Există, poate, doar două excepții: fierul, cu care se formează soluții solide de diferite rapoarte și aluminiul, care are compusul Al2Nb cu niobiul.

Ce calități ale niobiului îl ajută să reziste la acțiunea celor mai puternici acizi oxidanți? Se pare că acest lucru nu se referă la proprietățile metalului, ci la caracteristicile oxizilor săi. La contactul cu agenții oxidanți, pe suprafața metalului apare un strat subțire (deci de neobservat) dar foarte dens de oxizi. Acest strat devine o barieră de netrecut pe calea agentului de oxidare către o suprafață metalică curată. Doar anumiți reactivi chimici, în special anionii de fluor, pot pătrunde prin ea. În consecință, metalul este în esență oxidat, dar practic rezultatele oxidării sunt invizibile datorită prezenței unei pelicule protectoare subțiri. Pasivitatea față de acidul sulfuric diluat este utilizată pentru a crea un redresor de curent alternativ. Este conceput simplu: plăcile de platină și niobiu sunt scufundate într-o soluție de acid sulfuric de 0,05 m. Niobiul în stare pasivată poate conduce curentul dacă este un electrod negativ - un catod, adică electronii pot trece prin stratul de oxid numai din partea metalică. Calea electronilor din soluție este închisă. Prin urmare, atunci când curentul alternativ este trecut printr-un astfel de dispozitiv, trece doar o fază, pentru care platina este anodul și niobiul este catodul.

halogen de niobiu metalic

4. Niobiu în stare liberă

Este atât de frumos încât la un moment dat au încercat să facă bijuterii din el: cu culoarea sa gri deschis, niobiul seamănă cu platina. În ciuda punctelor ridicate de topire (2500°C) și a punctelor de fierbere (4840°C), orice produs poate fi ușor fabricat din acesta. Metalul este atât de ductil încât poate fi prelucrat la rece. Este foarte important ca niobiul să-și păstreze proprietățile mecanice la temperaturi ridicate. Adevărat, ca și în cazul vanadiului, chiar și impuritățile mici de hidrogen, azot, carbon și oxigen reduc foarte mult ductilitatea și cresc duritatea. Niobiul devine fragil la temperaturi de la -100 la -200 °C.

Obținerea niobiului în formă ultra-pură și compactă a devenit posibilă odată cu utilizarea tehnologiei în ultimii ani. Toate proces complicat și consumator de timp. Practic este împărțit în 4 etape:

1.obţinerea concentratului: ferroniobium sau ferrotantaloniobium;

.deschiderea concentratului - transformarea niobiului (și tantalului) în niște compuși insolubili pentru a-l separa de cea mai mare parte a concentratului;

.separarea niobiului și tantalului și obținerea compușilor lor individuali;

.producerea si rafinarea metalelor.

Primele două etape sunt destul de simple și comune, deși necesită forță de muncă. Gradul de separare a niobiului și tantalului este determinat de a treia etapă. Dorința de a obține cât mai mult niobiu și mai ales tantal ne-a obligat să găsim cele mai recente metode separare: extracție selectivă, schimb ionic, rectificarea compușilor acestor elemente cu halogeni. Ca rezultat, fie oxid, fie pentacloruri de tantal și niobiu sunt obținute separat. În ultima etapă, se folosește reducerea cu cărbune (funingine) într-un curent de hidrogen la 1800°C, apoi se ridică temperatura la 1900°C și se reduce presiunea. Carbura rezultată din interacțiunea cu cărbunele reacţionează cu Nb2O5:

2Nb2O5 + 5NbC = 9Nb + 5CO3,

iar pulberea de niobiu apare. Dacă, în urma separării niobiului de tantal, nu se obține un oxid, ci o sare, atunci se tratează cu sodiu metalic la 1000°C și se obține și niobiu sub formă de pulbere. Prin urmare, în timpul transformării ulterioare a pulberii într-un monolit compact, se realizează topirea într-un cuptor cu arc, iar pentru a obține monocristale de niobiu deosebit de pur, se utilizează fascicul de electroni și topirea zonei.

Oxizii de niobiu și sărurile lor

Numărul de compuși cu oxigen în niobiu este mic, semnificativ mai mic decât în ​​vanadiu. Acest lucru se explică prin faptul că în compușii corespunzători stării de oxidare +4, +3 și +2, niobiul este extrem de instabil. Dacă un atom al acestui element începe să renunțe la electroni, atunci tinde să renunțe la toți cei cinci pentru a expune un configuratie electronica.

Dacă comparăm ionii din aceeași stare de oxidare a doi vecini din grup - vanadiu și niobiu, constatăm o creștere a proprietăților în direcția metalelor. Caracterul acid al oxidului de Nb2O5 este vizibil mai slab decât cel al oxidului de vanadiu (V). Nu formează acid când este dizolvat. Numai atunci când este fuzionat cu alcalii sau carbonați, apar proprietățile sale acide:

O5 + 3Nа2СО3 = 2Nа3NbO4 + 3С02

Această sare - ortoniobat de sodiu - este similară cu aceleași săruri ale acidului ortofosforic și ortovanadic. Cu toate acestea, în fosfor și arsen, forma orto este cea mai stabilă, iar încercarea de a obține ortoniobat în forma sa pură a eșuat. Când aliajul este tratat cu apă, nu sarea Na3NbO4 este eliberată, ci metaniobat de NaNbO3. Este o pulbere cristalină fină incoloră, slab solubilă în apă rece. În consecință, în niobiul în cel mai înalt grad de oxidare, nu orto-, ci meta-forma compușilor este mai stabilă.

Printre alți compuși ai oxidului de niobiu (V) cu oxizi bazici, sunt cunoscuți diniobații K4Nb2O7, care amintesc de piroacizi și poliniobații (ca o umbră de acizi polifosforici și polivanadiu) cu formulele aproximative K7Nb5O16.nH2O și K8Nb6O19. Sărurile menționate, corespunzătoare oxidului de niobiu superior, conțin acest element ca parte a anionului. Forma acestor săruri ne permite să le considerăm derivați de niobiu. acizi Acești acizi nu pot fi obținuți în forma lor pură, deoarece pot fi considerați mai degrabă ca oxizi legați de moleculele de apă. De exemplu, forma meta este Nb2O5. H2O, iar forma orgo este Nb2O5. 3H2O. Alături de acest tip de compuși, niobiul are și alții în care este deja parte a cationului. Niobiul nu formează săruri simple precum sulfații, nitrații etc. La interacțiunea cu hidrogenosulfatul de sodiu NaHSO4 sau oxidul de azot N2O4 apar substanțe cu un cation complex: Nb2O2(SO4)3. Cationii din aceste săruri seamănă cu cationul vanadiu, cu singura diferență că aici ionul este încărcat cu cinci încărcări, iar vanadiul are o stare de oxidare de patru în ionul vanadil. Același cation NbO3+ este inclus în compoziția unor săruri complexe. Oxidul de Nb2O5 se dizolvă destul de ușor în acid fluorhidric apos. Din astfel de soluții se poate izola sarea complexă K2. H2O.

Pe baza reacțiilor luate în considerare, putem concluziona că niobiul în cea mai mare stare de oxidare poate face parte atât din anioni cât și din cation. Aceasta înseamnă că niobiul pentavalent este amfoter, dar cu o predominanță semnificativă a proprietăților acide.

Există mai multe moduri de a obține Nb2O5. În primul rând, interacțiunea niobiului cu oxigenul atunci când este încălzit. În al doilea rând, calcinarea sărurilor de niobiu în aer: sulfură, nitrură sau carbură. În al treilea rând, cea mai comună metodă este deshidratarea hidraților. Din solutii apoase săruri cu acizi concentraţi, se precipită oxidul hidratat Nb2O5. xH2O. Apoi, când soluțiile sunt diluate, se formează un precipitat de oxid alb. Deshidratarea sedimentului Nb2O5 xH2O este însoțită de eliberarea de căldură. Toată masa se încălzește. Acest lucru se întâmplă din cauza transformării oxidului amorf într-o formă cristalină. Oxidul de niobiu este disponibil în două culori. În condiții normale este alb, dar când este încălzit devine galben. Cu toate acestea, de îndată ce oxidul este răcit, culoarea dispare. Oxidul este refractar (topitură = 1460°C) și nevolatil.

Stările inferioare de oxidare ale niobiului corespund NbO2 și NbO. Prima dintre acestea două este o pulbere neagră cu o tentă albastră. NbO2 se obține din Nb2O5 prin îndepărtarea oxigenului cu magneziu sau hidrogen la o temperatură de aproximativ o mie de grade:

O5 + H2 = 2NbO2 + H2O

În aer, acest compus se transformă cu ușurință înapoi în oxidul superior Nb2O5. Caracterul său este destul de secret, deoarece oxidul este insolubil în apă sau acizi. Cu toate acestea, i se atribuie un caracter acid pe baza interacțiunii sale cu alcalii apos fierbinți; în acest caz, totuși, oxidarea are loc la un ion cu cinci încărcări.

S-ar părea că diferența unui electron nu este atât de mare, dar spre deosebire de Nb2O5, oxidul de NbO2 conduce curentul electric. Evident, în acest compus există o legătură metal-metal. Dacă profitați de această calitate, atunci când este încălzit cu un curent alternativ puternic, puteți forța NbO2 să renunțe la oxigenul său.

Când se pierde oxigenul, NbO2 se transformă în oxid de NbO, iar apoi tot oxigenul este divizat destul de repede. Se știu puține despre oxidul de niobiu inferior NbO. Are un luciu metalic și este asemănător ca aspect cu metalul. Conduce electricitatea perfect. Într-un cuvânt, se comportă ca și cum nu ar exista deloc oxigen în compoziția sa. Chiar și, ca un metal tipic, reacționează violent cu clorul atunci când este încălzit și se transformă în oxiclorură:

2NbO + 3Cl2=2NbOCl3

Înlocuiește hidrogenul din acidul clorhidric (de parcă nu ar fi deloc un oxid, ci un metal precum zincul):

NbO + 6HCI = 2NbOCl3 + 3H2

NbO poate fi obținut în formă pură prin calcinarea sării complexe deja menționate K2 cu sodiu metalic:

K2 + 3Na = NbO + 2KF + 3NaF

Oxidul de NbO are cel mai înalt punct de topire dintre toți oxizii de niobiu, 1935°C. Pentru a purifica niobiul din oxigen, temperatura este crescută la 2300 - 2350°C, apoi simultan cu evaporarea, NbO se descompune în oxigen și metal. Are loc rafinarea (curățarea) metalului.

Compușii niobiului

O poveste despre element nu ar fi completă fără a menționa compușii săi cu halogeni, carburi și nitruri. Acest lucru este important din două motive. În primul rând, datorită complecșilor de fluorură, este posibil să se separe niobiul de tanlul său etern însoțitor. În al doilea rând, acești compuși ne dezvăluie calitățile niobiului ca metal.

Interacțiunea halogenilor cu niobiul metalic:

Se pot obține Nb + 5Cl2 = 2NbCl5, toate posibilele pentahalogenuri de niobiu.

Pentafluorura de NbF5 (topire = 76 °C) este incoloră în stare lichidă și în vapori. Ca și pentafluorura de vanadiu, în stare lichidă este polimerică. Atomii de niobiu sunt legați între ei prin atomi de fluor. În formă solidă, are o structură formată din patru molecule (Fig. 2).

Orez. 2. Structura NbF5 și TaF5 în formă solidă este formată din patru molecule.

Soluțiile în acid fluorhidric H2F2 conțin diverși ioni complecși:

H2F2 = H2;+ H2O = H2

Sarea de potasiu K2. H2O este important pentru separarea niobiului de tantal deoarece, spre deosebire de sarea de tantal, este foarte solubil.

Pentahalogenurile de niobiu rămase sunt viu colorate: NbCl5 galben, NbBr5 violet-roșu, NbI2 maro. Toate se sublimă fără descompunere într-o atmosferă a halogenului corespunzător; în perechi sunt monomeri. Punctele de topire și de fierbere ale acestora cresc la trecerea de la clor la brom și iod. Unele dintre metodele de preparare a pentahalogenurilor sunt:

2Nb+5I2 2NbI5;O5+5C+5Cl22NbCl5+5CO;.

2NbCl5+5F22NbF5+5Cl2

Pentahalogenurile se dizolvă bine în solvenți organici: eter, cloroform, alcool. Cu toate acestea, ele sunt complet descompuse de apă - hidrolizate. Ca urmare a hidrolizei, se obțin doi acizi - acid halic și acid niobic. De exemplu,

4H2O = 5HCI + H3NbO4

Când hidroliza este nedorită, atunci se introduce un acid puternic și echilibrul procesului descris mai sus se deplasează către NbCl5. În acest caz, pentahalogenura se dizolvă fără a suferi hidroliză,

Carbura de niobiu a câștigat o recunoștință deosebită din partea metalurgiștilor. În orice oțel, există carbon; niobiul, legându-l în carbură, îmbunătățește calitatea oțelului aliat. De obicei, atunci când sudați oțel inoxidabil, sudarea are o rezistență mai mică. Introducerea niobiului în cantitate de 200 g pe tonă ajută la corectarea acestei deficiențe. Când este încălzit, niobiul, înaintea tuturor celorlalte metale din oțel, formează un compus cu carbon - carbură. Acest compus este destul de plastic și, în același timp, capabil să reziste la temperaturi de până la 3500°C. Un strat de carbură gros de doar o jumătate de milimetru este suficient pentru a proteja metalele și, ceea ce este deosebit de valoros, grafitul de coroziune. Carbura poate fi obținută prin încălzirea oxidului de metal sau de niobiu (V) cu carbon sau gaze care conțin carbon (CH4, CO).

Nitrura de niobiu este un compus care nu este afectat de niciun acizi și chiar de „vodcă regia” atunci când este fiert; rezistent la apa. Singurul lucru cu care poate fi forțat să interacționeze este alcalii în fierbere. În acest caz, se descompune, eliberând amoniac.

Nitrura de NbN este gri deschis cu o nuanță gălbuie. Este refractar (temp. mp. 2300 ° C), are o caracteristică remarcabilă - la o temperatură apropiată de zero absolut (15,6 K, sau -267,4 ° C), are supraconductivitate.

Dintre compușii care conțin niobiu într-o stare de oxidare inferioară, halogenurile sunt cele mai cunoscute. Toate halogenurile inferioare sunt solide cristaline închise (de la roșu închis la negru). Stabilitatea lor scade pe măsură ce starea de oxidare a metalului scade.

Aplicarea niobiului în diverse industrii

Aplicarea niobiului pentru alierea metalelor

Oțelul aliat cu niobiu are o rezistență bună la coroziune. De asemenea, cromul crește rezistența la coroziune a oțelului și este mult mai ieftin decât niobiul. Acest cititor are dreptate și greșit în același timp. Mă înșel pentru că am uitat de un lucru.

Oțelul crom-nichel, ca oricare altul, conține întotdeauna carbon. Dar carbonul se combină cu cromul pentru a forma carbură, ceea ce face oțelul mai fragil. Niobiul are o afinitate mai mare pentru carbon decât crom. Prin urmare, atunci când niobiul este adăugat la oțel, se formează în mod necesar carbura de niobiu. Oțelul aliat cu niobiu dobândește proprietăți anticorozive ridicate și nu își pierde ductilitatea. Efectul dorit este atins atunci când la o tonă de oțel se adaugă doar 200 g de niobiu metalic. Și niobiul conferă rezistență ridicată la uzură oțelului crom-mangan.

Multe metale neferoase sunt, de asemenea, aliate cu niobiu. Astfel, aluminiul, care se dizolvă ușor în alcalii, nu reacționează cu acestea dacă i se adaugă doar 0,05% niobiu. Și cuprul, cunoscut pentru moliciunea sa, și multe dintre aliajele sale par a fi întărite de niobiu. Mărește rezistența metalelor precum titanul, molibdenul, zirconiul și, în același timp, le crește rezistența la căldură și rezistența la căldură.

Acum proprietățile și capacitățile niobiului sunt apreciate de aviație, inginerie mecanică, inginerie radio, industria chimică, energie nucleară. Toți au devenit consumatori de niobiu.

Proprietatea unică - absența interacțiunii vizibile între niobiu și uraniu la temperaturi de până la 1100°C și, în plus, o bună conductivitate termică și o secțiune transversală mică de absorbție eficientă pentru neutronii termici - au făcut din niobiu un concurent serios al metalelor recunoscute în industria nucleară - aluminiu, beriliu și zirconiu. În plus, radioactivitatea artificială (indusă) a niobiului este scăzută. Prin urmare, poate fi folosit pentru realizarea de containere pentru depozitarea deșeurilor radioactive sau instalații pentru utilizarea acestora.

Industria chimică consumă relativ puțin niobiu, dar acest lucru poate fi explicat doar prin deficitul său. Echipamentele pentru producerea acizilor de înaltă puritate sunt uneori realizate din aliaje care conțin niobiu și, mai rar, din niobiu în foaie. Capacitatea niobiului de a influența viteza anumitor reacții chimice este utilizată, de exemplu, în sinteza alcoolului din butadienă.

Rachetele și tehnologia spațială au devenit, de asemenea, consumatori ai elementului nr. 41. Nu este un secret pentru nimeni că unele cantități din acest element se rotesc deja pe orbite apropiate de Pământ. Unele părți ale rachetelor și echipamentelor de bord ale sateliților Pământului artificial sunt fabricate din aliaje care conțin niobiu și niobiu pur.

Utilizări ale niobiului în alte industrii

„Fittingurile fierbinți” (adică, părți încălzite) sunt fabricate din foi și bare de niobiu - anozi, grile, catozi încălziți indirect și alte părți ale lămpilor electronice, în special lămpile generatoare puternice.

Pe lângă metalul pur, aliajele de tantaloniu-biu sunt folosite în aceleași scopuri.

Niobiul a fost folosit pentru a face condensatoare electrolitice și redresoare de curent. Aici, se folosește capacitatea niobiului de a forma o peliculă stabilă de oxid în timpul oxidării anodice. Filmul de oxid este stabil în electroliții acizi și trece curentul numai în direcția de la electrolit la metal. Condensatoarele de niobiu cu electrolit solid se caracterizează prin capacitate mare cu dimensiuni reduse și rezistență mare de izolație.

Elementele condensatorului cu niobiu sunt realizate din folie subțire sau plăci poroase presate din pulberi metalice.

Rezistența la coroziune a niobiului în acizi și alte medii, combinată cu conductivitate termică ridicată și ductilitate, îl fac un material structural valoros pentru echipamentele din industriile chimice și metalurgice. Niobiul are o combinație de proprietăți care satisfac cerințele energie nucleară la materiale de constructii.

Până la 900°C, niobiul interacționează slab cu uraniul și este potrivit pentru fabricarea de carcase de protecție pentru elementele combustibile cu uraniu ale reactoarelor de putere. În acest caz, este posibil să se utilizeze lichide de răcire din metal: sodiu sau un aliaj de sodiu și potasiu, cu care niobiul nu interacționează până la 600°C. Pentru a crește capacitatea de supraviețuire a elementelor combustibile cu uraniu, uraniul este dopat cu niobiu (~ 7% niobiu). Aditivul de niobiu stabilizează pelicula protectoare de oxid de pe uraniu, ceea ce îi mărește rezistența la vaporii de apă.

Niobiul este o componentă a diferitelor aliaje rezistente la căldură pentru turbinele cu gaz pentru motoare cu reacție. Aliarea molibdenului, titanului, zirconiului, aluminiului și cuprului cu niobiu îmbunătățește dramatic proprietățile acestor metale, precum și aliajele lor. Există aliaje rezistente la căldură pe bază de niobiu ca material structural pentru piesele motoarelor cu reacție și rachete (fabricarea palelor de turbine, marginile anterioare ale aripilor, capetele de vârf ale aeronavelor și rachetelor, învelișuri de rachetă). Niobiul si aliajele pe baza acestuia pot fi folosite la temperaturi de functionare de 1000 - 1200°C.

Carbura de niobiu este inclusă în unele clase aliaje dure pe bază de carbură de tungsten, folosită pentru tăierea oțelurilor.

Niobiul este utilizat pe scară largă ca aditiv de aliere în oțeluri. Adăugarea de niobiu într-o cantitate de 6 până la 10 ori mai mare decât conținutul de carbon din oțel elimină coroziunea intergranulară a oțelului inoxidabil și protejează sudurile de distrugere.

Niobiul este, de asemenea, adăugat la diferite oțeluri rezistente la căldură (de exemplu, pentru turbinele cu gaz), precum și la oțelurile pentru scule și magnetice.

Niobiul este introdus în oțel într-un aliaj cu fier (feroniobiu), care conține până la 60% Nb. În plus, ferotantaloniobiul este utilizat cu diferite rapoarte între tantal și niobiu în feroaliaj.

În sinteza organică, unii compuși ai niobiului (săruri complexe de fluorură, oxizi) sunt utilizați ca catalizatori.

Utilizarea și producția de niobiu sunt în creștere rapidă, ceea ce se datorează unei combinații de proprietăți precum refractaritatea, o secțiune transversală mică pentru captarea neutronilor termici, capacitatea de a forma aliaje rezistente la căldură, supraconductoare și alte aliaje, rezistență la coroziune, proprietăți getter, Funcție scăzută de lucru cu electroni, lucrabilitate bună la presiune rece și sudabilitate. Principalele domenii de aplicare ale niobiului sunt: ​​rachetarea, aviația și tehnologia spațială, inginerie radio, electronică, inginerie chimică, energie nucleară.

Aplicații ale niobiului metalic

Piesele sunt fabricate din niobiu pur sau din aliajele acestuia aeronave; învelișuri pentru elemente de combustibil cu uraniu și plutoniu; containere și țevi; pentru metale lichide; piese de condensatoare electrolitice; fitinguri „la cald” pentru lămpi electronice (pentru instalații radar) și generatoare puternice (anozi, catozi, grile etc.); echipamente rezistente la coroziune în industria chimică.

Alte metale neferoase, inclusiv uraniul, sunt aliate cu niobiu.

Niobiul este folosit în criotroni - elemente supraconductoare calculatoare. Niobiul este, de asemenea, cunoscut pentru utilizarea sa în structurile acceleratoare ale Large Hadron Collider.

Compuși intermetalici și aliaje de niobiu

Stanniura Nb3Sn și aliajele de niobiu cu titan și zirconiu sunt utilizate pentru fabricarea solenoizilor supraconductori.

Niobiul și aliajele cu tantal înlocuiesc în multe cazuri tantul, ceea ce dă un efect economic mare (niobiul este mai ieftin și aproape de două ori mai ușor decât tantalul).

Ferroniobiul este introdus în oțelurile inoxidabile crom-nichel pentru a preveni coroziunea și distrugerea lor intergranulară și în alte tipuri de oțel pentru a le îmbunătăți proprietățile.

Niobiul este folosit la baterea monedelor de colecție. Astfel, Banca Letoniei susține că niobiul este folosit împreună cu argintul în monedele de colecție de 1 lat.

Aplicarea compușilor de niobiu catalizator O5 în industria chimică;

in productia de refractare, cermets, speciale. sticlă, nitrură, carbură, niobați.

Carbura de niobiu (p.t. 3480 °C) aliată cu carbură de zirconiu și carbură de uraniu-235 este cel mai important material structural pentru barele de combustibil ale motoarelor nucleare cu reacție în fază solidă.

Nitrura de niobiu NbN este utilizată pentru a produce filme supraconductoare subțiri și ultrasubțiri cu o temperatură critică de 5 până la 10 K, cu o tranziție îngustă de ordinul a 0,1 K.

Niobiul în medicină

Rezistența ridicată la coroziune a niobiului a făcut posibilă utilizarea acestuia în medicină. Firele de niobiu nu provoacă iritații țesutului viu și aderă bine la acesta. Chirurgia reconstructivă a folosit cu succes astfel de fire pentru a îmbina tendoanele rupte, vasele de sânge și chiar nervii.

Aplicație în bijuterii

Niobiul nu numai că are un set de proprietăți necesare tehnologiei, dar arată și destul de frumos. Bijutierii au încercat să folosească acest metal alb strălucitor pentru a face cutii de ceasuri. Aliajele de niobiu cu wolfram sau reniu înlocuiesc uneori metalele nobile: aur, platină, iridiu. Acesta din urmă este deosebit de important, deoarece aliajul de niobiu cu reniu nu este doar similar în exterior cu iridiul metalic, dar este aproape la fel de rezistent la uzură. Acest lucru a permis unor țări să se descurce fără iridiu scump în producția de vârfuri de lipit pentru vârfurile stiloului.

Exploatarea niobiului în Rusia

În ultimii ani, producția mondială de niobiu a fost la nivelul de 24-29 de mii de tone. Trebuie menționat că piața mondială de niobiu este monopolizată în mod semnificativ de compania braziliană SVMM, care reprezintă aproximativ 85% din producția mondială de niobiu.

Principalul consumator de produse care conțin niobiu (aceasta include în principal ferroniobiul) este Japonia. Această țară importă anual peste 4 mii de tone de feroniob din Brazilia. Prin urmare japonez preturile de import pentru produsele care conțin niobiu pot fi luate cu mare încredere pentru a fi aproape de valorile medii mondiale. În ultimii ani, a existat o tendință de creștere a prețurilor ferioniobiului. Acest lucru se datorează utilizării sale în creștere pentru producția de oțeluri slab aliate destinate în principal conductelor de petrol și gaze. În general, trebuie remarcat faptul că în ultimii 15 ani, consumul global de niobiu a crescut cu o medie de 4-5% anual.

Cu regret trebuie să recunoaștem că Rusia se află pe marginea pieței niobiului. La începutul anilor '90, potrivit specialiștilor Giredmet, în fosta URSS S-au produs și consumat aproximativ 2 mii de tone de niobiu (în termeni de oxid de niobiu). În prezent, consumul de produse cu niobiu de către industria rusă nu depășește doar 100 - 200 de tone. Trebuie remarcat faptul că în fosta URSS au fost create capacități semnificative de producție de niobiu, împrăștiate în diferite republici - Rusia, Estonia, Kazahstan. Această caracteristică tradițională a dezvoltării industriei în URSS a pus Rusia într-o situație foarte dificilă în ceea ce privește multe tipuri de materii prime și metale. Piața niobiului începe cu producția de materii prime care conțin niobiu. Tipul său principal în Rusia a fost și rămâne concentratul de loparit produs la Lovozersky GOK (acum Sevredmet JSC, regiunea Murmansk). Înainte de prăbușirea URSS, întreprinderea a produs aproximativ 23 de mii de tone de concentrat de loparit (conținutul său de oxid de niobiu este de aproximativ 8,5%). Ulterior, producția de concentrat a scăzut constant, în 1996-1998. Compania s-a oprit de mai multe ori din cauza lipsei de vânzări. În prezent, se estimează că producția de concentrat de loparit la întreprindere este la nivelul de 700 - 800 de tone pe lună.

Trebuie remarcat faptul că întreprinderea este destul de strict legată de singurul său consumator - fabrica de magneziu Solikamsk. Faptul este că concentratul de loparit este un produs destul de specific care se obține numai în Rusia. Tehnologia sa de prelucrare este destul de complexă datorită complexului de metale rare pe care îl conține (niobiu, tantal, titan). În plus, concentratul este radioactiv, motiv pentru care toate încercările de a intra pe piața mondială cu acest produs s-au încheiat în zadar. De asemenea, trebuie remarcat faptul că este imposibil să se obțină ferioniobiu din concentratul de loparit. În anul 2000, la uzina de la Sevredmet, compania Rosredmet a lansat o instalație experimentală de prelucrare a concentratului de loparit pentru a produce, printre alte metale, produse comerciale care conțin niobiu (oxid de niobiu).

Principalele piețe pentru produsele cu niobiu ale SMZ sunt țările din afara CSI: livrările se fac în SUA, Japonia și țările europene. Ponderea exporturilor în volum total producția este de peste 90%. Capacități semnificative de producție de niobiu în URSS au fost concentrate în Estonia - la Asociația de producție chimică și metalurgică Sillamae (Sillamae). Acum compania estonă se numește Silmet. În perioada sovietică, întreprinderea procesa concentrat de loparit de la uzina de prelucrare și exploatare din Lovoozersk, din 1992, transportul său a fost oprit. În prezent, Silmet prelucrează doar un volum mic de hidroxid de niobiu din uzina de magneziu Solikamsk. Compania primește în prezent majoritatea materiilor sale care conțin niobiu din Brazilia și Nigeria. Conducerea întreprinderii nu exclude furnizarea de concentrat de loparit, cu toate acestea, Sevredmet încearcă să urmeze o politică de prelucrare locală, deoarece exportul de materii prime este mai puțin profitabil decât produse finite.

Îndrumare

Ai nevoie de ajutor pentru a studia un subiect?

Specialiștii noștri vă vor consilia sau vă vor oferi servicii de îndrumare pe teme care vă interesează.
Trimiteți cererea dvs indicând subiectul chiar acum pentru a afla despre posibilitatea de a obține o consultație.

Proprietățile fizice ale niobiului Nb sunt date în funcție de temperatură în intervalul de la -223 la 2527°C. Sunt luate în considerare următoarele proprietăți ale niobiului solid și lichid:

• densitatea niobiului d;
• capacitatea termică a masei specifice C p;
• coeficientul de difuzivitate termică o;
• coeficient de conductivitate termică λ ;
• rezistivitate electrică ρ ;
• coeficient de dilatare termică liniară α .

Proprietățile fizice ale niobiului variază în funcție de temperatură. Schimbarea sa are cel mai mare impact asupra rezistivității electrice a niobiului. De exemplu, când temperatura acestui metal crește de la 0°C până la punctul de topire, rezistivitatea acestuia crește de peste 8 ori (la o valoare de 109·10 -8 Ohm·m).

Niobiul este un metal ductil, refractar, cu un punct de topire de 2477°C și o densitate de 8570 kg/m 3 (la 20°C). Punctul de fierbere al niobiului este de 4744°C, structura rețelei este cubică centrată pe corp cu o perioadă de 0,33 nm.

Densitatea niobiului scade la încălzire. Niobiul în stare topită are o densitate semnificativ mai mică decât în ​​stare solidă: la o temperatură de 2477°C, densitatea niobiului lichid este de 7580 kg/m 3 .

Capacitatea termică specifică a niobiului la temperatura camerei este de 268 J/(kg grade) și crește la încălzire. Rețineți că în timpul topirii, valoarea acestei proprietăți fizice a niobiului se modifică ușor, iar în stare lichidă capacitatea sa de căldură specifică este de 1,7 ori mai mare decât valoarea clasică 3R.

Conductivitatea termică a niobiului la 0°C este de 48 W/(m deg), este apropiat ca dimensiune. Dependența de temperatură a coeficientului de conductivitate termică al niobiului este caracterizată printr-un minim plat în regiunea temperaturii camerei și un coeficient de temperatură pozitiv peste 230°C. Pe măsură ce niobiul se apropie de punctul de topire, conductivitatea sa termică crește.

Difuzitatea termică a niobiului are, de asemenea, un minim blând în apropierea temperaturii camerei și apoi un maxim blând la 900...1500°C. Coeficientul de dilatare liniară termică a niobiului este relativ scăzut. Valoarea este comparabilă cu coeficientul de expansiune al metalelor precum wolfram, iridiu și.

Aplicarea niobiului pentru alierea metalelor

Oțelul aliat cu niobiu are o rezistență bună la coroziune. De asemenea, cromul crește rezistența la coroziune a oțelului și este mult mai ieftin decât niobiul. Acest cititor are dreptate și greșit în același timp. Mă înșel pentru că am uitat de un lucru.

Oțelul crom-nichel, ca oricare altul, conține întotdeauna carbon. Dar carbonul se combină cu cromul pentru a forma carbură, ceea ce face oțelul mai fragil. Niobiul are o afinitate mai mare pentru carbon decât crom. Prin urmare, atunci când niobiul este adăugat la oțel, se formează în mod necesar carbura de niobiu. Oțelul aliat cu niobiu dobândește proprietăți anticorozive ridicate și nu își pierde ductilitatea. Efectul dorit se obține atunci când la o tonă de oțel se adaugă doar 200 g de niobiu metalic. Și niobiul conferă rezistență ridicată la uzură oțelului crom-mangan.

Multe metale neferoase sunt, de asemenea, aliate cu niobiu. Astfel, aluminiul, care se dizolvă ușor în alcalii, nu reacționează cu acestea dacă i se adaugă doar 0,05% niobiu. Și cuprul, cunoscut pentru moliciunea sa, și multe dintre aliajele sale par a fi întărite de niobiu. Mărește rezistența metalelor precum titanul, molibdenul, zirconiul și, în același timp, le crește rezistența la căldură și rezistența la căldură.

Acum proprietățile și capacitățile niobiului sunt apreciate de aviație, inginerie mecanică, inginerie radio, industria chimică și energia nucleară. Toți au devenit consumatori de niobiu.

Proprietatea unică - absența interacțiunii vizibile a niobiului cu uraniul la temperaturi de până la 1100°C și, în plus, o bună conductivitate termică, o secțiune transversală mică de absorbție eficientă a neutronilor termici - a făcut din niobiu un concurent serios al metalelor recunoscute în domeniul nuclear. industrie - aluminiu, beriliu și zirconiu. În plus, radioactivitatea artificială (indusă) a niobiului este scăzută. Prin urmare, poate fi folosit pentru realizarea de containere pentru depozitarea deșeurilor radioactive sau instalații pentru utilizarea acestora.

Industria chimică consumă relativ puțin niobiu, dar acest lucru poate fi explicat doar prin deficitul său. Echipamentele pentru producerea acizilor de înaltă puritate sunt uneori realizate din aliaje care conțin niobiu și, mai rar, din niobiu în foaie. Capacitatea niobiului de a influența viteza anumitor reacții chimice este utilizată, de exemplu, în sinteza alcoolului din butadienă.

Rachetele și tehnologia spațială au devenit, de asemenea, consumatori ai elementului nr. 41. Nu este un secret pentru nimeni că unele cantități din acest element se rotesc deja pe orbite apropiate de Pământ. Unele părți ale rachetelor și echipamentelor de bord ale sateliților Pământului artificial sunt fabricate din aliaje care conțin niobiu și niobiu pur.

Utilizări ale niobiului în alte industrii

„Fittingurile fierbinți” (adică, părți încălzite) sunt fabricate din foi și bare de niobiu - anozi, grile, catozi încălziți indirect și alte părți ale lămpilor electronice, în special lămpile generatoare puternice.

Pe lângă metalul pur, aliajele de tantaloniu-biu sunt folosite în aceleași scopuri.

Niobiul a fost folosit pentru a face condensatoare electrolitice și redresoare de curent. Aici, se folosește capacitatea niobiului de a forma o peliculă stabilă de oxid în timpul oxidării anodice. Filmul de oxid este stabil în electroliții acizi și trece curentul numai în direcția de la electrolit la metal. Condensatoarele de niobiu cu electrolit solid se caracterizează prin capacitate mare cu dimensiuni reduse și rezistență mare de izolație.

Elementele condensatorului cu niobiu sunt realizate din folie subțire sau plăci poroase presate din pulberi metalice.

Rezistența la coroziune a niobiului în acizi și alte medii, combinată cu conductivitate termică ridicată și ductilitate, îl fac un material structural valoros pentru echipamentele din industriile chimice și metalurgice. Niobiul are o combinație de proprietăți care îndeplinesc cerințele energiei nucleare pentru materialele structurale.

Până la 900°C, niobiul interacționează slab cu uraniul și este potrivit pentru fabricarea de carcase de protecție pentru elementele combustibile cu uraniu ale reactoarelor de putere. În acest caz, este posibil să se utilizeze lichide de răcire din metal: sodiu sau un aliaj de sodiu și potasiu, cu care niobiul nu interacționează până la 600°C. Pentru a crește capacitatea de supraviețuire a elementelor combustibile cu uraniu, uraniul este dopat cu niobiu (~ 7% niobiu). Aditivul de niobiu stabilizează pelicula protectoare de oxid de pe uraniu, ceea ce îi mărește rezistența la vaporii de apă.

Niobiul este o componentă a diferitelor aliaje rezistente la căldură pentru turbinele cu gaz pentru motoare cu reacție. Aliarea molibdenului, titanului, zirconiului, aluminiului și cuprului cu niobiu îmbunătățește dramatic proprietățile acestor metale, precum și aliajele lor. Există aliaje rezistente la căldură pe bază de niobiu ca material structural pentru piesele motoarelor cu reacție și rachete (fabricarea palelor de turbine, marginile anterioare ale aripilor, capetele de vârf ale aeronavelor și rachetelor, învelișuri de rachetă). Niobiul si aliajele pe baza acestuia pot fi folosite la temperaturi de functionare de 1000 - 1200°C.

Carbura de niobiu este o componentă a unor clase de carbură pe bază de carbură de tungsten, utilizată pentru tăierea oțelurilor.

Niobiul este utilizat pe scară largă ca aditiv de aliere în oțeluri. Adăugarea de niobiu într-o cantitate de 6 până la 10 ori mai mare decât conținutul de carbon din oțel elimină coroziunea intergranulară a oțelului inoxidabil și protejează sudurile de distrugere.

Niobiul este, de asemenea, adăugat la diferite oțeluri rezistente la căldură (de exemplu, pentru turbinele cu gaz), precum și la oțelurile pentru scule și magnetice.

Niobiul este introdus în oțel într-un aliaj cu fier (feroniobiu), care conține până la 60% Nb. În plus, ferotantaloniobiul este utilizat cu diferite rapoarte între tantal și niobiu în feroaliaj.

În sinteza organică, unii compuși ai niobiului (săruri complexe de fluorură, oxizi) sunt utilizați ca catalizatori.

Utilizarea și producția de niobiu sunt în creștere rapidă, ceea ce se datorează unei combinații de proprietăți precum refractaritatea, o secțiune transversală mică pentru captarea neutronilor termici, capacitatea de a forma aliaje rezistente la căldură, supraconductoare și alte aliaje, rezistență la coroziune, proprietăți getter, Funcție scăzută de lucru cu electroni, lucrabilitate bună la presiune rece și sudabilitate. Principalele domenii de aplicare ale niobiului sunt: ​​rachetarea, aviația și tehnologia spațială, inginerie radio, electronică, inginerie chimică, energie nucleară.

• Piesele de aeronave sunt fabricate din niobiu pur sau din aliajele acestuia; învelișuri pentru elemente de combustibil cu uraniu și plutoniu; containere și țevi; pentru metale lichide; piese de condensatoare electrolitice; fitinguri „la cald” pentru lămpi electronice (pentru instalații radar) și generatoare puternice (anozi, catozi, grile etc.); echipamente rezistente la coroziune în industria chimică.
• Alte metale neferoase, inclusiv uraniul, sunt aliate cu niobiu.
• Niobiul este folosit în criotroni - elemente supraconductoare ale computerelor. Niobiul este, de asemenea, cunoscut pentru utilizarea sa în structurile acceleratoare ale Large Hadron Collider.

• La fabricarea solenoizilor supraconductori se folosesc stanidura Nb 3 Sn și aliajele de niobiu cu titan și zirconiu.
• Niobiul și aliajele cu tantal înlocuiesc în multe cazuri tantul, ceea ce dă un efect economic mare (niobiul este mai ieftin și aproape de două ori mai ușor decât tantalul).
• Ferroniobiul este introdus în oțelurile inoxidabile crom-nichel pentru a preveni coroziunea și distrugerea lor intergranulară și în alte tipuri de oțel pentru a le îmbunătăți proprietățile.
• Niobiul este folosit la baterea monedelor de colecție. Astfel, Banca Letoniei susține că niobiul este folosit împreună cu argintul în monedele de colecție de 1 lat.

• catalizator Nb 2 O 5 în industria chimică;
• in productia de refractare, cermets, speciale. sticlă, nitrură, carbură, niobați.
• Carbura de niobiu (p.t. 3480 °C) aliată cu carbură de zirconiu și carbură de uraniu-235 este cel mai important material structural pentru barele de combustibil ale motoarelor nucleare cu reacție în fază solidă.
• Nitrura de niobiu NbN este utilizată pentru a produce filme supraconductoare subțiri și ultrasubțiri cu o temperatură critică de 5 până la 10 K, cu o tranziție îngustă de ordinul a 0,1 K.

Rezistența ridicată la coroziune a niobiului a făcut posibilă utilizarea acestuia în medicină. Firele de niobiu nu provoacă iritații țesutului viu și aderă bine la acesta. Chirurgia reconstructivă a folosit cu succes astfel de fire pentru a îmbina tendoanele rupte, vasele de sânge și chiar nervii.

Niobiul nu numai că are un set de proprietăți necesare tehnologiei, dar arată și destul de frumos. Bijutierii au încercat să folosească acest metal alb strălucitor pentru a face cutii de ceasuri. Aliajele de niobiu cu wolfram sau reniu înlocuiesc uneori metalele nobile: aur, platină, iridiu. Acesta din urmă este deosebit de important, deoarece aliajul de niobiu-reniu nu numai că arată similar iridiului metalic, dar este aproape la fel de rezistent la uzură. Acest lucru a permis unor țări să se descurce fără iridiu scump în producția de vârfuri de lipit pentru vârfurile stiloului.

Fenomenul uimitor al supraconductivității, când temperatura unui conductor scade, are loc o dispariție bruscă a rezistenței electrice în el, a fost observat pentru prima dată de fizicianul olandez G. Kamerlingh-Onnes în 1911. Primul supraconductor s-a dovedit a fi mercur, dar nu ea, dar niobiul și unii compuși intermetalici ai niobiului au fost destinați să devină primele materiale supraconductoare importante din punct de vedere tehnic.

Două caracteristici ale supraconductorilor sunt practic importante: valoarea temperaturii critice la care are loc tranziția la starea de supraconductivitate și câmpul magnetic critic (Kamerlingh Onnes a observat și pierderea supraconductivității de către un supraconductor atunci când este expus la un câmp magnetic suficient de puternic). ). În 1975, compusul intermetalic de niobiu și germaniu cu compoziția Nb 3 Ge a devenit deținătorul recordului pentru cea mai mare temperatură critică. Temperatura sa critică este de 23,2°K; Acesta este mai mare decât punctul de fierbere al hidrogenului. (Cei mai mulți supraconductori cunoscuți devin supraconductori numai la temperatura heliului lichid).

Capacitatea de a trece la o stare de supraconductivitate este, de asemenea, caracteristică stanidurii de niobiu Nb 3 Sn, aliajelor de niobiu cu aluminiu și germaniu sau cu titan și zirconiu. Toate aceste aliaje și compuși sunt deja folosite pentru a face solenoizi supraconductori, precum și alte dispozitive tehnice importante.

• Unul dintre supraconductorii utilizați activ (temperatura de tranziție supraconductoare 9,25 K). Compușii de niobiu au o temperatură de tranziție supraconductivă de până la 23,2 K (Nb 3 Ge).
• Cei mai frecvent folosiți supraconductori industriali sunt NbTi și Nb 3 Sn.
• Niobiul este folosit și în aliajele magnetice.
• Folosit ca aditiv de aliere.
• Nitrura de niobiu este folosită pentru a produce bolometre supraconductoare.

Rezistența excepțională a niobiului și a aliajelor sale cu tantal în vapori de cesiu-133 supraîncălziți îl face unul dintre cele mai preferate și mai ieftine materiale structurale pentru generatoarele termoionice de mare putere.