Ниобий, Nb, атомный номер 41
Ниобий цена, возникновение, добыча и использование
Ниобий [ˈnioːp] (в честь Ниобе, дочери тантала) - химический элемент с символом элемента Nb и атомным номером 41. Это один из переходных металлов, в периодической таблице он находится в 5-м периоде и 5-й подгруппе (группа 5). или ванадиевая группа.
В англосаксонской языковой области до сих пор многие металлурги, поставщики материалов и в личных целях давно устарели. ниобий и сокращение Cb verwendet.
Редко встречающийся тяжелый металл серого цвета и легко поддается обработке. Ниобий может быть извлечен из минералов колумбит, колтан (колумбит-танталит) и лопарит. В основном он используется в металлургии для производства специальных сталей и улучшения свариваемости.
Ниобий был открыт Чарльзом Хэтчеттом в 1801 году. Он нашел его в колумбитовой руде (первая находка в русле реки в Колумбии), которая была отправлена в Англию Джоном Уинтропом около 1700 года. Хэтчетт назвал элемент ниобий. До середины XIX века считалось, что колумбий и тантал, открытые в 19 году, были одним и тем же элементом, поскольку они почти всегда встречаются вместе в минералах (парагенезис).
Только в 1844 году берлинский профессор Генрих Роуз показал, что ниобий и танталовая кислота - это разные вещества. Не зная о работе Хэтчетта и ее названии, он назвал вновь открытый элемент из-за его сходства с танталом в честь Ниобы, дочери Тантала.
Лишь после 100 лет дебатов Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) в 1950 г. ниобий как официальное название предмета.
В 1864 году Кристиану Вильгельму Бломстранду удалось получить металлический ниобий путем восстановления хлорида ниобия водородом при нагревании. В 1866 году Шарль Мариньяк подтвердил, что тантал является отдельным элементом.
В 1907 году Вернер фон Болтон произвел очень чистый ниобий, восстановив гептафторониобат натрием.
Вхождение
Ниобий - редкий элемент с долей 1,8 · 10 в земной коре.-3 %. Это не выглядит достойным. Из-за схожих ионных радиусов ниобий и тантал всегда являются братьями и сестрами. Важнейшие минералы - колумбит (Fe, Mn) (Nb, Ta).2O6, который также известен как ниобит или танталит в зависимости от содержания ниобия или тантала, а также пирохлор (NaCaNb2O6F).
Другие в основном редкие минералы:
- Эвксенит [(Y, Ca, Ce, U, Th) (Nb, Ta, Ti)2O6].
- Олмстедит (KFe2(Nb, Та) [O | ПО4]2 · H2О) и
- Самарскит ((Й, Он)4[(Nb, Та)2O7]3)
Месторождения ниобия в карбонатитах, где пирохлор накопился в выветрившихся почвах, представляют экономический интерес. Годовая добыча в 2006 году составила почти 60.000 90 тонн, XNUMX% из которых было добыто в Бразилии. За последние годы производство значительно увеличилось. Бразилия и Канада являются основными производителями ниобийсодержащих минеральных концентратов. Крупные рудные месторождения также расположены в Нигерии, Демократической Республике Конго и России.
Извлечение и презентация
Поскольку ниобий и тантал всегда встречаются вместе, ниобиевые и танталовые руды сначала перевариваются вместе, а затем разделяются путем фракционной кристаллизации или различной растворимости в органических растворителях. Первый такой промышленный процесс разделения был разработан Галиссаром де Мариньяком в 1866 году.
Сначала руды подвергаются воздействию смеси концентрированной серной и плавиковой кислот при температуре 50–80 ° C. Комплексные фториды [NbF7]2- и [TaF7]2-которые легко растворимы.
Дикалиевые соли этих фторидов можно получить, переведя их в водную фазу и добавив фторид калия. Только фторид тантала плохо растворяется в воде и выпадает в осадок. Таким образом, легко растворимый фторид ниобия можно отделить от тантала. Однако в настоящее время обычным явлением является разделение экстракцией метилизобутилкетоном. Третья возможность разделения - фракционная перегонка хлоридов NbCl.5 и TaCl5. Их можно получить в результате реакции руды, кокса и хлора при высоких температурах.
Пятиокись ниобия сначала получают из отделенного фторида ниобия путем реакции с кислородом. Его либо сначала превращают в карбид ниобия с углеродом, а затем восстанавливают до металла с дополнительным пентоксидом ниобия при 2000 ° C в вакууме, либо получают непосредственно алюмотермическим способом. Таким образом производится большая часть ниобия для сталелитейной промышленности с добавлением оксида железа для получения сплава железо-ниобий (60% ниобия). Если в качестве исходного материала для восстановления используются галогениды, это делается с использованием натрия в качестве восстанавливающего агента.
Свойства
Ниобий - вязкий тяжелый металл с серым блеском. Степени окисления −3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 известны. Как и в случае с ванадием, который находится выше ниобия в периодической таблице, уровень +5 является наиболее постоянным. Химическое поведение ниобия почти идентично поведению тантала, который находится непосредственно под ниобием в периодической таблице.
В результате образования пассивного слоя (защитного слоя) ниобий очень устойчив к воздействию воздуха. Поэтому большинство кислот не разрушают его при комнатной температуре. Только фтористоводородная кислота, особенно в смеси с азотной кислотой, и горячая концентрированная серная кислота быстро разъедают металлический ниобий. Ниобий также неустойчив в горячих щелочах, поскольку они растворяют пассивный слой. При температуре выше 200 ° C он начинает окисляться в присутствии кислорода. Сварочная обработка ниобия должна происходить в атмосфере защитного газа из-за его нестабильности на воздухе.
Добавление вольфрама и молибдена к ниобию увеличивает его термостойкость, а алюминий увеличивает его прочность.
Высокая температура перехода ниобия 9,25 К, ниже которой он становится сверхпроводящим, и его способность легко поглощать газы примечательны. Один грамм ниобия может поглотить 100 смXNUMX водорода при комнатной температуре, что ранее использовалось в технологии электронных ламп.
Использовать
Ниобий используется в качестве легирующей добавки для нержавеющих сталей, специальных нержавеющих сталей (например, труб для производства соляной кислоты) и цветных сплавов, поскольку легированные ниобием материалы отличаются повышенной механической прочностью. Даже в концентрациях от 0,01 до 0,1 мас.% Ниобий в сочетании с термомеханической прокаткой может значительно повысить прочность и ударную вязкость стали. Первые попытки использовать ниобий в качестве легирующего элемента (замены вольфрама) были предприняты в США в 1925 году. Обработанные таким образом стали часто используются при строительстве трубопроводов. В качестве сильного карбидообразователя ниобий также добавляют в сварочные материалы для связывания углерода.
Другое использование включает в себя:
- Применение в ядерной технике из-за малого сечения захвата тепловых нейтронов.
- Производство сварочных электродов, стабилизированных ниобием, в качестве присадки для нержавеющих сталей, специальных нержавеющих сталей и сплавов на никелевой основе.
- Из-за своего голубоватого цвета он используется для пирсинга бижутерии и изготовления бижутерии.
- В случае монет с ниобием (биметаллические монеты) цвет ядра ниобия может сильно различаться из-за физических процессов (например, для монет за 25 евро из Австрии).
- В значительных количествах используются как феррониобий, так и никель-ниобий в металлургической промышленности для производства суперсплавов (никель, кобальт и сплавы на основе железа). Из него изготавливаются статические детали для стационарных и летающих газовых турбин, детали ракет и жаропрочные детали для печной конструкции.
- Ниобий используется в качестве анодного материала в ниобиевых электролитических конденсаторах. Оксид ниобия, оксид ниобия (V), обладает высокой диэлектрической прочностью. Он наносится на поверхность анода из ниобия в процессе так называемого формования и служит диэлектриком в этом конденсаторе. Ниобиевые электролитические конденсаторы конкурируют с более популярными танталовыми электролитическими конденсаторами.
- Стеклянные колбы галогенных ламп снаружи с буквой z. B. niobium, часть теплового излучения вольфрамовой нити отражается обратно внутрь. В результате более высокая рабочая температура и, следовательно, большая световая отдача могут быть достигнуты при меньшем потреблении энергии.
- В качестве катализатора (например, при производстве соляной кислоты и при производстве спиртов из бутадиена),
- Как ниобат калия (химическое соединение калия, ниобия и кислорода), который используется в качестве монокристалла в лазерной технологии и для нелинейных оптических систем.
- Использование в качестве электродного материала для натриевых ламп высокого давления
- Сверхпроводимость: при температурах ниже 9,5 К чистый ниобий является сверхпроводником типа II. Сплавы ниобия (с N, O, Sn, AlGe, Ge) относятся к трем чистым элементам: ниобию, ванадию и технецию среди веществ типа II. -Сверхпроводники: Температура перехода этих сплавов составляет 18,05 К (ниобий, олово, Nb3Sn) и 23,2 К (ниобий германий, Nb3Ge). Сверхпроводящие объемные резонаторы из ниобия используются в ускорителях частиц (включая XFEL и FLASH в DESY в Гамбурге). Для создания сильных магнитных полей до 20 Тесла используются сверхпроводящие магниты с проводами из ниобий-олова и ниобий-титана. Например, 600 т ниобия-олова и 250 т ниобия-титана используются для экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Сверхпроводящие магниты LHC также сделаны из сплавов ниобия.
безопасности
Хотя ниобий считается нетоксичным, металлическая ниобиевая пыль раздражает глаза и кожу. Ниобиевая пыль легко воспламеняется.
Физиологический способ действия ниобия неизвестен.
Общий | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Имя, символ, атомный номер | Ниобий, Nb, 41 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
серия | Переходные металлы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Группа, период, блок | 5, 5, д | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Внешний вид | серый металлик | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
номер CAS | 7440-03-1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Массовая доля земной оболочки | 19 частей на миллион | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ядерной | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
атомная масса | 92,90638 XNUMX человека | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомный радиус (рассчитанный) | 145 (164) вечера | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ковалентный радиус | 137 м. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
электронная конфигурация | [Kr] 4d4 5s1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. ионизация | 652,1 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. ионизация | 1380 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. ионизация | 2416 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4. ионизация | 3700 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5. ионизация | 4877 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
физически | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Физическое состояние | Праздник | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
кристаллическая структура | кубическое тело-центрированное | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
плотность | 8,57 г / см3 (20 ° С) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
твердость по Моосу | 6,0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
магнетизм | парамагнитный ( = 2,3 10-4) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
точка плавления | 2750 К (2477 ° С) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Температура кипения | 5017 К (4744 ° С) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Молярный объем | 10,83 · 10-6 m3/ моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Теплота парообразования | 690 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
теплота плавления | 26,8 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
скорость звука | 3480 м / с на 293,15 K | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электропроводность | 6,58 · 106 А / (В · м) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
теплопроводность | 54 Вт / (м · К) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Химический | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
состояния окисления | 2, 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
нормальный потенциал | −1,1 В (Nb2+ + 2 e- → Nb) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
электроотрицательность | 1,6 (шкала Полинга) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Изотоп | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
свойства ЯМР | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
безопасности | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Цены на ниобий
Цена ниобия -> цены на стратегические металлы