Как раньше назывался металл ниобий

Обновлено: 17.05.2024

История ниобия с самого момента его обнаружения тесно связана с танталом. Самое интересное заключается в том, что даже названия данных металлов тесно переплетаются между собой, поскольку Ниоба – дочь царя Тантала в древнегреческой мифологии.

Данный металл был открыт исследователем Ч. Хэтчеттом, который проводил исследования минерала из Колумбии. Изначально Ниобий был назван по другому, в честь данной страны – «Колумбий». Через год был открыт Тантал, который также по ошибке приняли за колумбий, однако в ближайшие полвека эта проблема была решена, колумбий назвали ниобием (элемент Nb), а второй металл – танталом.

История металла

В 1734 г. в Британский музей из Америки, которую тогда называли Колумбией, поступил неизученный минерал. В 1901 г. его исследовал Ч. Хэтчет и открыл новый химический элемент. Изначально ниобий назывался колумбием.

Через год шведский химик открыл тантал, с аналогичными свойствами. Некоторое время считалось, что это один и тот элемент, пока еще через 40 лет немецкий химик Розе не доказал обратное. Ученый переименовал колумбий в ниобий, в честь Ниобы, дочери Тантала, чтобы подчеркнуть схожесть свойств обоих элементов. В некоторых англоязычных странах прежнее название продолжали использовать до середины следующего столетия, пока в 1950 г. международная организация химиков IUPAC официально не закрепила современное название Niobium и символ Nb .

Чистый ниобий выделил путем реакции восстановления французский ученый Анри Муассан в конце 19 ст.

Ниобий – металл или неметалл

В таблице Менделеева ниобий находится в пятой группе элементов. Это металл, характеризующийся высокой тугоплавкостью, которая обусловила его активное промышленное использование. Другим важным свойством является сверхпроводимость, для проявления которой не требуются слишком сложные сопутствующие условия. Электронная конфигурация ниобия имеет следующий вид: 4d45sl.

Температура плавления ниобия – 2468 градусов Цельсия, температура кипения – 4927 градусов Цельсия. С точки зрения магнитных свойств ниобий является парамагнетиком.

Свойства

Ниобий находится в V группе таблицы Менделеева. Порядковый (атомный) номер – 41. Решетка кубическая (атомы находятся в вершинах и по центру).

Ниобий относится к группе моноизотопных элементов, т. к. имеет 1 стабильный изотоп Nb -93. Остальные 32 радионуклида имеют периоды полураспада от 44 нс (Nb-81) до 34,7 млн лет (Nb-92).

Физические свойства

Атомная масса	92,9 а. е. м.
Радиус атома	146 ·10 −12 м
Теплопроводность	53,7 Вт/(м·K )
Температура кипения	4742 °С
Температура плавления	2468 °С
Твердость	6 из 10 (по Моосу)
Удельное электрическое сопротивление (при 0°С)	15,22·10-8 ом·м
Предел прочности ( при 20 °С)	342·10 6 Н/см 2
Плотность (при 20 °С)	8,57 г/см 3

Плотность ниобия при переходе в жидкое состояние уменьшается до 7, 58 г/см3. При температуре -264,15 °С металл превращается в сверхпроводник. По значению температуры плавления ниобий отнесен к группе тугоплавких металлов, где находится на 4-й верхней строке таблицы.

Nb – пластичный металл, его даже можно раскатать в фольгу, но только при отсутствии примесей O 2 , H , C , N , которые повышают твердость, но ухудшают пластичность, делая металл хрупким.

Химические свойства

Электронная конфигурация атома ниобия состоит из 5 энергетических уровней, на которых расположены электроны в следующем порядке: 2, 8, 18, 12, 1. На крайней (5s) и пред-крайней (4d) орбитах находятся в сумме 5 неспаренных электронов, что отображено в краткой графической формуле Nb: [Kr] 4d4 5s1. Наличие 5 субатомных частиц с отрицательным зарядом означает, что у ниобия 5 валентных электронов.

Валентность	1, 2, …5
Высшая степень окисления	5
Низшие степени окисления	4, 3, 2, 1, 0, -1, -3
Энергия ионизации	652 кДж/моль

К другим химическим свойствам относится устойчивость к большинству кислот, кроме концентрированной H 2 SO 4 (при температуре до 150 °C), плавиковой кислоты ( HF ), и смеси HF с HNO 3 .

Из щелочей Nb вступает в реакцию только с концентрированными растворами едких щелочей . С ураном, расплавленными щелочными металлами Nb реагирует при высоких температурах.

Ниобиевая кислота HNbO 3 образует с K , Li , Pb , Na , Cd , Nd , Rh соли под названием «ниобаты».

Ниобий хорошо взаимодействует с газами, особенно с кислородом. На воздухе он покрывается оксидной пленкой, а в виде порошка склонен к самовозгоранию. При повышении температуры от 200 °С резко возрастает окисляемость. В состоянии окисления Nb проявляет свойства неметаллов.

Ниобий в природе

На текущий момент месторождений с чистым ниобием на планете не было обнаружено. В природе он встречается во множестве рассеянных форм или в составе различных минералов. Наиболее интересными с точки зрения промышленного производства являются минералы лопарит, пирохлор и колумбит-танталит. Стоит отметить, что в природе ниобий всегда соседствует с танталом. В том случае, если было обнаружено месторождение одного из этих металлов, то значит, рядом находятся и примеси второго. Это объясняется тем, что они обладают крайне схожими физическими и химическими свойствами, и для того, чтобы отличить ниобий от тантала, требуется использование только специального оборудования. В связи со всем этим особую ценность приобретает лом ниобия.

Особенности производства ниобия

Впервые чистый образец ниобия был получен в 1864 году усилиями Кристиана Бломстранда, который воздействовал на хлорид ниобия при помощи газообразного водорода. В ходе нагревания удалось получить чистый образец ниобия. На текущий момент добыча минералов, содержащих в себе ниобий, происходит в Бразилии и Канаде. Эти два государства являются основными поставщиками этого металла на мировой рынок. По текущим расчетам в промышленных объемах в земной коре данный металл будет содержаться в течение следующих пяти веков.

Некоторые исследования говорят о том, что ниобий токсичен для человека, а точнее, токсичны некоторые разновидности ниобиевой пыли, которые при попадании в глаза или на кожу, могут вызывать раздражение. Однако каких-либо массовых случаев негативного воздействия ниобия на человека выявлено не было.

Добыча данного металла происходит открытым способом, добывается руда, которая впоследствии делится на блоки и перерабатывается за счет разрыва. Затем происходит погрузка и транспортировка руды ниобия в места переработки. Однако могут использоваться и подземные методы добычи ниобия, как например в Канаде.

Основой восстановления концентрата пирохлора до феррониобия является алюминотермический процесс. Здесь производится смешивание руды с гематитом, порошком алюминия, а также незначительным количеством флюса извести и флюоорошпата. После чего происходит выгрузка в стальные контейнеры, которые предварительно были облицованы огнеупорным кирпичом из магнезита.

Основные физико-химические характеристики ниобия

Среди основных характеристик ниобия, которые объясняют его активную эксплуатацию, можно выделить:

• прочность;
• тугоплавкость;
• высокую устойчивость к коррозии и негативному воздействию окружающей среды;
• легкость в варке;
• пластичность.

Главное преимущество заключается в том, что кислоты крайне слабо воздействуют на данный элемент.

Сплавы

В промышленности используется чистый Nb , без легирующих добавок, и соединения с такими металлами:

• вольфрамом;
• молибденом;
• цирконием;
• титаном;
• ванадием;
• серебром;
• германием (германийтриниобий);
• оловом (станнид триобия)
• нержавеющей сталью (феррониобий).

Для этих сплавов характерны тугоплавкость, устойчивость к коррозии, прочность.

Сверхпроводимость и возбужденное состояние ниобия

Сверхпроводимость – состояние, когда при резком понижении температуры проводника в нем скачкообразно исчезает электрическое сопротивление.

Первым сверхпроводником являлась ртуть, однако ниобий стал одним из первых металлов, чья сверхпроводимость стала важнейшим фактором. Здесь крайне важным параметром становится величина критической температуры, когда наступает подобное свойство. На текущий момент известно огромное количество металлов со сверхпроводимостью, однако большинство из них не могут быть использованы в промышленности из-за чрезмерно больших значений критических параметров. Ниобий лишен этого недостатка, что обусловило его активное использование при создании сверхпроводящих магнитов.

Преимущества и недостатки

К достоинствам ниобия относится высокая устойчивость к коррозии и агрессивным средам. Там, где детали из нержавеющей стали выдерживают 2-3 месяца, изделия из ниобия служат 2-3 года. Тугоплавкость, высокая прочность и пластичность также относятся к преимуществам.

Недостатками металла считается его высокая цена, низкое содержание в земной коре и токсичность для живых организмов.

В зависимости от примесей цена за ниобиевый порошок составляет 3-20 тыс. руб./кг, слитки, пpyтки – 8000 руб./кг, стpyжкa – 650 руб./кг. Даже цена на лом ниобия обозначается 3-4-значным числом.

Применение ниобия

Применение ниобия становится все более распространенным, что объясняется большим количеством его преимуществ и важных характеристик. Основными отраслями, где используется ниобий, являются строительство различных видов транспортной техники, от космических ракет до компонентов других летательных аппаратов. Обширно его использование в электронике и радиотехнике.

При этом в различных отраслях используется в своих различных формах. К примеру, чистый ниобий используется для создания деталей летательных аппаратов, контейнеров и труб для жидких металлов.

Сплавы ниобия позволяют легировать цветные металлы, в том числе и уран. В результате они перестают подвергаться воздействию щелочных соединений.

Оксиды ниобия Nb2O5 получили очень большое распространение в химической индустрии.

Вычислительные устройства также подразумевают использования ниобия, поскольку он требуется для производства криотронов – сверхпроводящих элементов. К тому же, строительство большого адронного коллайдера было бы невозможно без использования соединений данного металла.

Высокая удельная емкость металла обусловила его применение при изготовлении электролитических конденсаторов. Стоит отметить, что использование тантала позволяет производить конденсаторы более высокого качества, однако в вопросах надежности конденсаторы из ниобия существенно лучше.

Наконец, ниобий используется при изготовлении памятных монет в некоторых странах мира. Конкретная формула сплава и определяет ценность этих монет.

Влияние на человека

Ниoбий и его соединения oпacны для человека, особенно пыль, которая вызывает слезотечение и дерматиты. При попадании внутрь организма развиваются патологии opгaнoв, возможен паралич конечностей.

В РФ допустимая концентрация Nb в воде – не выше 0,01 мг/л.

Ответы на вопросы пользователей

Часто пользователи задают различные вопросы по Ниобию. Ответим на некоторые из них.

Число протонов, нейтронов и электронов в атоме ниобия

Атом стабильного изотопа Nb -93 содержит 41 протон и столько же электронов, нейтронов – 52.

Вид химической связи, характерный для ниобия

Между атомами в кристалле ниобия имеет место металлическая связь, обусловленная объединением валентных электронов.

НИОБИЙ — мифы и реальность

Названия металлов ниобия и тантала связаны со времен их открытия. Не зря их имена отнесены к одному мифологическому семейству — Танталу и его дочери Ниобы.

История

История ниобия связана с его вечным спутником — танталом.

Новый элемент обнаружил Ч. Хетчет, исследуя минерал из Колумбии. Поэтому и найденный элемент назвали колумбием. Через год был открыт тантал, но его ошибочно посчитали «колумбием». Ошибку нашли и исправили через 40 лет. Колумбий назвали ниобием, а его спутника танталом.

Элемент относится к тугоплавким металлам, в таблице Менделеева имеет № 41. Латинское название Niobium, в химических формулах обозначается символом Nb.

Некоторые характеристики:

• цвет серебристо-серый;
• кристаллическая структура решетки объемноцентрированая, кубическая;
• состоит из стабильного изотопа Nb93;
• отличается высокой хладоустойчивостью.
• обладает парамагнитностью.

Химические свойства:

1. С большинством кислот не реагирует (кроме плавиковой и ее смеси с азотной).
2. Устойчив в расплавах многих металлов.
3. Реагирует с концентрированными едкими щелочами.
4. С повышением температуры окисляемость металла быстро возрастает.
5. При 9°К становится сверхпроводником.

Познавательно: ниобий и тантал — братья-близнецы. Они всегда рядом в рудах, и разделить их непросто. Проще всего отличить одинаковые кусочки металла по весу — плотность ниобия почти в 2 раза меньше, чем у тантала. К тому же тантал гораздо дороже нашего героя.

Плюсы и минусы

Достоинства	Недостатки
Устойчив к коррозии в агрессивных средах	Высокая цена
Завидные механические свойства (прочность, пластичность)	Руды металла редко встречаются
Высокая температура плавления	Малый модуль упругости

Где искать

Нахождение в природе ниобия почти всегда сопутствует минералам, содержащим тантал.

Месторождения рудных запасов имеют:

• Австралия;
• Бразилия;
• Россия;
• США;
• Канада.

Известно около 100 ниобийсодержащих минералов; в их состав почти всегда входит и тантал.

Производство ниобия

Промышленные способы получения чистого металла:

• алюмотермия;
• карботермия;
• натрийтермия.

Производство включает предварительную концентрацию руды и несколько стадий процессов:

1. Концентрат сплавляют с едким натром или содой; сплав выщелачивают.
2. В нерастворимый осадок выпадают Nb и Ta, которые разделяют.
3. Раздельно восстанавливают оксиды редких металлов.

Порошковый металл получают электроннолучевой, дуговой или вакуумной плавкой.

В сплавах применяют в качестве лигатуры:

Для повышения жаропрочности в соединения ниобия вводят вольфрам, цирконий, молибден.

Познавательно: детали из нержавейки в средах сильных кислот работают 2-3 месяца; детали из ниобия и его сплавов в этих средах трудятся 2-3 года.

Что делают из ниобия

Продукцию из ниобия и его сплавов потребляют:

• электронная промышленность;
• авиация;
• ядерная физика;
• металлургия.

Применение свойства сверхпроводимости в томографии, исследованиях на аппаратах МРТ в медицине помогают медикам в раннем обнаружении болезней.

Охлаждение квантовых компьютеров, кабели для Большого адронного коллайдера, огнеупоры, ТВЭЛы для ядерных устройств — везде работает наш герой и его сплавы.

Возможно применение металла в ювелирной промышленности. Его оксидные пленки, полученные с помощью электролиза, имеют множество ярких цветов; все зависит от электролита и температуры.

Интересно: несколько стран выпускают коллекционные монеты с сердцевиной, анодированной разноцветными сплавами ниобия.

Легирующие свойства металла придают сплавам тугоплавкость, прочность, устойчивость к коррозии.

Физикам-экспериментаторам не обойтись без соединений ниобия (химические формулы NbN, Nb3Sn, Nb3Ge, NbTi) — они обладают сверхпроводимостью.

Купить металл

Цена ниобиевого порошка на 20.09.2020 составляла 17000 руб/кг.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Сковорода бы стоила из таких сплавов от 30 до 50 тыс.руб

Мне очень хочется что все россияне готовили себе и своим детям на безопасных сковородках выплавленных из : сплава- титана, циркония, тантала только тогда нация будет здоровой но к сожалению никто такую посуду не производит в путинской России руководство проводит антинародную политику, я прошу дорого господина чемезова самого достойного россиянина создать в Ростехе предприятие производящее для всех россиян — сковородки , кастрюли, ножи, ложки, вилки , терки, мясорубки, чайники, из обсолютно безопасного на планете единственного сплава без железа , без ядовитого хрома и никеля , без тефлонового ядовитейшего покрытия пластмассового которое травит всех россиян и их детей и из этой отравы все граждане покупают сковородки . А нужно делать только из — сплава : титана 30%+ цирконий 50%+ тантал 20% , такая посуда и сковородка ничего вредного в еду совсем не выделяет , не ржавеет никогда и можно давать гарантию — 500 — 1000 лет. Юрий тимашов 29 лет Кубань .

Ниобий история

С элементом, занимающим в менделеевской таблице 41-ю клетку, человечество знакомо давно. Возраст его нынешнего названия — ниобий — почти на полстолетия меньше. Случилось так, что элемент № 41 был открыт дважды. Первый раз — в 1801 г. английский ученый Чарльз Хатчет исследовал образец черного минерала, присланного в Британский музей из Америки. Из этого минерала он выделил окисел неизвестного прежде элемента. Новый элемент Хатчет назвал колумбием, отмечая тем самым его заокеанское происхождение. А черный минерал получил название колумбита.

Через год шведский химик Экеберг выделил из колумбита окисел еще одного нового элемента, названного танталом. Сходство соединений Колумбия и тантала было так велико, что в течение 40 лет большинство химиков считало: тантал и Колумбии — один и тот же элемент.

В 1844 г. немецкий химик Генрих Розе исследовал образцы колумбита, найденные в Баварии. Он вновь обнаружил окислы двух металлов. Один из них был окислом известного уже тантала. Окислы были похожи, и, подчеркивая их сходство, Розе назвал элемент, образующий второй окисел, ниобием по имени Ниобы, дочери мифологического мученика Тантала.

Впрочем, Розе, как и Хатчет, не сумел получить этот элемент в свободном состоянии.

Металлический ниобий был впервые получен лишь в 1866 г. шведским ученым Бломстрандом при восстановлении хлорида ниобия водородом. В конце XIX в. были найдены еще два способа получения этого элемента. Сначала Муассан получил его в электропечи, восстанавливая окись ниобия углеродом, а затем Гольдшмидт сумел восстановить тот же элемент алюминием.

А называть элемент ниобий в разных странах продолжали по-разному: в Англии и США — колумбием, в остальных странах — ниобием. Конец разноголосице положил Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) в 1950 г. Было решено повсеместно узаконить название элемента «ниобий», а за основным минералом ниобия так и закрепилось наименование «колумбит». Его формула (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂O₆.

Ниобий химические свойства

Элементный ниобий — чрезвычайно тугоплавкий (2468° С) и высококипящий (4927° С) металл, очень стойкий во многих агрессивных средах. Все кислоты, за исключением плавиковой, не действуют на него. Кислоты-окислители «пассивируют» ниобий, покрывая его защитной окисной пленкой (Nb₂О₅). Но при высоких температурах химическая активность ниобия повышается! Если при 150—200° С окисляется лишь небольшой поверхностный слой металла, то при 900—1200° С толщина окисной пленки значительно увеличивается.

Ниобий! активно реагирует со многими неметаллами. С ним образуют соединения галогены, азот, водород, углерод, сера. При этом ниобий может проявлять разные валентности — от двух до пяти. Но главная валентность этого элемента 5+. Пятивалентный ниобий! может входить кв состав соли и как катион, и как один из элементов аниона, что свидетельствует об амфотерном характере элемента В 41.

Ниобий

Ниобий это химический элемент, первоначальное название в честь Колумбии (колумбием), позднее был переоткрыт другим ученым и назван (ниобий).

Имеет большое практическое значение в атомной промышленности, медицине, его уникальные свойства (инертность) используются в высоко агрессивных средах, вплоть до атомных реакторов.

Ниобий химический элемент

[Niobium; по имени древне греч. мифологического персонажа Ниобеи , дочери Тантала], Ниобий это Nb — химический элемент V группы периодической системы элементов; ат.н. 41, ат. м. 92,9064.

Ковкий металл светло-серого цвета. В соединениях проявляет степени окисления +1, + 2, +3, +4 и +5. Природных изотопов один —93Nb.

Из искусственно получаемых наибольшее значение имеет изотоп 96Nb с периодом полураспада 35 дней.

Открытие ниобия

Ниобий обнаружил (1801) англ. химик Ч. Хатчет в минерале, найденном в Колумбии, назвав этот элемент колумбием.

В 1844 нем. химик Г. Розе открыл новый элемент и назвал его ниобием. Позднее было установлено, что Колумбии и ниобий — один и тот же элемент.

Металлический Н. впервые получил (1866) швед, ученый Бломстрад; компактный пластичный ниобий получил (1907) нем. химик В. фон Болтон.

Промышленное применение развивается с 50-х гг. 20 в.

Содержание ниобия в земной коре

Наиболее важные пром. минералы ниобия колумбит и танталит (Fe, Мn) [(Та, Nb)О₃]₂ (название зависит от преобладания ниобия или тантала), пирохлор (Na, Са…)₂ (Nb, Ti)₂ [F, ОН) и лопарит (Na, Са, Се…)₂ (Ti, Nb)₂О₆.

Физические свойства

Кристаллическая решетка Н. объемноцентрированная кубическая с периодом а = 3,294 А. Атомный радиус 1,45 А, ионный радиус Nb5+ равен 0,66 А.

Плотность 8,57 г/см 3 ; t_пл 2468°С; t_кип 5127° С; температурный коэфф. линейного расширения (т-ра 0—100° С) 7,1 х 10-6 град-1; коэфф. теплопроводности (т-ры 20 и 600° С) 0,125 и 0,156 кал/см — сек- град.

Удельная теплоемкость при т-рах 100; 1400 и 1600° С равна соответственно 0,065; 0,0797 и 0,08267 кал/г х град. Теплота плавления 6,4 ккал/г х атом; теплота испарения 170 ккал/г х атом.

Удельное электрическое сопротивление (т-ра 0°С) 15,22 х 10 -6 ом х см. Температурный коэфф. электрического сопротивления (т-ра 0—100°С) 3,95 х 10 -3 град.

Т-ра перехода в сверхпроводящее состояние 9,22 К. Ионизационный потенциал 6,77 эв. Работа выхода электронов 4,01 эв. Н. парамагнитен. Мех. св-ва Н. зависят от чистоты и характера обработки.

Модуль нормальной упругости ниобия составляет И 500 кгс/мм2; модуль сдвига равен 3750 кгс/мм2; коэффициент Пуассона 0,38; твердость 100—160 кгс/мм2 (при чистоте 99,9—99,7%) и 40—50 кгс/мм2 (металла высокой чистоты).

У ниобия технической чистоты предел прочности на растяжение 35 кгс/мм2; удлинение 50% ; сужение 80% . Предел текучести (т-ра 20° С) 25,3 кгс/мм2.

Сечение захвата тепловых нейтронов 1,15 барн.

Химические свойства

Ниобий стоек к действию соляной, серной, азотной и фосфорной к-т, «царской водки», а также органических к-т любой концентрации на холоду и при т-ре 100—150° С.

Растворяется в плавиковой к-те, смесях плавиковой и азотной к-т, в горячей концентрированной серной к-те, в расплавленных щелочах и соде. Горячие растворы щелочей заметно разъедают металл .

Стоек в расплавленных щелочных металлах и висмуте, противостоит действию расплавленного урана и его сплавов. Ниобий стоек на холоду в атмосфере воздуха, в соленой и пресной воде.

Кислоты-окислители пассивируют металл . При повышенной т-ре ниобий становится химически активным, способным поглощать водород, азот и др. газы с образованием твердых растворов и внедрения фаз.

Окисляться начинает при т-ре выше 300° С. Углерод и углеродсодержащие газы при т-ре выше 1200° С взаимодействуют с образованием карбидов.

С бором и кремнием образует твердые тугоплавкие бориды и силициды. При комнатной температуре взаимодействует с фтором, выше т-ры 200° С — с хлором, выше т-ры 250° С — с бромом.

При т-ре 500— 600° С взаимодействует с серой и фосфором, образуя сульфиды и фосфиды. С переходными металлами IV—VI групп образует непрерывные ряды твердых растворов (за исключением хрома), по крайней мере при высокой т-ре.

Самое распространенное соединение ниобия — пятиокись Nb₂О₆ имеет кислотные св-ва; ниобиевые к-ты не выделены в свободном виде, но известны их соли — ниобаты.

Получение

Ниобий получают из полиметаллических руд, содержащих железо, титан, цирконий и др. Его превращают в пентоксиды Nb₂O₅ или пентагалогениды.

Затем восстанавливают до металлов водородом, кальцием или алюминотермическим способом получают феррониобий или ферротантал. Ниобий обладают ценным сочетанием качеств.

Произ-во металлического Ниобия из рудного сырья заключается в получении концентратов обогащением руд (гравитационным методом с последующей флотацией, электромаги, или электростатической сепарацией).

Вскрытии концентратов (сплавлением со щелочами или карбонатами, обработкой серной или плавиковой к-той, хлорированием); переработке концентратов на окислы.

Фтористые комплексные соли и хлориды; разделении тантала и ниобия; очистке соединений ниобия (дробной кристаллизацией комплексных фтористых солей, экстракцией органическими растворителями, ректификацией хлоридов и др.); получении металлического Н. из его соединений.

Основные методы получения Ниобия

Восстановление окислов углеродом (карботермический метод) или алюминием (алюмотермический метод) ; восстановление комплексных фтористых солей натрием; электролиз расплавленных солей; восстановление хлоридов магнием, натрием и водородом.

Во всех методах, кроме алюмотермического, металл получают в виде порошка или губки. Если применяют алюмотермический метод, получают сплав ниобия с алюминием, к-рый удаляют при вакуумной переплавке.

Переработку порошков и губки в компактные пластичные заготовки осуществляют методами спекания, электродуговой вакуумной плавки, электроннолучевой плавки.

Для получения ниобия высшей чистоты прибегают к одному из наиболее эффективных методов — бестигельной зонной плавке с электроннолучевым нагревом в высоком вакууме.

Ниобий выпускают в виде порошка, штабиков, слитков, прутков, листов, фольги, проволоки, бесшовных труб или монокристальных прутков.

Спеченные и плавленные ниобиевые заготовки обрабатывают давлением на холоду с промежуточными отжигами для снятия наклепа в высоком вакууме или в хорошо очищенном инертном газе при т-ре 1000—1400° С.

Характеристика элементов

Ниобий являются металлам, но в состоянии окисления +5 проявляют неметаллические качества. Он почти не образуют катионов, но известно довольно большое количество сложных анионов, куда входят этот элемент.

Характер изменения химической связи удобно прослеживается на стадиях постепенного окисления ниобия

Оксиды Nb₆O и Nb₂O—типичные металлические соединения, NbO — обладает металлическим блеском и металлической проводимостью, NbO₂— полупроводник, Nb₂O₅ — неметаллический оксид и электрической проводимостью не обладает.

Следовательно, по мере возрастания положительной степени окисления уменьшается доля металлической связи и увеличивается доля ковалентной.

Наполовину занятые d-орбитали активно участвуют в образовании химической связи как металлического кристалла, так и неметаллических соединений и комплексов.

Свойства простых веществ и соединений

По своему свободному состоянию и по химическим взаимодействиям члены подгруппы VB — ниобий резко отличается от сурьмы и висмута.

Металлы — ниобий — очень тугоплавок , тверд , химически малоактивен . Кристаллизуется в кубической объемноцентрированной решетке.

Его химическая активность пример но одинакова с танталам .
Ни вода, ни большинство кислот на него не действуют. На воздухе он покрыт плотным слоем оксидов, который препятствует при обычной температуре его дальнейшему взаимодействию даже с такими активными химическими реагентами, как кислород, галогены и сера.

Только довольно значительное нагревание способно вывести его из столь пассивного состояния. На ниобий даже «царская водка» — смесь, способная растворять золото, не действует.

Он может раствориться только в еще более грозной смеси плавиковой и азотной кислот. Взаимодействие с водородом идет довольно легко, однако при поглощении водорода ниобий определенных соединений не образуется.

Состав максимально насыщенных водородом продуктов приближается к формуле ЭН, т. е. на каждый атом металла приходится один атом водорода.

Если рассматривать свойства металлов в состоянии со степенью окисления +5, нужно отметить следующее: оксиды — плотные, устойчивые, инертные вещества.

По размерам атома и иона ниобий и тантал близки друг к другу. Это отражается и на свойствах оксидов, температура образования которых у ниобия и тантала высокая, как и температура плавления оксидов, а высшие оксиды Nb₂O₅ и Та₂О₅ практически нерастворимы в воде.

Если сравнивать ионы одной и той же степени окисления, то можно заметить усиление металлических свойств.

Кислотные свойства гидроксидов выше, чем в подгруппе титана, и падают от ванадия к танталу. Гидроксид ванадия— слабая кислота, а ниобия и тантала — соединения амфотерные.

Так как у этих элементов не заполнены t_f-орбитали, то значит они способны образовывать комплексные соединения. Взаимодействуя со смесью азотной и плавиковой кислот, они дают комплексы типа H₂[NbF₇] , H₂[NbOF₅].

Атом ниобия в NbF5 обладает положительным зарядом, так как фтор оттягивает от Nb электроны.

Таким образом d-орбитали остаются практически свободными и создается возможность ниобию проявить свои акцепторные качества:

Оксид ниобия (V) при растворении в воде кислоту не образует. Высший оксид ниобия обнаруживает свой кислотный характер лишь при сплавлении со щелочами или карбонатами :

Образуется соль ниобиевой кислоты , но выделить ее невозможно: она превращается в NaNbO₃ (метаформа). В этом случае Nb⁵⁺ проявляет способность неметалла.

Тот же самый оксид при взаимодействии с гидросульфатом натрия дает соль, где ниобий входит в состав катиона, т. е. проявляет способности, свойственные металлу.

Следовательно, ниобий в степени окисления +5 обладает амфотерностью с преобладанием кислотных свойств.

Применение

Химическая инертность позволяет его использовать в высоко агрессивных средах , вплоть до атомных реакторов, а так же в костной и пластической хирургии. Он нисколько не вредит деятельности живых тканей организма.

Применение ниобия и тантала позволило резко расширить ассортимент сталей и сплавов. Некоторые соединения ниобия (Nb₃Ge, Nb₃Sn) представляют интерес для физики сверхпроводимости.

Высокая пластичность позволяет применять все виды обработки давлением. Ниобий хорошо сваривается с титаном, медью, цирконием и др. металлами .

Сварку ведут в вакууме или нейтральной среде, применяя различные виды дуговой и электроннолучевой сварки.

При пайке на ниобий предварительно наносят (электролитическим способом) слой меди или никеля.

Ниобий в составе феррониобия служит легирующей добавкой к нержавеющим сталям, стабилизирующей карбиды и предотвращающей межкристаллитную коррозию.

Такими свойствами, как тугоплавкость, жаропрочность, коррозионная стойкость, относительно небольшое сечение захвата тепловых нейтронов.

Высокая т-ра перехода в сверхпроводящее состояние , определяется перспектива применения ниобия в качестве конструкционного материала для реактивных двигателей и ракет, в хим. аппаратостроении, в атомной энергетике, электровакуумной технике и радиоэлектронике.

Может частично или полностью заменять более дефицитный тантал со значительным экономическим эффектом (он дешевле и почти вдвое легче тантала). См. также Ниобия сплавы.

Лит.: Горощенко Я. Г. Химия ниобия и тантала. Мальцев М. В., Б а Яков А. И., Соловьев В. Я. Технология производства ниобия и его сплавов.

Статья на тему Ниобий

Похожие страницы:

Ниобий (Niobium) Aт. вес 92,91. Тантал (Tantalum); ат. вес 180,95. Оба элемента во многих отношениях сходны с ванадием. В свободном.

Содержание статьи1 НИОБИЙ ПОЛУЧЕНИЕ1.1 Как получают элемент1.2 Бестигельная зонная электронно-лучевая плавка НИОБИЙ ПОЛУЧЕНИЕ Металлический ниобий можно получить восстановлением его соединений.

НИОБИЙ ИСТОРИЯ ЭЛЕМЕНТА С элементом, занимающим в менделеевской таблице 41-ю клетку, человечество знакомо давно. Возраст его нынешнего названия — ниобий.

НИОБИЙ СВЕРХПРОВОДНИК Удивительное явление сверхпроводимости, когда при понижении температуры проводника в нем происходит скачкообразное исчезновение электрического сопротивления, впервые наблюдал голландский.

НИОБИЙ И МЕТАЛЛЫ В цветной металлургии, и в черной. Сталь, легированная ниобием, обладает хорошей коррозионной стойкостью. «Ну и что? —.

Содержание статьи1 НИОБИЙ анализ Nb, Качественная реакция на Ниобий1.1 Пикрамин Р1.2 ПАР1.3 Сульфохлорфенол С (СХФС)1.4 Фениларсоновая кислота (ФАК) НИОБИЙ анализ Nb.

Ниобий – редкий, но необходимый металл

Благодаря этому металлу возможна работа Большого адронного коллайдера. Ниобий редок, его утилитарные свойства ценят ученые и производственники.

Что представляет собой

Ниобий – это химический элемент (№ 41 в таблице Д.Менделеева).

Блестящее серебристо-сероватое вещество с типичными для металла свойствами:

• На воздухе покрывается пленкой-оксидом.
• По структуре кристаллическая решетка – куб.
• Относится к металлам тугоплавкой группы.

По составу это один стабильный изотоп. Человеком создано еще 32. Они радиоактивны, самый долгоживущий Nb-92 распадается почти 35 миллионов лет.

Международное обозначение и формула – Nb (Niobium).

История открытия

Знакомство людей с металлом состоялось на заре 19 века благодаря европейским химикам:

• Первооткрывателем стал англичанин Чарльз Хэтчет. В 1801 году он исследовал экспонат Британского музея, присланный 70 лет назад из Америки.
• Спустя год его шведский коллега Андрес Экеберг открыл тантал – «близнец» ниобия по физическим и химическим характеристикам.
• Их считали одним элементом, пока немец Генрих Розе не доказал, что это разные вещества.

Позднее француз Анри Муассан («отец» рукотворных бриллиантов муассанитов) получил чистый металл, восстановив оксид ниобия в электропечи углеродом.

Еще интереснее история названия:

• Чарльз Хэтчет назвал минерал и выделенный металл «колумбитом» и «колумбием» (тогда США неофициально именовали Колумбией).
• Розе переименовал его в ниобий.

Ниоба – имя дочери Тантала. Это персонаж древнегреческой мифологии, царь Фригии, обреченный богами на вечные страдания («Танталовы муки»).

• Так ученый закрепил «родственность» элементов.
• Новое название не прижилось в англоязычном мире.

Конец разнобою положил IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии). Его решением с 1950 года элемент именуется ниобием. Термин «колумбий» считается устаревшим.

Нахождение в природе

Чистый ниобий на планете не выявлен. Нахождение элемента в природе представлено рассеянной формой либо минералами (более сотни). Из них промышленный интерес представляют пирохлор, лопарит, колумбит-танталит.

Ниобиевые минералы всегда залегают в земной коре на пару с танталовыми. Такое соседство обусловлено сходством физических свойств этих элементов. Отличить ниобий от тантала возможно только на спецоборудовании.

Тонна земной коры содержит 18 г ниобия, литр морской воды – 10−5 мг.

Физико-химические характеристики

Ученые выявили физические и химические свойства элемента:

• Прочность.
• Тугоплавкость (почти 2500°C).
• Стойкость к коррозии даже в агрессивных средах.
• Пластичность, легкость сварки.

Элемент отличает химическая стойкость, кислоты на него влияют мало. Растворителей единицы: насыщенная серная либо плавиковая, крепкие едкие щелочи.

При термовоздействии образуются оксиды, галогениды, другие соединения ниобия.

Месторождения, добыча

Запасами руды располагают Австралия, Канада, Бразилия. Особенно богата Африка (Конго, Мозамбик, Нигерия, Руанда).

Российские месторождения сосредоточены на Кольском полуострове.

Добыча от года растет, но глобальные объемы не превышают сотни тысяч тонн ежегодно.

Технология получения

Руды небогаты на ниобиевую составляющую, поэтому их обогащают.

Кристаллы Ниобия

Далее рудный концентрат восстанавливают при высоких температурах.

Процесс получения металла:

1. Концентрат вскрывается.
2. Тантал и ниобий разделяются.
3. Генерируются их чистые соединения.
4. Металл либо сплавы восстанавливаются.
5. Рафинируются.

В зависимости от материала-восстановителя используют алюмо-, натрий- либо карботермический способы получения. Процесс происходит в вакууме при температурах порядка 2000°С.

Компактные модификации металла либо сплава создают методами порошковой металлургии. Для этого порошок спрессовывают, затем спекают в вакууме при 2300°C. Либо применяют дуговую плавку.

Производство особо чистого кристаллического ниобия базируется на электронно-лучевой плавке.

Где используется

Металлургия выпускает продукцию двух категорий: ниобий как металл (чистота от 99%) и сплавы – с молибденом, цирконием, вольфрамом, углеродом.

Металлурги передают продукт химикам, атомщикам, электронщикам, строителям самолетов, ракет.

Достоинства металла – тугоплавкость, устойчивость к коррозии, легкость обработки – дополняет еще одно.

Это проверенный легирующий компонент. От долей до нескольких процентов к составу разительно улучшают параметры продукции из сталей и сплавов:

• 0,05% ниобия делают алюминиевые материалы «равнодушными» к щелочам.
• 20% – увеличивают электропроводность, прочность меди.

Основные сферы использования металла:

• Конструкции летательных аппаратов.
• Трубы для передачи, контейнеры для хранения «агрессивных» материалов.
• Огнеупоры, специальные сорта стекла, керамики.
• Оболочки сердечников ядерных реакторов.
• Конденсаторы для электронной промышленности.
• Сверхпроводники (соединения ниобия с германием, титаном).

Ниобием снабжены ускорители Большого адронного коллайдера. Из сплава его с титаном изготовлен кабель-оболочка для сверхпроводящих магнитов этого устройства.

Сплав металла с серебром идет на коллекционные монеты, выпускаемые Центральными банками нескольких стран.

Применение элемента усложняют недостатки: редкость в природе и высокая цена.

Цена редкого металла запредельна (тыс. руб./кг)

• Порошок – 3,65 – 21,7.
• Штабики, прутки, слитки – 8,1.
• Фольга – 125 – 143,7.
• Стружка – 0,65.

Он дешевле тантала, но в разы дороже вольфрама и молибдена.

Воздействие на человека

Соединения ниобия опасны. Особо токсична пыль: от нее слезятся глаза, появляется дерматит. Попадание в организм чревато патологией внутренних органов, параличом рук и ног.

На воздухе мелкий порошок способен воспламениться.

По стандартам РФ, содержание ниобия в воде не должно превышать 0,00001 г на литр.

Для предприятий, занятых производством металла и его соединений, свои стандарты. ПДК ниобия, оксида, нитрида в воздухе рабочих зон – 10 мг на кубометр.

Читайте также:

  
• Двери и люки металлические
  
• Бассейн с металлической чашей
  
• Алмазная грань на металле
  
• Усадка металла при сварке расчет
  
• Классификация простых и сложных неорганических веществ металлы и неметаллы