0,145 нм, (в скобках указано координац. число) Nb 2+
0,085 нм (6), Nb 3+ 0,086 нм (6), Nb 4+ 0,082 нм (6), 0,092
нм (8), Nb 5 + 0,062 нм (4), 0,078 нм (6), 0,083 нм (7),
0,088 нм (8).
Содержание в земной коре
2 . 10 -3 % по массе. Встречается в природе обычно вместе
с Та. Наиб. важные -колумбит-танталит, и лопарит. Колумбит-танталит
(Fe,Mn)(Nb,Ta) 2 O 6 содержит 82-86% Nb и Та. При
содержании ниобия выше, чем Та, наз. колумбитом, при обратном соотношении
- танталитом. (Na,Ca,Ce) 2 (Nb,Ti) 2 (OH,F)O 6
обычно содержит 37,5-65,6% Nb 2 O 5 ; лопарит (Na,Ce,Ca,SrXNb,Ti)O 3 -8-10%
Nb 2 O 5 . ниобия слабо парамагнитны и радиоактивны из-за
примесей U и Th.
Колумбит встречается в
изверженных пегматитах, биотитах и щелочных гранитах, иногда-в россыпных месторождениях
(Нигерия), его часто добывают как побочный продукт обогащения оловянных концентратов.
содержится в карбонатитах, щелочных (Канада), нефелин-сиенитовых
пегматитах, в элювиальных продуктах выветривания сиенито-карбонатитов (Бразилия).
Крупные залежи лопарита имеются в СССР.
Общие мировые запасы ниобия
(без СССР) оценивались (1980) в 18 млн. т, в пром. месторождениях-ок. 3,4 млн.
т (из них 3,2 млн.т в Бразилии).
Свойства.
Ниобий-блестящий
серебристо-серый ; кри-сталлич. решетка объемноцентрир. кубическая типа
a-Fe, а = 0,3294 нм, z = 2, пространств. группа Im3m;
т. пл. 2477 °С, т. кип. ок. 4760 °С; плотн. 8,57 г/см 3 ; С 0 р
24,44Дж/( . К); DH 0 пл 31,0
кДж/ (2477 °С), DH 0 возг 720кДж/ (0
К), DH 0 исп 662 кДж/ (4760 °С); S 0 298
36,27 ДжДмоль К); ур-ние температурной зависимости над жидким
ниобием: lgр(Па) = 13,877-40169/T (2304 <= Т<= 2596
К); температурный коэф. линейного расширения 7,1 . 10 -6 К -1
(0-100 °С); 52,3 Вт/(м. К) при 20 °С и 65,2
Вт/(м. К) при 600 °С; r 1,522 . 10 -9 Ом. м
при 0°С, температурный коэф. r 3,95 х х 10 -3 К -1 (0-100°С).
Ниобий парамагнитен, уд. магн. восприимчивость + 2,28 . 10 -6
(18 °С). Т-ра перехода в сверхпрово-дящее состояние 9,28 К.
Чистый ниобий легко обрабатывается
на холоду; жаропрочен; s раст 342 МПа (20 °С) и 312
МПа (800 °С); относит. удлинение 19,2% (20 °С) и 20,7% (800 °С);
по Бринеллю 450 МПа для чистого и 750-1800 МПа для технического.
Примеси H,N,C и О снижают ниоби\ и повышают его . В хрупкое
состояние ниобий переходит при т-рах от - 100 до - 200°С.
Химически ниобий довольно устойчив.
В компактном виде начинает окисляться на выше 200 °С, давая , взаимод. с Сl 2 выше 200 °С, с F 2 и Н 2 -выше
250 °С (интенсивно с Н 2 -при 360 °C), с N 2 -вышe
400 °С, с С и углеводородами-при 1200-1600 °С. На холоду не раств. в
, соляной и серной к-тах, не реагирует с HNO 3 , Н 3 РО 4 ,
НСlО 4 , водным р-ром NH 3 . Устойчив к расплавл. Li, Na,
К, Sn, Pb, Bi, а также Hg. Раств. во фтористоводородной к-те, ее смесях с HNO 3 ,
в расплавл. NH 4 HF 2 и NaOH. Обратимо поглощает Н 2 ,
образуя твердый р-р внедрения (до 10 ат. % Н) и состава NbH x
(x = 0,7-1,0) с ромбич. кристаллич. решеткой; для NbH 0,761
DH 0 обр - 74,0 кДж/ ; р-римость в ниобии
меняется от 104 см 3 /г при 20 °С до 4,0 см 3 /г при 900
°С, выше 1000 °С Н 2 практически не раств. в ниобии. образуются
также на первых стадиях ниобия во фтористоводородной
к-те,
ее смеси с HNO 3 и NH 4 HF 2 , а также
при к-т с из ниобия (таким путем получен NbH 2,00).
ниобия и при нагр. используют для получения мелкодисперсного
.
При взаимодействии ниобия с
С образуется одна из трех фаз: твердый р-р С в , Nb 2 C или
NbC. Твердый р-р содержит 2 ат. % С при 2000 °С; р-римость С в ниобии резко
падает с понижением т-ры. К а р б и д Nb 2 C образует три полиморфные
модификации: до 1230 °С устойчива ромбич. a-фаза (пространств. группа Pbcn),
при 1230°С она превращ. в гексагoн. b-фазу (пространств. группа Р6 3 22),
к-рая при 2450 °С переходит в др. гексагoн. -g-фазу (пространств. группа
P6 3 /mmc); т. пл. ок. 2990 °С (инконгруэнтно, с
выделением твердого NbС x). Для a-Nb 2 C: C 0 p
63,51 Дж/( . К); DH 0 обр - 188 кДж/ ;
S 0 298 64,10 ДжДмоль. К); т-ра перехода
в сверхпроводящее состояние 9,2 К. NbC-кристаллы или серо-коричневого
цвета, область гомогенности от NbC 0,70 до NbC 1,0 ; при
377 °С наблюдается полиморфный переход, высокотемпературная кубич. фаза
(а = 0,4458 нм, пространств. группа Рт3т, плотн. 7,81 г/см 3)
инконгруэнтно плавится ок. 3390 °С; DH 0 обр -
135 кДж/ ; S 0 298 35,4 ДжДмоль К); т-ра перехода
в сверхпроводящее состояние 12,1 К. Фаза NbC 0,80 имеет т. пл. ~ 3620
°С. NbC образует твердые р-ры с ТаС, TiC, ZrC и др. В пром-сти NbC получают
взаимод. Nb 2 O 5 с ок. 1800 °С в Н 2 ;
м.б. также получен из элементов или нагреванием летучих галогенидов ниобия в
до 2300-2900 °С.
В системе Nb-N образуются:
твердый р-р внедрения в ниобии (a-фаза), н и т р и д ы Nb 2 N (гексагон.
р-фа-за) и NbN (кубич. d- и гексагон. q-фазы) и еще неск. фаз. Р-римость N 2
в ниобии при атм. описывается ур-нием с = 180ехр(- 57300/RT)
ат. % (1073 <= T<= 1873 К). b-Фаза гомогенна в области NbN 0,4 -NbN 0,5 ;
для нее а = 0,3056 нм с = 0,4995 нм, пространств. группа Р6 3 /ттс-
С 0 p 67 ДжДмоль. К); DH 0 обр
- 249 кДж/ ; S 0 298 79 ДжДмоль. К).
Светло-серая с желтоватым блеском d-фаза гомогенна в области NbN 0,88 -NbN l,06 ,
для нее а = 0,4373-0,4397 нм, пространств. группа Fm3m.
Для q-фа-зы: С 0 р 37,5 ДжДмоль. К),
DH 0 oбр -234 кДж/ , S 0 298
33,3 ДжДмоль К). не раств. в соляной к-те, HNO 3 и H 2 SO 4 ,
при кипячении со выделяют NH 3 , при нагр. на окисляются.
Т-ры перехода в сверхпроводящее состояние для NbN x с x
= 0,80, 0,90, 0,93 и 1,00 равны соотв. 13,8, 16,0, 16,3 и 16,05 К. получают
нагреванием или ниобия в N 2 или NH 3
до 1100-1800 °С или взаимод. летучих галогенидов ниобия с NH 3 . Известны
карбо- (получают взаимод. Nb, N 2 или NH 3 с
выше 1200°С) и оксинитриды ниобия.
Получение.
Ок. 95%
ниобия получают из пирохлоровых, тан-талит-колумбитовых и лопаритовых .
обогащают гравитац. методами и , а также электромагн. или радиометрич.
, выделяя пирохлоровые и колум-битовые концентраты с содержанием Nb 2 O 5
до 60%.
Концентраты перерабатывают
до феррониобия или техн. Nb 2 O 5 , реже-до NbCl 5
и K 2 NbF 7 (см. ). Металлический
ниобий получают из Nb 2 O 5 , K 2 NbF 7 или
NbCl 5 .
При произ-ве феррониобия
смесь пирохлоровых концентратов с Fe 2 O 3 , порошкообразным
Аl и флюса загружают в вертикальные водоохлаждаемые стальные или медные
реакторы и с помощью спец. запала инициируют экзотермич. р-ции: 3Nb 2 O 5
+ 10Al6Nb +
+ 5Аl 2 О 3 ; Fe 2 O 3 + 2Аl2Fe
+ Al 2 O 3 . Затем сливают шлак, охлаждают и измельчают полученный
. Выход ниобия в слиток при массе загрузки концентрата до 18 т достигает 98%.
Техн. Nb 2 O 5
получают Nb и Та из концентратов и шлаков оловянной плавки действием
фтористоводородной к-ты с послед. очисткой и разделением Nb и Та
100%-ным , циклогекса-ноном, (реже-др.
экстрагентами), реэкстракцией ниобия действием водного р-ра NH 4 F,
из реэкстракта Nb, его и прокаливанием.
По сульфатному способу
концентраты обрабатывают H 2 SO 4 или ее смесью с (NH 4) 2 SO 4
при 150-300 °С, выщелачивают р-римые , отделяют Nb и Та от
Ti, разделяют и очищают Nb и Та их фторидных или оксофторидных комплексов,
выделяя затем Nb 2 O 5 .
Хлоридный способ предусматривает
смешивание концентрата с , брикетирование и брикетов в шахтной
при 700-800 °С или непосредственно порошкообразного концентрата
и в солевом хлоридном на основе NaCl и КСl. Далее проводят отделение
летучих Nb и Та, их разделение и очистку и раздельный
с прокаливанием осадка ниобия. Иногда хлорируют феррониобий
или отходы .
Восстанавливают Nb 2 O 5
до алюмино- или карбо-термически либо нагреванием смеси Nb 2 O 5
и NbC при 1800-1900 °С в . Применяют также натриетермич.
K 2 NbF 7 , электролитич. Nb 2 O 5
или K 2 NbF 7 в K 2 NbF 7 и
. Особо чистый или покрытия из ниобия на др. получают
NbCl 5 при т-рах выше 1000°С.
Порошкообразный ниобий брикетируют, спекают штабики и переплавляют их в в электродуговых или электроннолучевых . На начальных стадиях очистки применяют также с расходуемым в KCl-NaCl.
Ниобий (лат. Niobium), Nb, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 41, атомная масса 92,9064; металл серо-стального цвета. Элемент имеет один природный изотоп 93 Nb.
Ниобий открыт в 1801 году английским ученым Ч. Хатчетом (1765-1847) в минерале, найденном в Колумбии, и назван им "колумбием". В 1844 году немецкий химик Г. Роэз (1795-1864) обнаружил "новый" элемент и назвал его "ниобием" в честь дочери Тантала Ниобы, чем подчеркнул сходство между Ниобием и танталом. Позднее было установлено, что Ниобий тот же элемент, что и Колумбий.
Распространение Ниобия в природе. Среднее содержание Ниобий в земной коре (кларк) 2·10 -3 % по массе. Только в щелочных изверженных породах - нифелиновых сиенитах и других, содержание Ниобия повышено до 10 -2 - 10 -1 %. В этих породах и связанных с ними пегматитах, карбонатитах, а также в гранитных пегматитах обнаружено 23 минерала Ниобий и около 130 других минералов, содержащих повышенные количества Ниобия. Это в основном сложные и простые оксиды. В минералах Nb связан с редкоземельными элементами и с Та, Ti, Ca, Na, Th, Fe, Ba (тантало-ниобаты, титанаты и других). Из 6 промышленных минералов наиболее важны пирохлор и колумбит. Промышленные месторождения Ниобия связаны с массивами щелочных пород (например, на Кольском полуострове), их корами выветривания, а также с гранитными пегматитами. Важное значение имеют и россыпи танталониобатов.
В биосфере геохимия Ниобий изучена плохо. Установлено, что в районах щелочных пород, обогащенных Ниобием, он мигрирует в виде соединений с органическими и другими комплексами. Известны минералы Ниобия, образующиеся при выветривании щелочных пород (мурманит, герасимовскит и других). В морской воде лишь около 1·10 -9 % Ниобия по массе.
Физические свойства Ниобия. Кристаллическая решетка Ниобия объемноцентрированная кубическая с параметром а = 3,294Å. Плотность 8,57 г/см 3 (20 °С); t пл 2500 °С; t кип 4927 °С; давление пара (в мм рт. ст.; 1 мм рт. ст.= 133,3 н/м 2) 1·10 -5 (2194 °С), 1·10 -4 (2355 °С), 6·10 -4 (при t пл), 1·10 -3 (2539 °С). Теплопроводность в вт/(м·К) при 0°С и 600 °С соответственно 51,4 и 56,2, то же в кал/(см·сек·°С) 0,125 и 0,156. Удельное объемное электрическое сопротивление при 0°С 15,22·10 -8 ом·м (15,22·10 -6 ом·см). Температура перехода в сверхпроводящее состояние 9,25 К. Ниобий парамагнитен. Работа выхода электронов 4,01 эв.
Чистый Ниобий легко обрабатывается давлением на холоду и сохраняет удовлетворительные механические свойства при высоких температурах. Его предел прочности при 20 и 800 °С соответственно равен 342 и 312 Мн/м 2 , то же в кгс/мм 2 34,2 и 31,2; относительное удлинение при 20 и 800 °С соответственно 19,2 и 20,7%. Твердость чистого Ниобиы по Бринеллю 450, технического 750-1800 Mн/м 2 . Примеси некоторых элементов, особенно водорода, азота, углерода и кислорода, сильно ухудшают пластичность и повышают твердость Ниобия.
Химические свойства Ниобия. По химические свойствам Ниобий близок к танталу. Оба они чрезвычайно устойчивы (тантал более чем Ниобий) на холоду и при небольшом нагревании к действию многих агрессивных сред. Компактный Ниобий заметно окисляется на воздухе только выше 200 °С. На Ниобий действуют: хлор выше 200 °С, водород при 250 °С (интенсивно при 360 °С), азот при 400 °С. Практически не действуют на Ниобий очищенные от примеси кислорода жидкие Na, К и их сплавы, Li, Bi, Pb, Hg, Sn, применяемые в качестве жидкометаллических теплоносителей в атомных реакторах.
Ниобий устойчив к действию многих кислот и растворов солей. На него не действуют царская водка, соляная и серная кислоты при 20 °С, азотная, фосфорная, хлорная кислоты, водные растворы аммиака. Плавиковая кислота, ее смесь с азотной кислотой и щелочи растворяют Ниобий. В кислых электролитах на Ниобии образуется анодная оксидая пленка с высокими диэлектрическими характеристиками, что позволяет использовать Ниобий и его сплавы с Та взамен дефицитного чистого Та для изготовления миниатюрных электролитических конденсаторов большой емкости с малыми токами утечки.
Конфигурация внешних электронов атома Nb 4d 4 5s l . Наиболее устойчивы соединения пятивалентного Ниобия, но известны и соединения со степенями окисления + 4, +3, +2 и +1, к образованию которых Ниобий склонен более, чем тантал. Например, в системе Ниобий-кислород установлены фазы: оксид Nb 2 O 5 (t пл 1512 °С, цвет белый), нестехеометрические NbO 2,47 и NbO 2,42, оксид NbO 2 (t пл 2080 °С, цвет черный), оксид NbO (t пл 1935 °С, цвет серый) и твердый раствор кислорода в Ниобии. NbO 2 - полупроводник; NbO, сплавленная в слиток, обладает металлическим блеском и электропроводностью металлического типа, заметно испаряется при 1700 °С, интенсивно - при 2300-2350 °С, что используют для вакуумной очистки Ниобия от кислорода; Nb 2 O 5 имеет кислотный характер; ниобиевые кислоты не выделены в виде определенных химические соединений, но известны их соли - ниобаты.
С водородом Nb образует твердый раствор внедрения (до 10 ат.% Н) и гидрид состава от NbH 0,7 до NbH. Растворимость водорода в Nb (в г/см 3) при 20 °С 104, при 500°С 74,4, при 900°С 4,0. Поглощение водорода обратимо: при нагревании, особенно в вакууме, водород выделяется; это используют для очистки Nb от водорода (сообщающего металлу хрупкость) и для гидрирования компактного Nb: хрупкий гидрид измельчают и дегидрируют в вакууме, получая чистый порошок Ниобий для электролитических конденсаторов. Растворимость азота в Ниобии составляет (% по массе) 0,005, 0,04 и 0,07 соответственно при 300, 1000 и 1500 °С. Рафинируют Ниобий от азота нагреванием в глубоком вакууме выше 1900 °С или вакуумной плавкой. Высший нитрид NbN светло-серого цвета с желтоватым оттенком; температура перехода в сверхпроводящее состояние 15,6 К. С углеродом при 1800-2000°С Nb образует 3 фазы: α-фаза - твердый раствор внедрения углерода в Ниобий, содержащий до 2 ат.% С при 2335 °С; β-фаза - Nb 2 C, δ-фаза - NbC. С галогенами Ниобий дает галогениды, оксигалогениды и комплексные соли. Из них наиболее важны пентафторид NbF 5 , пентахлорид NbCl 5 , окситрихлорид NbOCl 3 , фторониобат калия K 2 NbF 7 и оксифторониобат калия K 2 NbOF 7 ·Н 2 О. Небольшое различие в давлении паров NbCl 5 и ТаСl 5 используют для их весьма полного разделения и очистки методом ректификации.
Получение Ниобия. Руды Nb - обычно комплексные и бедны Nb, хотя их запасы намного превосходят запасы руд Та. Рудные концентраты содержат Nb 2 O 5: пирохлоровые - не менее 37%, лопаритовые - 8%, колумбитовые - 30-60%. Большую их часть перерабатывают алюмино- или силикотермическим восстановлением на феррониобий (40-60% Nb) и ферротанталониобий. Металлич. Nb получают из рудных концентратов по сложной технологии в три стадии: 1) вскрытие концентрата, 2) разделение Nb и Та и получение их чистых химические соединений, 3) восстановление и рафинирование металлического Ниобия и его сплавов. Основные промышленные методы производства Nb и сплавов - алюминотермический, натриетермический, карботермический: из смеси Nb 2 O 5 и сажи вначале получают при 1800 °С в атмосфере водорода карбид, затем из смеси карбида и оксид (V) при 1800-1900 °С в вакууме - металл; для получения сплавов Ниобия в эту смесь добавляют оксиды легирующих металлов; по другому варианту Ниобий восстанавливают при высокой температуре в вакууме непосредственно из Nb 2 O 5 сажей. Натриетермическим способом Ниобий восстанавливают натрием из K 2 NbF 7 , алюминотермическим - алюминием из Nb 2 O 5 . Компактный металл (сплав) производят методами порошковой металлургии, спекая спрессованные из порошков штабики в вакууме при 2300 °С, либо электроннолучевой и вакуумной дуговой плавкой; монокристаллы Nb высокой чистоты - бестигельной электроннолучевой зонной плавкой.
Применение Ниобия. Применение и производство Ниобия быстро возрастают, что обусловлено сочетанием таких его свойств, как тугоплавкость, малое сечение захвата тепловых нейтронов (1,15 б), способность образовывать жаропрочные, сверхпроводящие и других сплавы, коррозионная стойкость, геттерные свойства, низкая работа выхода электронов, хорошие обрабатываемость давлением на холоду и свариваемость. Основные области применения Ниобия: ракетостроение, авиационная и космическая техника, радиотехника, электроника, химическое аппаратостроение, атомная энергетика. Из чистого Ниобия или его сплавов изготовляют детали летательных аппаратов; оболочки для урановых и плутониевых тепловыделяющих элементов; контейнеры и трубы для жидких металлов; детали электрических конденсаторов; "горячую" арматуру электронных (для радарных установок) и мощных генераторных ламп (аноды, катоды, сетки и другие); коррозионноустойчивую аппаратуру в химической промышленности. Ниобием легируют другие цветные металлы, в т. ч. уран. Ниобий применяют в криотронах - сверхпроводящих элементах вычислительных машин, а станнид Nb 3 Sn и сплавы Nb с Ti и Zr - для изготовления сверхпроводящих соленоидов. Nb и сплавы с Та во многих случаях заменяют Та, что дает большой экономический эффект (Nb дешевле и почти вдвое легче, чем Та). Феррониобий вводят в нержавеющие хромоникелевые стали для предотвращения их межкристаллитной коррозии и разрушения и в стали других типов для улучшения их свойств. Применяют и соединения Ниобия: Nb 2 O 5 (катализатор в химической промышленности; в производстве огнеупоров, керметов, специальных стекол), нитрид, карбид, ниобаты.
Ниобий
НИО́БИЙ -я; м. [лат. Niobium] Химический элемент (Nb), твёрдый тугоплавкий и ковкий металл серовато-белого цвета (используется при производстве химически стойких и жаростойких сталей).
◁ Нио́бийный; нио́биевый, -ая, -ое.
нио́бий(лат. Niobium), химический элемент V группы периодической системы. Назван по имени Ниобы - дочери мифологического Тантала (близость свойств Nb и Ta). Светло-серый тугоплавкий металл, плотность 8,57 г/см 3 , t пл 2477°C, температура перехода в сверхпроводящее состояние 9,28 K. Химически очень стоек. Минералы: пирохлор, колумбит, лопарит и др. Компонент химически стойких и жаростойких сталей, из которых изготовляют детали ракет, реактивных двигателей, химическую и нефтеперегонную аппаратуру. Ниобием и его сплавами покрывают тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) ядерных реакторов. Станнид Nb 3 Sn, германид Nb 3 Ge, сплавы ниобия с Sn, Ti и Zr используют для изготовления сверхпроводящих соленоидов (Nb 3 Ge - сверхпроводник с температурой перехода в сверхпроводящее состояние 23,2 K).
НИОБИЙНИО́БИЙ (лат. Niobium, от имени Ниобы (см.
НИОБА)
), Nb (читается «ниобий»), химический элемент с атомным номером 41, атомная масса 92,9064. Природный ниобий состоит из одного стабильного изотопа 93 Nb. Конфигурация двух внешних электронных слоев 4s
2
p
6
d
4
5s
1
. Cтепени окисления +5, +4, +3, +2 и +1 (валентности V IV, III, II и I). Расположен в группе VВ, в 5 периоде периодической системы элементов.
Радиус атома 0,145 нм, радиус иона Nb 5+ - от 0,062 нм (координационное число 4) до 0,088 нм (8), иона Nb 4+ - от 0,082 до 0,092 нм, иона Nb 3+ - 0,086 нм, иона Nb 2+ - 0,085 нм.
Энергии последовательной ионизации - 6,88, 14,32, 25,05, 38,3 и 50,6 эВ. Работа выхода электронов 4,01 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см.
ПОЛИНГ Лайнус)
1,6.
История открытия
Открыт в 1801 Ч. Хатчетом (см.
ХАТЧЕТ Чарлз)
. Исследуя черный минерал, присланный из Америки, он выделил оксид нового элемента, который он назвал колумбием, а содержащий его минерал - колумбитом. Через год из того же минерала А. Г. Экеберг (см.
ЭКЕБЕРГ Андерс Густав)
выделил еще один оксид, который назвал танталом (см.
ТАНТАЛ (химический элемент))
. Свойства колумбия и Ta были очень близки, и их очень долго рассматривали как один элемент. В 1844 Г. Розе (см.
РОЗЕ (немецкие ученые, братья))
доказал, что это два разных элемента. Он сохранил название тантал, а другой назвал ниобий. Только в 1950 ИЮПАК (Всемирная организация химиков) окончательно присвоила элементу №41 название ниобий. Металлический Nb первым получил в 1866 К. Бломстранд (см.
БЛОМСТРАНД Кристиан Вильгельм)
.
Нахождение в природе
Содержание в земной коре 2·10 -3 % по массе. В свободном виде ниобий не встречается, в природе сопутствует танталу. Из руд наиболее важны колумбит-танталит (см.
КОЛУМБИТ)
(Fe,Mn)(Nb,Ta) 2 O 6 , пирохлор (см.
ПИРОХЛОР)
и лопарит (см.
ЛОПАРИТ)
.
Получение
Около 95% Nb получают из пирохлоровых, колумбит-танталитовых и лопаритовых руд. Руды обогащают гравитационнымми методами и флотацией (см.
ФЛОТАЦИЯ)
. Концентраты с содержанием Nb 2 O 5 до 60% перерабатывают до феррониобия (сплава железа и ниобия), чистого Nb 2 O 5 или NbCl 5 . Восстанавливают ниобий из его оксида, фторида или хлорида алюмино- или карботермией. Особо чистый ниобий получают высокотемпературным восстановлением летучего NbCl 5 водородом.
Полученный порошок ниобия брикетируют, спекают в вакууме в электродуговых или электроннолучевых печах.
Физические и химические свойства
Ниобий - блестящий серебристо-серый металл с кубической объемно центрированной кристаллической решеткой типа a-Fe, а
= 0,3294 нм. Температура плавления 2477°C, кипения 4760°C, плотность 8,57 кг/дм 3 .
Химически ниобий довольно устойчив. При прокаливании на воздухе окисляется до Nb 2 О 5 . Для этого оксида описано около 10 кристаллических модификаций. При обычном давлении стабильна b-форма Nb 2 О 5 . При сплавлении Nb 2 О 5 с различными оксидами получают ниобаты: Ti 2 Nb 10 О 29 , FeNb 49 О 124 . Ниобаты могут рассматриваться как соли гипотетических ниобиевых кислот. Они делятся на метаниобаты MNbO 3 , ортониобаты M 3 NbO 4 , пирониобаты M 4 Nb 2 O 7 или полиниобаты M 2 O·n
Nb 2 O 5 (M - однозарядный катион, а n
= 2-12). Известны ниобаты двух- и трехзарядных катионов. Ниобаты реагируют с HF, расплавами гидрофторидов щелочных металлов (KHF 2) и аммония (см.
АММОНИЙ (в химии))
. Некоторые ниобаты с высоким отношением M 2 O/Nb 2 O 5 гидролизуются:
6Na 3 NbO 4 + 5H 2 O = Na 8 Nb 6 O 19 + 10NaOH
Ниобий образует NbО 2 , NbО и ряд оксидов, промежуточных между NbО 2,42 и NbО 2,50 и близких по структуре к b-форме Nb 2 О 5 .
С галогенами (см.
ГАЛОГЕНЫ)
Nb образует пентагалогениды NbHal 5 , тетрагалогениды NbHal 4 и фазы NbHal 2,67 -NbHal 3+x , в которых имеются группировки Nb 3 или Nb 2 . Пентагалогениды ниобия легко гидролизуются водой. Температуры плавления пентахлорида, пентабромида и пентаиодида ниобия - 205, 267,5 и 310°C. Выше 200-250°C эти пентагалогениды летучи.
В присутствии паров воды и кислорода NbCl 5 и NbBr 5 образуют оксигалогениды NbOCl 3 (NbOBr 3) - рыхлые ватообразные вещества.
При взаимодействии Nb и графита образуются карбиды Nb 2 C и NbC, твердые жаропрочные соединения. В системе Nb - N существуют несколько фаз переменного состава и нитриды Nb 2 N и NbN. Сходным образом ведет себя Nb в системах с фосфором и мышьяком. При взаимодействии Nb с серой получены сульфиды: NbS, NbS 2 и NbS 3 . Синтезированы двойные фториды Nb и K (Na) - K 2 .
Применение
50% производимого ниобия используется для микролегирования сталей, 20-30% - для получения нержавеющих и жаропрочных сплавов. Интерметаллиды ниобия (Nb 3 Sn и Nb 3 Ge) применяют при изготовлении соленоидов сверхпроводящих устройств. Нитрид ниобия NbN используют при изготовлении мишеней передающих телевизионных трубок. Оксиды ниобия - компоненты огнеупорных материалов, керметов, стекол с высокими коэффициентами преломления. Двойные фториды - при выделении ниобия из природного сырья, при производстве металлического ниобия. Ниобаты используются в акусто- и оптоэлектронике, как лазерные материалы.
Физиологическое действие
Соединения ниобия ядовиты. ПДК ниобия в воде 0,01 мг/л.
Энциклопедический словарь . 2009 .
Синонимы :Смотреть что такое "ниобий" в других словарях:
- (ново лат. niobium). Один из редких металлов, встречающийся в танталите. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. НИОБИЙ металл, встречается в виде окислов в редких минералах практического значения не имеет … Словарь иностранных слов русского языка
- (Niobium), Nb, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 41, атомная масса 92,9064; металл, tпл 2477 шC. Ниобий используют для легирования сталей, получения жаропрочных, твердых и других сплавов. Ниобий открыт английским… … Современная энциклопедия
Ниобий - (Niobium), Nb, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 41, атомная масса 92,9064; металл, tпл 2477 °C. Ниобий используют для легирования сталей, получения жаропрочных, твердых и других сплавов. Ниобий открыт английским… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
- (символ Nb), блестящий серо белый переходный химический элемент, металл. Открыт в 1801 г. Встречается, как правило, в пирохлорных рудах. Будучи мягким и ковким металлом, ниобий применяется в производстве специальных нержавеющий сталей и сплавов… … Научно-технический энциклопедический словарь
Nb (лат. Niobium; от им. Ниобы дочери Тантала в др. греч. мифологии * a. niobium; н. Niob, Niobium; ф. niobium; и. niobio), хим. элемент V группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 41, ат. м. 92,9064. Имеет один природный изотоп 93Nb.… … Геологическая энциклопедия
НИОБИЙ, один из открытых химиками металлов. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля
НИОБИЙ - хим. элемент, символ Nb (лат. Niobium), ат. н. 41, ат. м. 92,90; светло серый металл, плотность 8570 кг/м3, t = 2500 °С; обладает высокой хим. стойкостью. В природе встречается в минералах совместно с танталом, разделение с которым вызывает… … Большая политехническая энциклопедия
- (лат. Niobium) Nb, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 41, атомная масса 92,9064. Назван от имени Ниобы дочери мифологического Тантала (близость свойств Nb и Ta). Светло серый тугоплавкий металл, плотность 8,57… … Большой Энциклопедический словарь
- (Niobium), Nb, хим … Физическая энциклопедия
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Ниобий - сорок первый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Nb от латинского «niobium». Расположен в пятом периоде, VBA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 41.
В земной коре ниобия содержится 0,002% (масс.). Этот элемент во многом сходен с ванадием. В свободном состоянии он представляет собой тугоплавкий металл, твердый, но не хрупкий, хорошо поддающийся механической обработке (рис. 1.. Плотность ниобия 8,57 г/см 3 , температура плавления - 2500 o С.
Ниобий устойчив во многих агрессивных средах. На него не действует соляная кислота и царская водка, так как на поверхности этого металла образуется тонкая, но очень прочная и химически стойкая оксидная пленка.
Рис. 1. Ниобий. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса ниобия
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии ниобий существует в виде одноатомных молекул Nb, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 92,9063.
Изотопы ниобия
Известно, что в природе ниобий может находиться в виде единственного стабильного изотопа 93 Nb. Массовое число равно 93, ядро атома содержит сорок один протон и пятьдесят два нейтрона.
Существуют искусственные нестабильные изотопы циркония с массовыми числами от 81-го до 113-ти, а также двадцать пять изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 92 Nb с периодом полураспада равным 34,7 млн. лет.
Ионы ниобия
На внешнем энергетическом уровне атома ниобия имеется пять электронов, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 3 5s 2 .
В результате химического взаимодействия ниобий отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Nb 0 -1e → Nb + ;
Nb 0 -2e → Nb 2+ ;
Nb 0 -3e → Nb 3+ ;
Nb 0 -4e → Nb 4+ ;
Nb 0 -5e → Nb 5+ .
Молекула и атом ниобия
В свободном состоянии ниобий существует в виде одноатомных молекул Nb. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу ниобия:
Сплавы ниобия
Ниобий - один из компонентов многих жаропрочных и коррозионностойких сплавов. Особенно большое значение имеют жаропрочные сплавы ниобия, которые применяются в производстве газовых турбин, реактивных двигателей, ракет.
Ниобий вводят также в нержавеющие стали. Он резко улучшает их механические свойства и сопротивляемость коррозии. Стали, содержащие от 1 до 4% ниобия, отличаются высокой жаропрочностью и используются как материал для изготовления котлов высокого давления.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Укажите валентность и степень окисления ниобия в соединениях: Gd 2 Nb 2 O 7 иPb(NbO 3) 2 . |
| Ответ | Чтобы определить валентность ниобия в кислородсодержащих соединениях, нужно строго соблюдать следующую последовательность действий. Рассмотрим на примере Gd 2 Nb 2 O 7 . Определяем число атомов кислорода в молекуле. Оно равно 7 — ми. Вычисляем общее число единиц валентности для кислорода:
Вычисляем общее число единиц валентности для гадолиния: Находим разность этих величин: Определяем число атомов ниобия в соединении. Оно равно 2-м. Валентность ниобия равна IV (8/2 = 4). Чтобы найти степень окисления ниобия в этом же соединении примем её значение за х и учитываем тот факт, что заряд молекулы равен 0: 2×3 + 2×x +7×(-2) = 0 Степень окисления ниобия равна +4. Аналогичным образом определяем, что валентность и степень окисления ниобия в Pb(NbO 3) 2 равны IV и +1, соответственно. |
Справочники
