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.
Свойства
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.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Нио́бий / Niobium (Nb), 41 |
| Атомная масса (молярная масса) |
92,90638(2)[1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Kr] 4d4 5s1 |
| Радиус атома | 146 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 164 пм |
| Радиус иона | (+5e)69 пм |
| Электроотрицательность | 1,6 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степени окисления | 5, 4, 3, 2, 1 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
663,6(6,88) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 8,57 г/см³ |
| Температура плавления | 2741 K (2468 °С, 4474 °F) |
| Температура кипения | 5015 K (4742 °С, 8567 °F) |
| Уд. теплота плавления | 26,8 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 680 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 24,44[2] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 10,8 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированая |
| Параметры решётки | 3,301 Å |
| Температура Дебая | 275 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 53,7 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-03-1 |
Химические свойства:
- С большинством кислот не реагирует (кроме плавиковой и ее смеси с азотной).
- Устойчив в расплавах многих металлов.
- Реагирует с концентрированными едкими щелочами.
- С повышением температуры окисляемость металла быстро возрастает.
- При 9°К становится сверхпроводником.
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:
- Концентрат сплавляют с едким натром или содой; сплав выщелачивают.
- В нерастворимый осадок выпадают Nb и Ta, которые разделяют.
- Раздельно восстанавливают оксиды редких металлов.
Порошковый металл получают электроннолучевой, дуговой или вакуумной плавкой.
Сплавы
В сплавах применяют в качестве лигатуры:
Для повышения жаропрочности в соединения ниобия вводят вольфрам, цирконий, молибден.
Марки сплавов:
- ВН2;
- ВН2Л;
- СВ-65;
- НбЦ;
- НбЦУ;
- Нб5В2МЦ.
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.
Легирующие свойства металла придают сплавам тугоплавкость, прочность, устойчивость к коррозии.
Купить металл
Цена ниобиевого порошка на 20.09.2020 составляла 17000 руб/кг.