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.

Кристаллы ниобия
Кристаллы ниобия

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 ниобийЭлемент 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
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:

  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.
Рекомендуем:  ЧЁРНЫЕ МЕТАЛЛЫ - душа и тело современной промышленности
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.
Гордимся: Россия обладает четвертью мировых запасов руды.

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

ниобий

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.

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.
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.

Рекомендуем:  ПЛАТИНА - «гнилое серебро» или благородный металл

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector