Nióbio
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| Nióbio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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41 Nb | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Aparência | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
cinza metálico, azulado quando oxidados  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriedades gerais | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nome, símbolo, número | nióbio, Nb, 41 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pronúncia | / n aɪ oʊ b Eu ə m / NY- OH -bee-əm; / k ə l ʌ m b Eu ə m / kə- LUM -bee-əm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Categoria elemento | de metal de transição | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupo, período, bloco | 5, 5, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Peso atômico padrão | 92,90638 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuração eletrônica | [ Kr ] 4d 4 5s 1 2, 8, 18, 12, 1  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| História | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Descoberta | Charles Hatchett (1801) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Primeiro isolamento | Christian Wilhelm Blomstrand (1864) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Reconhecido como um distinto elemento por | Heinrich Rose (1844) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fase | sólido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densidade (perto RT) | 8,57 g cm -3 · | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ponto de fusão | 2750 K , 2477 ° C, 4491 ° F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ponto de ebulição | 5017 K, 4744 ° C, 8571 ° F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calor de fusão | 30 kJ mol -1 · | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calor de vaporização | 689,9 kJ mol -1 · | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Capacidade calorífica molar | 24,60 J · · mol -1 K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pressão de vapor | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Propriedades atômicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estados de oxidação | 5, 4, 3, 2, -1 (Moderadamente ácida óxido) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Eletronegatividade | 1,6 (escala de Pauling) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energias de ionização | 1º: 652,1 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2: 1380 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3: 2416 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Raio atômico | 146 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| O raio de covalência | 164 ± 18:00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Miscelânea | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| A estrutura de cristal | de corpo centrado cúbico  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ordenamento magnético | paramagnético | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Resistividade elétrica | (0 ° C) 152 Nco · m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Condutividade térmica | 53,7 W · m -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Expansão térmica | 7,3 mm / (m · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Velocidade do som (haste fina) | (20 ° C) 3480 m · s -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| O módulo de Young | 105 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de cisalhamento | 38 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Massa de módulo | 170 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rácio de Poisson | 0,40 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza de Mohs | 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza de Vickers | 1.320 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza Brinell | 736 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Número de registo CAS | 7440-03-1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| A maioria dos isótopos estáveis | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ver artigo principal: Isótopos de nióbio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Nióbio, anteriormente columbium, é um elemento químico com o símbolo Nb (ex-Cb) e número atômico 41. É uma suave, cinza, dúctil de metal de transição , que é muitas vezes encontrado na mineral pirocloro, a principal fonte comercial de nióbio, e columbita. O nome vem da mitologia grega : Niobe, filha de Tântalo.
O nióbio tem propriedades físicas e químicas semelhantes às do elemento de tântalo , e os dois são, portanto, difíceis de distinguir. O químico Inglês Charles Hatchett relatou um novo elemento semelhante ao tântalo em 1801 e nomeou-o Columbium. Em 1809, o químico Inglês William Hyde Wollaston concluiu erradamente que o tântalo eo columbium eram idênticos. O químico alemão Heinrich Rose determinou em 1846 que os minérios de tântalo contêm um segundo elemento, que ele chamou de nióbio. Em 1864 e 1865, uma série de descobertas científicas esclareceu que nióbio e columbium eram o mesmo elemento (como distinguido de tântalo), e por um século os dois nomes foram usados alternadamente. Nióbio foi adotado oficialmente como o nome do elemento, em 1949.
Não era até o início do século 20 que o nióbio foi usado pela primeira vez no mercado. Brasil é o principal produtor de nióbio e ferronióbio, uma liga de nióbio e ferro. O nióbio é usado principalmente em ligas, a maior parte em especial de aço como o utilizado em gás pipelines. Embora as ligas contêm apenas um máximo de 0,1%, que a pequena porcentagem de nióbio melhora a resistência do aço. A estabilidade de temperatura de nióbio contendo superligas é importante para a sua utilização em jato e motores de foguete. O nióbio é usado em vários supercondutores materiais. Estes ligas de supercondutores, também contendo titânio e estanho , são amplamente utilizados na magnetos supercondutores de Scanners de ressonância magnética. Outras aplicações do nióbio incluem a sua utilização em soldagem, indústrias nucleares, eletrônica, óptica, numismática e jóias. Nas duas últimas aplicações de baixa toxicidade de nióbio e capacidade de ser colorido por anodização são vantagens particulares.
História
O nióbio foi descoberto pelo químico Inglês Charles Hatchett em 1801. Ele descobriu um novo elemento em uma amostra mineral que tinha sido enviado para a Inglaterra de Massachusetts, Estados Unidos em 1734 por um John Winthrop, e nomeado o mineral columbita eo novo elemento após columbium Columbia, o nome poético para a América . A descoberta por colômbio Hatchett era provavelmente uma mistura do novo elemento de tântalo.
Posteriormente, houve uma confusão considerável sobre a diferença entre columbium (nióbio) eo tântalo intimamente relacionados. Em 1809, o químico Inglês William Hyde Wollaston comparados os derivados de óxidos de ambos colômbio-columbite, com uma densidade de 5,918 g / cm 3, e tantalum- tântalo, com uma densidade superior a 8 g / cm 3, e concluíram que os dois óxidos, apesar da diferença significativa na densidade, eram idênticos; assim, ele manteve o nome de tântalo. Esta conclusão foi contestada em 1846 pelo químico alemão Heinrich Rose, que argumentou que havia dois elementos diferentes na amostra tantalite, e nomeou-os após filhos de Tântalo: nióbio (a partir de Niobe), e pelopium (a partir de Pelops). Esta confusão surgiu das diferenças observadas mínimas entre tântalo e nióbio. Os novos elementos reivindicados pelopium, ilmenium Dianium e foram, de facto, idêntico ao nióbio ou misturas de nióbio e tântalo.
As diferenças entre tântalo e nióbio foram inequivocamente demonstrado em 1864 por Christian Wilhelm Blomstrand, e Henri Etienne Sainte-Claire Deville, bem como Louis J. Troost, que determinou as fórmulas de alguns dos compostos em 1865 e, finalmente, pelo químico suíço Jean Charles Galissard de Marignac em 1866, que provou que tudo havia apenas dois elementos. Artigos sobre ilmenium continuou a aparecer até 1871.
De Marignac foi o primeiro a preparar o metal em 1864, quando ele cloreto de nióbio reduzido por aquecimento, numa atmosfera de hidrogénio . Apesar de Marignac foi capaz de produzir nióbio livre de tântalo em maior escala por 1866, não foi até o início do século 20 que o nióbio foi usada comercialmente pela primeira vez, em filamentos de lâmpadas incandescentes. Esta utilização tornou-se rapidamente obsoleto através da substituição de nióbio com tungsténio , que tem um ponto de fusão mais elevado e, portanto, é preferível para utilização em lâmpadas incandescentes. A descoberta de que o nióbio melhora a força do aço foi feito na década de 1920, e este aplicativo continua o seu uso predominante. Em 1961, o físico norte-americano Eugene Kunzler e colegas de trabalho na Sino Labs descobriu que nióbio-estanho continua a exibir supercondutividade na presença de fortes correntes elétricas e campos magnéticos, tornando-se o primeiro material para suportar as altas correntes e campos necessários para úteis ímãs de alta potência e acionado eletricamente máquinas. Esta descoberta permitiria - duas décadas mais tarde - a produção de longos cabos multi-filamentos que podem ser enrolados em bobinas para criar grande, poderoso eletroímãs para máquinas rotativas, aceleradores de partículas, ou detectores de partículas.
Nomeando do elemento
Columbium (símbolo Cb) era o nome dado originalmente ao elemento por Hatchett, e esse nome permaneceu em uso em revistas-americanos o último artigo publicado por Sociedade Americana de Química com columbium em suas datas de título de 1953, enquanto nióbio foi usada na Europa. Para acabar com essa confusão, o nome de nióbio foi escolhido para o elemento 41 na 15ª Conferência da União de Química em Amsterdã em 1949. Um ano depois, este nome foi oficialmente adoptada pelo União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) após 100 anos de controvérsias, apesar da prioridade cronológica do nome Columbium. O último nome ainda é por vezes utilizado na indústria dos EUA. Este foi um compromisso das sortes; a IUPAC aceitou tungstênio em vez de volfrâmio, em deferência ao uso norte-americano; e nióbio em vez de columbium, em deferência ao uso Europeu. Nem todos concordaram, e enquanto muitas sociedades químicas e organizações líderes do governo se referem a ele pelo nome oficial IUPAC, muitos metalúrgicos principais, as sociedades de metal, eo Serviço Geológico dos Estados Unidos ainda se referem ao metal pela "columbium" original.
Características
Físico
O nióbio é um lustroso, cinzento, dúctil, paramagnética de metal em grupo 5 da tabela periódica (ver tabela), embora tenha uma configuração atípica na sua mais externa conchas de elétrons em comparação com o resto dos membros. (Isto pode ser observado na vizinhança de ruténio (44), ródio (45), e paládio (46)).
| Z | Elemento | Número de elétrons / shell |
|---|---|---|
| 23 | vanádio | 2, 8, 11, 2 |
| 41 | nióbio | 2, 8, 18, 12, 1 |
| 73 | tântalo | 2, 8, 18, 32, 11, 2 |
| 105 | dubnium | 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 |
Nióbio torna-se um supercondutor em temperaturas criogênicas. À pressão atmosférica, que tem a mais elevada temperatura crítica entre os supercondutores elementares: 9,2 K . O nióbio tem a maior profundidade de penetração magnética de qualquer elemento. Além disso, é um dos três elementar Supercondutores do tipo II, juntamente com vanádio e tecnécio . As propriedades supercondutoras são fortemente dependentes da pureza do nióbio metálico. Quando muito puro, que é relativamente macio e dúctil, mas impurezas tornar mais difícil.
O metal tem um baixo capturar cross-section para térmicas nêutrons ; Assim, é usado nas indústrias nuclear.
Químico
O metal adquire uma coloração azulada quando expostos ao ar, à temperatura ambiente durante períodos prolongados. Apesar de apresentarem um elevado ponto de fusão sob a forma elementar (2468 ° C), que tem uma densidade baixa, em comparação com outros metais refractários. Além disso, é resistente à corrosão, apresenta propriedades supercondutoras, e formas dielétrico camadas de óxido.
O nióbio é um pouco menos electropositiva e mais compactos do que o seu predecessor na tabela periódica, de zircónio , que é praticamente idêntico em tamanho aos átomos de tântalo mais pesados, devido à contração dos lantanídeos. Como resultado, as propriedades químicas de nióbio são muito semelhantes aos de tântalo, que aparece directamente abaixo de nióbio na tabela periódica . Apesar de sua resistência à corrosão não é tão extraordinário como o de tântalo, seu preço mais baixo e maior disponibilidade de nióbio tornar atraente para usos menos exigentes, tais como revestimentos em fábricas de produtos químicos.
Isótopos
De ocorrência natural de nióbio é composto por um estável isótopo , 93 Nb. A partir de 2003, pelo menos 32 radioisótopos também foram sintetizados, que varia em massa atómica de 81 a 113. A maioria destes é estável Nb 92 com uma meia-vida de 34,7 milhões de anos. Um dos menos estável é de 113 Nb, com uma semi-vida estimada de 30 milissegundos. Isótopos que são mais leves do que o estável 93 Nb tendem a decadência por β + decaimento, e aqueles que são mais pesadas tendem a deterioração pela β -. decadência, com algumas exceções 81 Nb, 82 Nb, e 84 Nb têm menor β + adiada caminhos de decaimento de emissão de prótons, 91 Nb decai por captura de elétrons e emissão de pósitrons, e 92 Nb decai por ambos β + e β - decadência.
Pelo menos 25 isómeros nucleares foram descritos, que variam em massa atómica de 84 a 104. Dentro desta gama, apenas 96 Nb, 101 Nb, Nb e 103 não têm isómeros. O mais estável dos isômeros do nióbio é 93m Nb com uma meia-vida de 16,13 anos. O isômero menos estável é 84m Nb com uma meia-vida de 103 ns. Todos os isómeros de decaimento de nióbio por transição isomérica ou decaimento beta exceto 92m1 Nb, que tem um menor captura de elétrons cadeia de decaimento.
Ocorrência
O nióbio é estimada para ser o 33º elemento mais comum na crosta da Terra, com 20 ppm. Alguns pensam que a abundância na Terra deve ser muito maior, mas que o nióbio "em falta" pode ser localizado no centro da Terra devido à elevada densidade do metal. O elemento livre não é encontrado na natureza, mas ocorre em minerais. Minerais que contém nióbio geralmente também conter tântalo, tal como columbite ((Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6) e columbita-tantalita (ou coltan, (Fe, Mn) (Ta, Nb) 2 O 6). Minerais columbita-tantalita são mais comumente encontrado como minerais acessórios em intrusões pegmatite e nas rochas intrusivas alcalinas. Menos comuns são as niobatos de cálcio , urânio , tório e do elementos de terras raras, tais como pirocloro ((Na, Ca) 2 Nb 2 O 6 (OH, F)) e euxenita ((Y, Ca, Ce, U, Th) (Nb, Ta, Ti) 2 O 6). Estes grandes depósitos de nióbio foram encontrados associados com (carbonatites carbonate- silicato rochas ígneas ) e como constituinte do pirocloro.
Os dois maiores depósitos de pirocloro foram encontrados na década de 1950 no Brasil e no Canadá, e os dois países ainda são os maiores produtores de concentrado de nióbio minerais. O maior depósito está hospedado dentro de uma intrusão no carbonatite Araxá, Minas Gerais Brasil, de propriedade da CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração); o outro depósito está localizado em Goiás e de propriedade da Anglo American plc (através de sua subsidiária Mineração Catalão), também hospedado dentro de uma intrusão carbonatite. No total, estas duas minas brasileiras produzem cerca de 75% da oferta mundial. O terceiro maior produtor de nióbio é o hospedado-carbonatite Niobec Mine, Saint-Honouré perto Chicoutimi, Quebec propriedade da Iamgold Corporation Ltd, que produz cerca de 7% da oferta mundial.
Produção
Após a separação a partir de outros minerais, os óxidos mistos de tântalo Ta 2 O 5 e nióbio Nb 2 O 5 são obtidos. O primeiro passo no processamento é a reacção dos óxidos com ácido fluorídrico:
- Ta 2 O 5 + 14 HF → 2H 2 [TaF 7] + 5 H2O
- Nb 2 O 5 + 10 HF → 2H 2 [NbOF 5] + 3 H2O
A primeira separação escala industrial, desenvolvido pela de Marignac, explora as diferentes solubilidades do complexo de nióbio e tântalo fluoretos, dipotássico oxypentafluoroniobate mono-hidrato (2 K [NbOF 5] · H2O) e dipotássio heptafluorotantalate (K 2 [TaF 7]) em água. Processos mais recentes utilizam o líquido de extracção a partir dos fluoretos solução aquosa de solventes orgânicos como ciclohexanona. Os nióbio e tântalo fluoretos complexos são extraídos separadamente do solvente orgânico com água e qualquer precipitado pela adição de fluoreto de potássio para produzir um complexo de fluoreto de potássio, ou precipitado com amónia como o pentóxido de:
- H 2 [NbOF 5] 2 + KF → K 2 [NbOF 5] ↓ 2 + HF
Seguido por:
- 2 H 2 [NbOF 5] + 10 NH4OH → Nb 2 O 5 ↓ + 10 NH 4 F + 7 H2O
Vários métodos são utilizados para o redução de nióbio metálico. A electrólise de uma mistura fundida de K 2 [NbOF 5] e cloreto de sódio é um; a outra é a redução do fluoreto com sódio . Com este método de nióbio com uma pureza relativamente elevada pode ser obtida. Na produção em grande escala a redução de Nb 2 O 5 com hidrogénio ou carbono é usada. No processo que envolve o reacção aluminotérmica uma mistura de óxido de ferro e óxido de nióbio é feito reagir com alumínio :
- 3 Nb 2 O 5 + Fe 2 O 3 + 12 Al → 6 Nb + Fe + 2 6 Al 2 O 3
Para melhorar a reacção, pequenas quantidades de oxidantes como nitrato de sódio são adicionados. O resultado é o óxido de alumínio e ferronióbio, uma liga de ferro e de nióbio usado na produção de aço. O ferronióbio contém entre 60 e 70% de nióbio. Sem adição de óxido de ferro, aluminotérmica processo é usado para a produção de nióbio. A purificação adicional é necessário para se atingir o grau de supercondutores ligas. Electron fusão feixe sob vácuo é o método usado pelos dois principais distribuidores de nióbio.
O United States Geological Survey estima que a produção aumentou de 38.700 toneladas em 2005 para 44.500 toneladas em 2006. Os recursos mundiais estão estimadas em 4,4 milhões de toneladas. Durante o período de dez anos, entre 1995 e 2005, a produção mais que dobrou, a partir de 17.800 toneladas em 1995. Desde 2009 é de produção estável em torno de 63 mil toneladas por ano.
| País | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Austrália | 160 | 230 | 290 | 230 | 200 | 200 | 200 | ? | ? | ? | ? | ? |
 Brasil | 30.000 | 22.000 | 26.000 | 29.000 | 29.900 | 35.000 | 40.000 | 57.300 | 58.000 | 58.000 | 58.000 | 58.000 |
 Canadá | 2290 | 3.200 | 3410 | 3280 | 3400 | 3310 | 4167 | 3020 | 4380 | 4330 | 4420 | 4400 |
 República Democrática do Congo | ? | 50 | 50 | 13 | 52 | 25 | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
 Moçambique | ? | ? | 5 | 34 | 130 | 34 | 29 | ? | ? | ? | ? | ? |
 Nigéria | 35 | 30 | 30 | 190 | 170 | 40 | 35 | ? | ? | ? | ? | ? |
 Ruanda | 28 | 120 | 76 | 22 | 63 | 63 | 80 | ? | ? | ? | ? | ? |
| Mundo | 32.600 | 25.600 | 29.900 | 32.800 | 34.000 | 38.700 | 44.500 | 60.400 | 62.900 | 62.900 | 62.900 | 63.000 |
Compostos
O nióbio é em muitos aspectos semelhante ao tântalo e zircónio . Ele reage com a maioria dos não metais a temperaturas elevadas: nióbio reage com flúor , à temperatura ambiente, com cloro e hidrogénio a 200 ° C , e com azoto a 400 ° C, dando produtos que são frequentemente intersticial e nonstoichiometric. O metal começa a oxidar ao ar a 200 ° C , e é resistente à corrosão por fundidos álcalis e por ácidos, incluindo água régia, clorídrico , sulfúrico , nítrico e fosfórico . O nióbio é atacado por ácido fluorídrico e misturas de ácido fluorídrico / nítrico.
Embora todas as exposições de nióbio dos estados formais de oxidação a partir de 5-1, em compostos mais vulgarmente encontrados, que se encontra no estado 5. Caracteristicamente, os compostos em estados de oxidação inferior a exibição Nb 5+-Nb ligação.
Óxidos e sulfuretos
Formas de nióbio óxidos com os estados de oxidação (5 Nb 2 O 5), 4 ( NbO 2), e 3 (Nb 2 O 3), bem como com o estado de oxidação mais raro 2 ( NbO). Mais comumente encontrado é o pentóxido, precursor a quase todos os compostos de nióbio e ligas. Niobatos são gerados por dissolução do pentóxido de básicas de hidróxido de soluções ou por fusão em que os óxidos de metais alcalinos. São exemplos niobato de lítio (LiNbO 3) e niobato de lantânio (Lanbo 4). No niobato de lítio é um trigonally distorcida perovskita-como estrutura, enquanto o niobate lantânio contém solitários NbO 4 3- íons. O sulfureto de nióbio em camadas (NBS 2) também é conhecida.
Os materiais com um revestimento de película fino de nióbio (V) de óxido pode ser produzido pela ou deposição de vapor químico processos de deposição de camada atômica, em cada caso, pela decomposição térmica de nióbio (V) etóxido acima de 350 ° C.
Halides
Nióbio forma halogenetos nos estados de oxidação de 5 e 4, bem como diversa compostos subestequiométricas. Os penta (NBX 5) recurso octaédricos centros RN. Nióbio pentafluoreto (NBF 5) é um sólido branco com um ponto de 79,0 ° C e fusão pentacloreto de nióbio (NbCl5) é amarela (ver imagem à esquerda) com um ponto de fusão 203,4 ° C. Ambos são hidrolisado para dar óxidos e oxi-halogenetos, tais como NbOCl 3. O pentacloreto é um reagente versátil sendo utilizado para gerar o compostos organometálicos, como o dicloreto niobocene ((C 5 H 5) 2 NbCl 2). Os tetra (NBX 4) são polímeros de cor escura com títulos Nb-Nb, por exemplo, o preto tetrafluoride higroscópico nióbio (NBF 4) e marrom nióbio tetracloreto (NbCl 4).
Iodetos compostos aniônicos de nióbio são bem conhecidos, devido em parte à Acidez de Lewis dos penta. O mais importante é [NBF 7] 2-, que é um intermediário na separação de Nb e Ta dos minérios. Este heptafluoride tende a formar o oxopentafluoride mais prontamente do que a dos complexos de halogeneto de tântalo incluem compound.Other octaédrico [NbCl 6] -:
- Nb 2 Cl 10 + 2 Cl - → 2 [NbCl 6] -
Tal como para outros metais precoces, uma variedade de grupos de haleto de redução são conhecidos, sendo o primeiro exemplo [Nb 6 Cl 18] 4-.
Nitretos e carbonetos
Outro compostos binários de nióbio incluem o nitreto de nióbio (NBN), que se torna um supercondutor a baixas temperaturas e é utilizado em detectores de luz infravermelha. A principal carboneto de nióbio é NBC, um extremamente duro, refratário, material de cerâmica, usado comercialmente em bits da ferramenta para ferramentas de corte.
Aplicações
Estima-se que, de 44.500 toneladas métricas de nióbio minadas em 2006, 90% foi utilizado na produção de aço estrutural de alta qualidade, seguido pela sua utilização em superligas. O uso de ligas de nióbio para supercondutores e em componentes eletrônicos representam apenas uma pequena parte da produção.
A produção de aço
O nióbio é um eficaz microligantes elemento para o aço. A adição de nióbio para o aço causa a formação de carboneto de nióbio e nitreto de nióbio no interior da estrutura do aço. Estes compostos melhoram a refinação do grão, retardo de recristalização, e o endurecimento por precipitação do aço. Esses efeitos, por sua vez aumentar a resistência, força, maleabilidade, e soldabilidade do aço microligado. Microligado aço inoxidável têm um teor de nióbio de menos do que 0,1%. É uma adição de liga importante ligas de aço de alta resistência de baixa que são amplamente usados como componentes estruturais em automóveis modernos. Estas ligas contendo nióbio são fortes e são frequentemente utilizados em construção do gasoduto.
Superligas
Quantidades apreciáveis do elemento, quer na sua forma pura ou sob a forma de elevada pureza ferronióbio e níquel nióbio, são utilizados em níquel, cobalto -, e ferro baseados superligas para aplicações como motores a jato componentes, turbinas a gás, subconjuntos de foguetes, sistemas carregador turbo, e resistente ao calor e combustão equipamentos. Nióbio precipita um γ endurecimento '' - fase dentro da estrutura do grão da superliga. As ligas conter até 6,5% de nióbio. Um exemplo de um contendo nióbio superliga à base de níquel é Inconel 718, que consiste de cerca de 50% de níquel , 18,6% de crómio , 18,5% de ferro , 5% de nióbio, 3,1% de molibdénio , 0,9% de titânio e 0,4% de alumínio . Estes superligas são utilizados, por exemplo, em sistemas de armação ar avançadas, tais como os utilizados na Programa Gemini.
Uma liga utilizada para bicos de foguetes propulsores líquidos, tais como no principal motor da Apollo Lunar módulos, é C103, que consiste em 89% de nióbio, 10% de háfnio e 1% de titânio. Outra liga de nióbio foi utilizado para o bocal do Módulo de Serviço Apollo. Como o nióbio é oxidado a temperaturas superiores a 400 ° C, é necessário um revestimento de protecção para estas aplicações para evitar a liga de tornar-se quebradiço.
Ímãs supercondutores
Nióbio-germânio (Ge Nb 3), nióbio-estanho (Nb 3 Sn), bem como o nióbio-titânio ligas são usados como um Tipo II fio supercondutor para ímãs supercondutores. Estes ímans supercondutores são utilizados em ressonância magnética e instrumentos de ressonância magnética nuclear, bem como em aceleradores de partículas. Por exemplo, a Large Hadron Collider utiliza 600 toneladas de fios supercondutores, enquanto o International Thermonuclear Experimental Reactor é estimada para usar 600 toneladas de Nb 3 Sn fios e 250 toneladas de fios NbTi. Só em 1992, fios de nióbio-titânio foram utilizados para construir mais de US $ 1 bilhão em sistemas clínicos de ressonância magnética.
Supercondutor, outro
O Supercondutor de radiofrequência (RF) cavidades utilizadas na elétron livre lasers e TESLA XFEL são feitos de nióbio puro.
A alta sensibilidade do supercondutores de nióbio nitreto bolómetros torná-los um detector ideal para a radiação eletromagnética na faixa de frequências THz. Estes detectores foram testados no Telescópio Submillimeter Heinrich Hertz, o Telescópio Pólo Sul, a Telescópio Lab receptor e, APEX e agora são utilizados no instrumento a bordo do HIFI Observatório Espacial Herschel.
Outros usos
Eletrocerâmicas
Niobato de lítio, que é um ferroelétrico, é amplamente utilizado em telefones móveis e moduladores ópticos, e para o fabrico de dispositivos de ondas acústicas de superfície. Ele pertence à ABO 3 estrutura ferroelétricos como de lítio e tantalato titanato de bário. O nióbio foi avaliada como uma alternativa mais barata à tântalo em capacitores, condensadores de tântalo, mas ainda são predominantes. O nióbio é adicionado ao vidro, a fim de atingir um maior índice de refração, uma propriedade de uso para a indústria óptica em fazer mais finos óculos corretivos .
Aplicações hipoalergénicos: medicina e jóias
Nióbio e algumas ligas de nióbio são fisiologicamente inertes e assim hipoalergênico. Por esta razão, o nióbio é encontrada em muitos dispositivos médicos, tais como pacemakers. O nióbio tratado com hidróxido de sódio forma uma camada porosa que auxilia osseointegração.
Juntamente com titânio, de tântalo, e de alumínio, nióbio também pode ser aquecido electricamente e anodizado, resultando numa grande variedade de cores, utilizando um processo conhecido como metal reactivo anodização que é útil na criação de jóias. O fato de que o nióbio é hipoalergênico também beneficia o seu uso em jóias.
Numismática
O nióbio é usado como um metal precioso em moedas comemorativas, muitas vezes com prata ou ouro. Por exemplo, a Áustria produziu uma série de prata de nióbio de euro moedas a partir de 2003; a cor nestas moedas é criado pela difracção da luz por uma fina camada de óxido produzida pela anodização. Em 2012, dez moedas estão disponíveis mostrando uma ampla variedade de cores no centro da moeda: azul, verde, marrom, roxo, violeta, ou amarelo. Mais dois exemplos são o austríaco 2004 25 € 150 Anos Semmering Alpine Railway moeda comemorativa, e em 2006 austríaco 25 € Europeu de Navegação por Satélite moeda comemorativa. A Casa da Moeda austríaca produzido para a Letónia uma série semelhante de moedas a partir de 2004, com uma sequência em 2007. Em 2011, a Royal Canadian Mint iniciou a produção de uma moeda de cinco dólares de prata esterlina e nióbio chamado da lua do caçador em que o nióbio foi selectivamente oxidado, portanto, a criação de acabamentos exclusivos, onde há duas moedas são exatamente iguais.
Outro
Os selos de arco de tubo de alta pressão lâmpadas de vapor de sódio são feitos de nióbio ou de nióbio com 1% de zircónio , nióbio, porque tem um coeficiente muito semelhante de expansão térmica para o sinterizado alumina tubo de descarga cerâmico, um material translúcido que resiste a ataque químico ou redução pelo vapor de sódio e o líquido quente contida no interior da lâmpada de operação. O metal também é usado em varetas de solda de arco para alguns estabilizado qualidades de aço inoxidável. É também usado como um material em ânodos para os sistemas de protecção catódica em alguns tanques de água, que são então plaqueadas geralmente por platina.
Precauções
Nióbio não tem papel biológico conhecido. Enquanto pó de nióbio é um olho e pele irritantes e um potencial risco de incêndio, nióbio elemental em uma escala maior é fisiologicamente inerte (e, portanto, hipoalergênico) e inofensivo. É freqüentemente usado em jóias e foi testado para uso em alguns implantes médicos.
Compostos contendo nióbio são raramente encontrados pelas pessoas, mas alguns são tóxicos e devem ser tratadas com cuidado. A exposição de curto e longo prazo para niobatos e cloreto de nióbio, dois produtos químicos que são solúveis em água, foram testados em ratos. Os ratos tratados com uma única injecção de pentacloreto de nióbio ou niobatos mostram um dose letal média (DL50) entre 10 e 100 mg / kg. Para administração oral, a toxicidade é inferior; um estudo com ratos originou um LD 50 depois de sete dias de 940 mg / kg.
