Vetitë e niobiumit. Vetitë fizike të niobiumit Nb në temperatura të ndryshme
Vetitë fizike niobium
Niobiumi është një metal me shkëlqim argjendi-gri.
Niobiumi elementar është një metal jashtëzakonisht zjarrdurues (2468°C) dhe me vlim të lartë (4927°C), shumë rezistent ndaj shumë mjediseve agresive. Të gjitha acidet, me përjashtim të acidit hidrofluorik, nuk kanë asnjë efekt në të. Acidet oksiduese “pasivojnë” niobiumin, duke e mbuluar me një shtresë mbrojtëse oksidi (Nr. 205). Por në temperatura të larta, aktiviteti kimik i niobiumit rritet. Nëse në 150...200°C oksidohet vetëm një sasi e vogël shtresa sipërfaqësore metal, pastaj në 900...1200°C trashësia e filmit oksid rritet ndjeshëm.
Rrjeta kristalore e niobiumit është kub me qendër trupin me parametrin a = 3,294A.
Metali i pastër është duktil dhe mund të rrotullohet në fletë të holla (deri në një trashësi prej 0,01 mm) në gjendje të ftohtë pa pjekje të ndërmjetme.
Mund të vërehen veti të tilla të niobiumit si pikat e larta të shkrirjes dhe vlimit, funksioni më i ulët i punës së elektroneve në krahasim me metalet e tjera zjarrduruese - tungsten dhe molibden. Vetia e fundit karakterizon aftësinë për emetim elektron (emetim elektroni), e cila përdoret për përdorimin e niobiumit në teknologjinë e vakumit elektrik. Niobium gjithashtu ka një temperaturë të lartë kalimi në gjendjen superpërcjellëse.
Dendësia 8,57 g/cm3 (20 °C); pika e shkrirjes 2500 °C; pika e vlimit 4927 °C; presioni i avullit (në mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 n/m2) 1 10-5 (2194 °C), 1 10-4 (2355 °C), 6 10- 4 (në pikën e shkrirjes), 1·10- 3 (2539 °C).
Në temperatura të zakonshme, niobiumi është i qëndrueshëm në ajër. Fillimi i oksidimit (filmi i çngjyrosjes) vërehet kur metali nxehet në 200 - 300°C. Mbi 500°, ndodh oksidimi i shpejtë me formimin e oksidit Nb2O5.
Përçueshmëria termike në W/(m·K) në 0°C dhe 600°C është përkatësisht 51,4 dhe 56,2, dhe e njëjta në cal/(cm·sek·°C) është 0,125 dhe 0,156. Rezistenca elektrike specifike vëllimore në 0°C është 15,22·10-8 ohm·m (15,22·10-6 ohm·cm). Temperatura e kalimit në gjendjen superpërcjellëse është 9,25 K. Niobiumi është paramagnetik. Funksioni i punës së elektroneve 4.01 eV.
Niobiumi i pastër përpunohet lehtësisht nga presioni i ftohtë dhe ruhet në mënyrë të kënaqshme vetitë mekanike në temperatura të larta. Rezistenca e tij në tërheqje në 20 dhe 800 °C është përkatësisht 342 dhe 312 Mn/m2, e njëjta në kgf/mm234.2 dhe 31.2; shtrirje relative në 20 dhe 800 °C, përkatësisht 19.2 dhe 20.7%. Fortësia e Niobiumit të pastër sipas Brinellit është 450, teknike 750-1800 Mn/m2. Papastërtitë e disa elementeve, veçanërisht hidrogjeni, azoti, karboni dhe oksigjeni, dëmtojnë shumë duktilitetin dhe rrisin fortësinë e niobiumit.
Vetitë kimike niobium
Niobiumi vlerësohet veçanërisht për rezistencën e tij ndaj substancave inorganike dhe organike.
Ekziston një ndryshim në sjelljen kimike të metalit pluhur dhe me gunga. Kjo e fundit është më e qëndrueshme. Metalet nuk kanë asnjë efekt mbi të, edhe nëse nxehen në temperatura të larta. Metalet alkali të lëngëta dhe lidhjet e tyre, bismuti, plumbi, merkuri dhe kallaji mund të jenë në kontakt me niobiumin për një kohë të gjatë pa ndryshuar vetitë e tij. Edhe agjentë të tillë të fortë oksidues si acidi perklorik, aqua regia, për të mos përmendur nitrik, sulfurik, klorhidrik dhe të gjithë të tjerët, nuk mund të bëjnë asgjë me të. Solucionet e alkalit gjithashtu nuk kanë efekt në niobium.
Megjithatë, ekzistojnë tre reagentë që mund të shndërrojnë metalin niobium në komponime kimike. Njëri prej tyre është një shkrirje e hidroksidit të një metali alkali:
4Nb+4NaOH+5O2 = 4NaNbO3+2H2O
Dy të tjerët janë acidi fluorik (HF) ose përzierja e tij me acidin nitrik (HF+HNO). Në këtë rast, formohen komplekse fluori, përbërja e të cilave varet kryesisht nga kushtet e reagimit. Në çdo rast, elementi është pjesë e një anioni të tipit 2- ose 2-.
Nëse merrni niobium pluhur, ai është disi më aktiv. Për shembull, në nitratin e natriumit të shkrirë, ai madje ndizet, duke u kthyer në një oksid. Niobiumi kompakt fillon të oksidohet kur nxehet mbi 200°C dhe pluhuri mbulohet me një shtresë oksidi tashmë në 150°C. Në të njëjtën kohë, një nga vetitë e mrekullueshme të këtij metali manifestohet - ai ruan duktilitetin e tij.
Në formë tallash, kur nxehet mbi 900°C, digjet plotësisht në Nb2O5. Digjet fuqishëm në një rrjedhë klori:
2Nb + 5Cl2 = 2NbCl5
Kur nxehet, ai reagon me squfur. Është e vështirë të lidhet me shumicën e metaleve. Ka, ndoshta, vetëm dy përjashtime: hekuri, me të cilin formohen tretësira të ngurta me raporte të ndryshme dhe alumini, i cili ka përbërjen Al2Nb me niobium.
Cilat cilësi të niobiumit e ndihmojnë atë t'i rezistojë veprimit të acideve të forta - agjentëve oksidues? Rezulton se kjo nuk i referohet vetive të metalit, por karakteristikave të oksideve të tij. Pas kontaktit me agjentët oksidues, në sipërfaqen e metalit shfaqet një shtresë e hollë (prandaj e padukshme) por shumë e dendur oksidesh. Kjo shtresë bëhet një pengesë e pakapërcyeshme në rrugën e agjentit oksidues drejt pastërtisë sipërfaqe metalike. Vetëm disa reagentë kimikë, në veçanti anion fluor, mund të depërtojnë nëpër të. Rrjedhimisht, metali në thelb oksidohet, por praktikisht rezultatet e oksidimit janë të padukshme për shkak të pranisë së një të hollë film mbrojtës. Pasiviteti ndaj acidit sulfurik të holluar përdoret për të krijuar një ndreqës AC. Është projektuar thjesht: pllakat e platinit dhe niobiumit janë zhytur në një zgjidhje 0,05 m të acidit sulfurik. Niobiumi në gjendje të pasivuar mund të përcjellë rrymë nëse është një elektrodë negative - një katodë, domethënë elektronet mund të kalojnë nëpër shtresën e oksidit vetëm nga ana metalike. Rruga për daljen e elektroneve nga tretësira është e mbyllur. Prandaj, kur kalojnë nëpër një pajisje të tillë rrymë alternative, atëherë kalon vetëm një fazë, për të cilën platini është anoda dhe niobium është katoda.
halogjen metalik niobium
Niobium është një element i nëngrupit anësor të grupit të pestë të periudhës së pestë të tabelës periodike të elementeve kimike të D. I. Mendeleev, numri atomik 41. Shënohet me simbolin Nb (lat. Niobium).
Historia e zbulimit të niobiumitNdodhi që elementi nr.41 u hap dy herë. Herën e parë ishte në 1801, shkencëtari anglez Charles Hatchet ekzaminoi një mostër të mineralit të vërtetë të dërguar në Muzeun Britanik nga Amerika. Nga ky mineral ai izoloi oksidin e një elementi të panjohur më parë. Hatchet e quajti elementin e ri kolumbium, duke vënë në dukje origjinën e tij jashtë shtetit. Dhe minerali i zi quhej kolumbite.
Ne një vit kimist suedez Ekeberg izoloi oksidin e një elementi tjetër të ri, të quajtur tantal, nga kolumbiti. Ngjashmëria midis përbërjeve Columbia dhe tantal ishte aq e madhe sa për 40 vjet shumica e kimistëve besonin se tantal dhe kolumbium ishin i njëjti element.
Në 1844, kimisti gjerman Heinrich Rose ekzaminoi mostrat e kolumbitit të gjetura në Bavari. Ai zbuloi përsëri oksidet e dy metaleve. Një prej tyre ishte oksidi i tantalit tashmë të njohur. Oksidet ishin të ngjashme dhe, duke theksuar ngjashmërinë e tyre, Rose e quajti elementin që formonte oksidin e dytë niobium, pas Niobës, vajzës së martirit mitologjik Tantalus.
Sidoqoftë, Rose, ashtu si Hatchet, nuk ishte në gjendje ta merrte këtë element në një gjendje të lirë.
Niobiumi metalik u mor për herë të parë vetëm në 1866 nga shkencëtari suedez Blomstrand gjatë reduktimit të klorurit të niobiumit me hidrogjen. NË fundi i XIX V. u gjetën dy mënyra të tjera për të marrë këtë element. Së pari, Moissan e mori atë në një furrë elektrike, duke reduktuar oksidin e niobiumit me karbon, dhe më pas Goldschmidt ishte në gjendje të reduktonte të njëjtin element me alumin.
Dhe thirrni elementin nr. 41 in vende të ndryshme vazhdoi në mënyra të ndryshme: në Angli dhe SHBA - me Kolumbinë, në vende të tjera - me niobium. Unioni Ndërkombëtar i Kimisë së Pastër dhe të Aplikuar (IUPAC) i dha fund kësaj polemike në vitin 1950. U vendos që emri i elementit "niobium" të legjitimohej kudo dhe emri "kolumbite" iu caktua mineralit kryesor të niobiumit. Formula e tij është (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6.
Gjetja e niobiumit në natyrëClark niobium 18 g/t. Përmbajtja e niobiumit rritet nga ultramafiku (0,2 g/t Nb) në shkëmbinjtë acidikë (24 g/t Nb). Niobiumi shoqërohet gjithmonë me tantal. Vetitë e ngjashme kimike të niobiumit dhe tantalit përcaktojnë praninë e tyre të përbashkët në të njëjtat minerale dhe pjesëmarrjen në proceset e zakonshme gjeologjike. Niobium mund të zëvendësojë titanin në një numër mineralesh që përmbajnë titan (sfene, ortite, perovskite, biotite). Forma e shfaqjes së niobiumit në natyrë mund të jetë e ndryshme: e shpërndarë (në mineralet shkëmbore dhe ndihmëse të shkëmbinjve magmatikë) dhe minerale. Në total, njihen më shumë se 100 minerale që përmbajnë niobium. Nga këto, vetëm disa janë me rëndësi industriale: kolumbit-tantalit (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6, piroklor (Na, Ca, TR, U) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 ( OH, F ) (Nb 2 O 5 0 - 63%), loparit (Na, Ca, Ce) (Ti, Nb) O 3 ((Nb, Ta) 2 O 5 8 - 10%), euksenit, torolit, ilmenorutile nganjëherë përdoren, si dhe minerale që përmbajnë niobium si papastërti (ilmenite, kasitrit, volframit). Në shkëmbinjtë alkaline - ultramafik, niobiumi shpërndahet në minerale të tipit perovskite dhe në eudialit. Në proceset ekzogjene, mineralet e niobit dhe tantalit, duke qenë të qëndrueshme, mund të grumbullohen në vendosëset koluviale-aluviale (plasërat kolumbite), ndonjëherë në boksitet e kores së motit.
Kolombiti (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6 ishte minerali i parë i niobiumit i njohur për njerëzimin. Dhe i njëjti mineral është më i pasuri me elementin nr.41. Oksidet e niobit dhe tantalit përbëjnë deri në 80% të peshës së kolumbitit. Ka shumë më pak niobium në piroklor (Ca, Na) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (O, OH, F) dhe loparit (Na, Ce, Ca) 2 (Nb, Ti) 2 O 6. Në total njihen më shumë se 100 minerale që përmbajnë niobium. Ka depozita të konsiderueshme të mineraleve të tilla në vende të ndryshme: SHBA, Kanada, Norvegji, Finlandë, por shteti afrikan i Nigerisë është bërë furnizuesi më i madh i koncentrateve të niobiumit në tregun botëror. Rusia ka rezerva të mëdha loparite, ato u gjetën në Gadishullin Kola.
Marrja e niobiumitXherorët e niobiumit janë zakonisht komplekse dhe të varfra nga metali. Koncentratet e xeheve përmbajnë Nb 2 O 5: piroklor - të paktën 37%, loparit - 8%, kolumbit - 30-60%. Shumica e tyre përpunohen me reduktim alumini ose silikotermal në ferroniobium (40-60% Nb) dhe ferrotantaloniobium. Niobiumi metalik përftohet nga koncentratet xeherore duke përdorur teknologji komplekse në tre faza:
1) hapja e koncentratit, 2) ndarja e niobit dhe tantalit dhe marrja e tyre e pastër komponimet kimike, 3) reduktimi dhe rafinimi i niobiumit metalik dhe lidhjeve të tij.
Niobiumi metalik mund të merret duke reduktuar përbërjet e tij, për shembull klorurin e niobit ose fluorin-niobatin e kaliumit, me temperaturë të lartë:
K 2 NbF 7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF.
Por para se të arrijë këtë fazë thelbësisht përfundimtare të prodhimit, minerali i niobiumit kalon nëpër shumë faza të përpunimit. E para prej tyre është përftimi i mineralit, marrja e koncentrateve. Koncentrati është i shkrirë me flukse të ndryshme: sode kaustike ose sode. Lidhja që rezulton është kulluar. Por nuk shpërndahet plotësisht. Precipitati i pazgjidhshëm është niobium. Vërtetë, është ende në përbërjen e hidroksidit, jo i ndarë nga analogu i tij në nëngrup - tantal - dhe nuk është pastruar nga disa papastërti.
Kristalet e niobiumit dhe kubiku i niobiumit metalik
Deri në vitin 1866, nuk njihej asnjë metodë e përshtatshme industriale për ndarjen e tantalit dhe niobit. Metoda e parë e ndarjes së këtyre elementeve jashtëzakonisht të ngjashme u propozua nga Jean Charles Galissard de Marignac. Metoda bazohet në tretshmërinë e ndryshme të përbërjeve komplekse të këtyre metaleve dhe quhet fluor. Fluori kompleks i tantalit është i patretshëm në ujë, por përbërësi analog i niobiumit është i tretshëm.
Metoda e fluorit është komplekse dhe nuk lejon ndarjen e plotë të niobiumit dhe tantalit. Prandaj, këto ditë pothuajse nuk përdoret kurrë. Ai u zëvendësua nga metodat e nxjerrjes selektive, shkëmbimit të joneve, korrigjimit të halogjeneve, etj. Këto metoda përdoren për të marrë oksid niobiumi pesëvalent dhe klorur.
Pas ndarjes së niobiumit dhe tantalit, ndodh operacioni kryesor - reduktimi. Pentoksidi i niobiumit Nb 2 O 5 zvogëlohet me alumin, natrium, blozë ose karbit të niobiumit të përftuar duke reaguar Nb 2 O 5 me karbonin; Pentakloruri i niobiumit reduktohet me metal natriumi ose amalgamë natriumi. Kështu fitohet niobium pluhur, i cili më pas duhet të kthehet në monolit, të bëhet plastik, kompakt dhe i përshtatshëm për përpunim. Ashtu si metalet e tjerë zjarrdurues, monolit i niobiumit prodhohet me metoda të metalurgjisë pluhur, thelbi i së cilës është si më poshtë.
Pluhuri metalik që rezulton shtypet nën presion të lartë (1 t/cm2) në të ashtuquajturat drejtkëndëshe ose seksion katror. Në një vakum në 2300°C, këto shufra sinterohen dhe kombinohen në shufra, të cilat shkrihen në furrat me hark vakum dhe shufrat në këto furra veprojnë si një elektrodë. Ky proces quhet shkrirja e elektrodave të konsumueshme.
Niobiumi plastik me një kristal prodhohet nga shkrirja e rrezeve të elektroneve në zonë pa enë. Thelbi i saj është se një rreze e fuqishme elektronesh drejtohet në niobiumin pluhur (operacionet e shtypjes dhe shkrirjes janë të përjashtuara!), i cili shkrin pluhurin. Pika metali derdhen mbi shufrën e niobiumit, e cila gradualisht rritet dhe hiqet nga dhoma e punës.
Siç mund ta shihni, rruga e niobiumit nga minerali në metal është në çdo rast mjaft e gjatë dhe metodat e prodhimit janë komplekse.
Vetitë fizike të niobiumitNiobiumi është një metal me shkëlqim argjendi-gri.
Niobiumi elementar është një metal jashtëzakonisht zjarrdurues (2468°C) dhe me vlim të lartë (4927°C), shumë rezistent ndaj shumë mjediseve agresive. Të gjitha acidet, me përjashtim të acidit hidrofluorik, nuk kanë asnjë efekt në të. Acidet oksiduese “pasivojnë” niobiumin, duke e mbuluar me një shtresë mbrojtëse oksidi (Nr. 205). Por në temperatura të larta, aktiviteti kimik i niobiumit rritet. Nëse në 150...200°C oksidohet vetëm një shtresë e vogël sipërfaqësore e metalit, atëherë në 900...1200°C trashësia e filmit të oksidit rritet ndjeshëm.
Rrjeta kristalore e niobiumit është kub me qendër trupin me parametrin a = 3,294 Å.
Metali i pastër është duktil dhe mund të rrotullohet në fletë të holla (deri në një trashësi prej 0,01 mm) në gjendje të ftohtë pa pjekje të ndërmjetme.
Mund të vërehen veti të tilla të niobiumit si pikat e larta të shkrirjes dhe vlimit, funksioni më i ulët i punës së elektroneve në krahasim me metalet e tjera zjarrduruese - tungsten dhe molibden. Vetia e fundit karakterizon aftësinë për emetim të elektroneve (emetim elektroni), i cili përdoret për përdorimin e niobiumit në teknologjinë e vakumit elektrik. Niobium gjithashtu ka një temperaturë të lartë kalimi në gjendjen superpërcjellëse.
Dendësia 8,57 g/cm 3 (20 °C); t pl 2500 °C; pika e vlimit 4927 °C; presioni i avullit (në mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 n/m 2) 1 10 -5 (2194 °C), 1 10 -4 (2355 °C), 6 10 -4 (në temperaturën e shkrirjes), 1·10 -3 (2539 °C).
Në temperatura të zakonshme, niobiumi është i qëndrueshëm në ajër. Fillimi i oksidimit (filmi i çngjyrosjes) vërehet kur metali nxehet në 200 - 300°C. Mbi 500°, ndodh oksidimi i shpejtë me formimin e oksidit Nb 2 O 5.
Përçueshmëria termike në W/(m·K) në 0°C dhe 600°C është përkatësisht 51,4 dhe 56,2, dhe e njëjta në cal/(cm·sek·°C) është 0,125 dhe 0,156. Rezistenca elektrike specifike vëllimore në 0°C është 15,22·10 -8 ohm·m (15,22·10 -6 ohm·cm). Temperatura e kalimit në gjendjen superpërcjellëse është 9,25 K. Niobiumi është paramagnetik. Funksioni i punës së elektroneve 4.01 eV.
Niobiumi i pastër përpunohet lehtësisht nga presioni i ftohtë dhe ruan veti të kënaqshme mekanike në temperatura të larta. Rezistenca e tij në tërheqje në 20 dhe 800 °C është përkatësisht 342 dhe 312 Mn/m2, e njëjta në kgf/mm2 34.2 dhe 31.2; zgjatja relative në 20 dhe 800 °C është përkatësisht 19.2 dhe 20.7%. Fortësia Brinell e niobiumit të pastër është 450, teknike 750-1800 Mn/m2. Papastërtitë e disa elementeve, veçanërisht hidrogjeni, azoti, karboni dhe oksigjeni, dëmtojnë shumë duktilitetin dhe rrisin fortësinë e niobiumit.
Vetitë kimike të niobiumitKimikisht, niobium është mjaft i qëndrueshëm. Kur kalcinohet në ajër, oksidohet në Nb 2 O 5 . Rreth 10 modifikime kristal janë përshkruar për këtë oksid. Në presion normal, forma β e Nb 2 O 5 është e qëndrueshme.
Kur Nb 2 O 5 lidhet me okside të ndryshme, fitohen niobate: Ti 2 Nb 10 O 29, FeNb 49 O 124. Niobatet mund të konsiderohen si kripëra të acideve niobike hipotetike. Ato ndahen në metaniobate MNbO 3, orthoniobate M 3 NbO 4 , pironiobate M 4 Nb 2 O 7 ose poliniobate M 2 O nNb 2 O 5 (M është një kation me ngarkesë të vetme, n = 2-12). Janë të njohura niobatet e kationeve me ngarkesë të dyfishtë dhe trefishtë.
Niobatet reagojnë me HF, shkrirjen e hidrofluorideve të metaleve alkali (KHF 2) dhe amonit. Disa niobate me një raport të lartë M 2 O / Nb 2 O 5 hidrolizohen:
6Na 3 NbO 4 + 5H 2 O = Na 8 Nb 6 O 19 + 10NaOH.
Niobiumi formon NbO 2, NbO, një seri oksidesh të ndërmjetme midis NbO 2.42 dhe NbO 2.50 dhe në strukturë afër formës β të Nb 2 O 5.
Me halogjenet, niobiumi formon pentahalide NbHal 5, tetrahalide NbHal 4 dhe fazat NbHal 2.67 - NbHal 3+x, në të cilat ka grupe Nb 3 ose Nb 2. Pentahalidet e niobiumit hidrolizohen lehtësisht nga uji.
Një veti karakteristike e niobiumit është aftësia për të thithur gazra - hidrogjen, azot dhe oksigjen. Papastërtitë e vogla të këtyre elementeve ndikojnë shumë në vetitë mekanike dhe elektrike të metalit. Në temperatura të ulëta, hidrogjeni absorbohet ngadalë në një temperaturë prej afërsisht 360 ° C, hidrogjeni absorbohet me shpejtesi maksimale, dhe jo vetëm ndodh adsorbimi, por formohet edhe hidridi NbH. Hidrogjeni i përthithur e bën metalin të brishtë, por kur nxehet në një vakum mbi 600°C, pothuajse i gjithë hidrogjeni lirohet dhe vetitë e mëparshme mekanike rikthehen.
Niobium thith azotin tashmë në 600°C në një temperaturë më të lartë, formohet nitridi NbN, i cili shkrihet në 2300°C.
Karboni dhe gazrat që përmbajnë karbon (CH 4, CO) në temperatura të larta (1200 - 1400 ° C) ndërveprojnë me metalin për të formuar karabit të ngurtë dhe zjarrdurues NbC (shkrihet në 3500 ° C).
Me bor dhe silikon, niobium formon një borid dhe silic NbB 2 zjarrdurues dhe të ngurtë (shkrihet në 2900°C).
Në prani të avullit të ujit dhe oksigjenit, NbCl 5 dhe NbBr 5 formojnë oksihalide NbOCl 3 dhe NbOBr 3 - substanca të lirshme të ngjashme me leshin e pambukut.
Kur niobiumi dhe grafiti ndërveprojnë, formohen karbitet Nb 2 C dhe NbC, komponime të ngurta rezistente ndaj nxehtësisë. Në sistemin Nb - N ekzistojnë disa faza të përbërjes së ndryshueshme dhe nitrideve Nb 2 N dhe NbN. Niobium sillet në mënyrë të ngjashme në sistemet me fosfor dhe arsenik. Kur niobium ndërvepron me squfurin, fitohen sulfidet e mëposhtme: NbS, NbS 2 dhe NbS 3. Janë sintetizuar fluoride të dyfishta Nb dhe kalium (natrium) - K 2.
Niobiumi është rezistent ndaj veprimit të acideve klorhidrik, sulfurik, nitrik, fosforik dhe organik të çdo përqendrimi në të ftohtë dhe në 100 - 150°C. Metali shpërndahet në acid fluorik dhe veçanërisht intensivisht në një përzierje të acideve hidrofluorike dhe nitrik.
Niobiumi është më pak i qëndrueshëm në alkalet. Tretësirat e nxehta të alkaleve kaustike gërryejnë dukshëm metalin në alkalet e shkrirë dhe sode oksidohet shpejt për të formuar kripën e natriumit të acidit niobik.
Nga tretësirat ujore Ende nuk ka qenë e mundur të izolohet niobium elektrokimik. Prodhimi elektrokimik i lidhjeve që përmbajnë niobium është i mundur. Niobiumi metalik mund të izolohet me elektrolizë të shkrirjeve të kripës anhidër.
Konfigurimi i elektroneve të jashtme të atomit Nb është 4d 4 5s l. Komponimet më të qëndrueshme janë niobiumi pesëvalent, por njihen edhe përbërjet me gjendje oksidimi + 4, +3, +2 dhe +1, për formimin e të cilave Niobium është më i prirur se tantal. Për shembull, në sistemin niobium-oksigjen krijohen fazat e mëposhtme: oksidi Nb 2 O 5 (shkrirë 1512 °C, i bardhë), NbO 2.47 jo stoikeometrik dhe NbO 2.42, oksid NbO 2 (shkrirë 2080 °C, i zi) , Oksid NbO (mp 1935 °C, ngjyrë gri) dhe tretësirë e ngurtë e oksigjenit në niobium. NbO 2 - gjysmëpërçues; NbO, i shkrirë në një shufër, ka një shkëlqim metalik dhe përçueshmëri elektrike të tipit metalik, avullohet dukshëm në 1700 °C, intensivisht në 2300-2350 °C, i cili përdoret për pastrimin me vakum të niobiumit nga oksigjeni; Nb 2 O 5 është acid në natyrë; acidet niobike nuk janë izoluar në formën e përbërjeve kimike specifike, por kripërat e tyre, niobatet, janë të njohura.
Me hidrogjen, Nb formon një tretësirë të ngurtë intersticiale (deri në 10 në% H) dhe një hidrid me përbërje nga NbH 0,7 në NbH. Tretshmëria e hidrogjenit në Nb (në g/cm3) në 20 °C 104, në 500 °C 74.4, në 900 °C 4.0. Thithja e hidrogjenit është e kthyeshme: kur nxehet, veçanërisht në vakum, hidrogjeni lirohet; kjo përdoret për të pastruar Nb nga hidrogjeni (që e bën metalin të brishtë) dhe për të hidrogjenuar Nb kompakt: hidridi i brishtë grimcohet dhe dehidrogjenohet në vakum, duke marrë pluhur të pastër Niobium për kondensatorët elektrolitikë. Tretshmëria e azotit në niobium është (% ndaj peshës) përkatësisht 0,005, 0,04 dhe 0,07, në 300, 1000 dhe 1500 °C. Niobiumi rafinohet nga azoti duke u ngrohur në një vakum të lartë mbi 1900 °C ose me shkrirje në vakum. Nitridi më i lartë NbN është gri i hapur me një nuancë të verdhë; temperatura e kalimit në gjendjen superpërcjellëse është 15,6 K. Me karbon në 1800-2000°C, Nb formon 3 faza: α-faza - tretësirë e ngurtë e ndërthurjes së karbonit në niobium, që përmban deri në 2 në.% C në 2335°C; β-faza - Nb 2 C, δ-faza - NbC.
Përbërja kimike e niobiumit në shufra dhe shufra
|
Papastërtitë, %, jo më shumë |
|||||||||
|
Shufrat e niobiumit |
|||||||||
|
GOST 16099-70 |
|||||||||
|
Niobium në shkopinj |
|||||||||
|
GOST 16100-70 |
|||||||||
Tani vetitë dhe aftësitë e niobiumit vlerësohen nga aviacioni, inxhinieria mekanike, inxhinieria radio, industria kimike dhe energjia bërthamore. Të gjithë ata u bënë konsumatorë të niobiumit.
Vetia unike - mungesa e ndërveprimit të dukshëm të niobit me uraniumin në temperatura deri në 1100°C dhe, përveç kësaj, përçueshmëria e mirë termike, një seksion i vogël i thithjes efektive të neutroneve termike - e bëri niobin një konkurrent serioz për metalet e njohura në bërthamën. industria - alumini, berilium dhe zirkon. Përveç kësaj, radioaktiviteti artificial (i induktuar) i niobiumit është i ulët. Prandaj, mund të përdoret për të bërë kontejnerë për ruajtjen e mbetjeve radioaktive ose instalime për përdorimin e tyre.
Prodhimi i niobiumit në RusiNË vitet e fundit Prodhimi botëror i niobiumit është në nivelin 24-29 mijë tonë. Duhet theksuar se tregu botëror i niobiumit është i monopolizuar ndjeshëm nga kompania braziliane CBMM, e cila përbën rreth 85% të prodhimit botëror të niobit.
Konsumatori kryesor i produkteve që përmbajnë niobium (kryesisht ferroniobium) është Japonia. Ky vend importon çdo vit mbi 4 mijë tonë ferroniobium nga Brazili. Prandaj, çmimet japoneze të importit për produktet që përmbajnë niobium mund të merren me besim të madh si afër mesatares botërore.
Vitet e fundit, ka pasur një tendencë për rritjen e çmimeve të ferroniobiumit. Kjo është për shkak të përdorimit në rritje të tij për prodhimin e çeliqeve me aliazh të ulët të destinuar kryesisht për tubacionet e naftës dhe gazit. Në përgjithësi, duhet theksuar se gjatë 15 viteve të fundit, konsumi global i niobiumit është rritur mesatarisht me 4-5% në vit.
Me keqardhje duhet të pranojmë se Rusia është në margjinat e tregut të niobiumit. Në fillim të viteve '90, sipas specialistëve të Giredmet, ish-BRSS prodhoi
U konsumuan rreth 2 mijë tonë niobium (përsa i përket oksidit të niobiumit). Aktualisht, konsumi i produkteve të niobiumit nga industria ruse nuk kalon vetëm 100 - 200 tonë.
Duhet të theksohet se në ish-BRSS u krijuan kapacitete të konsiderueshme të prodhimit të niobiumit, të shpërndara nëpër republika të ndryshme - Rusi, Estoni, Kazakistan. Kjo tipar tradicional Zhvillimi industrial i BRSS e ka vënë Rusinë në një situatë shumë të vështirë përsa i përket shumë llojeve të lëndëve të para dhe metaleve.
Tregu i niobiumit fillon me prodhimin e lëndëve të para që përmbajnë niobium. Lloji i tij kryesor në Rusi ishte dhe mbetet koncentrati loparit i prodhuar në Uzinën e Minierave dhe Përpunimit Lovozersky (tani Sevredmet SHA, Rajoni i Murmanskut). Para rënies së BRSS, ndërmarrja prodhoi rreth 23 mijë ton koncentrat loparit (përmbajtja e oksidit të niobiumit është rreth 8.5%). Më pas, prodhimi i koncentratit ra në mënyrë të vazhdueshme, në vitet 1996-1998. Kompania u ndal disa herë për shkak të mungesës së shitjeve. Aktualisht, vlerësohet se prodhimi i koncentratit loparit në ndërmarrje është në nivelin 700 - 800 tonë në muaj.
Duhet të theksohet se ndërmarrja është mjaft e lidhur rreptësisht me konsumatorin e saj të vetëm - fabrikën e magnezit Solikamsk. Fakti është se koncentrati loparit është një produkt mjaft specifik që merret vetëm në Rusi. Teknologjia e përpunimit të tij është mjaft komplekse për shkak të kompleksit të metaleve të rralla që përmban (niobium, tantal, titan). Për më tepër, koncentrati është radioaktiv, dhe kjo është arsyeja pse të gjitha përpjekjet për të hyrë në tregun botëror me këtë produkt përfunduan të kota. Duhet të theksohet gjithashtu se është e pamundur të merret ferroniobium nga koncentrati i loparitit.
Në vitin 2000, në fabrikën Sevredmet, kompania Rosredmet nisi një instalim eksperimental për përpunimin e koncentratit të loparitit për të prodhuar, midis metaleve të tjera, produkte të tregtueshme që përmbajnë niobium (oksidi i niobiumit).
Tregjet kryesore për produktet e niobiumit të SMZ janë vendet jo të CIS: dërgesat bëhen në SHBA, Japoni dhe vendet evropiane. Pjesa e eksporteve në totalin e prodhimit është mbi 90%.
Kapacitete të konsiderueshme të prodhimit të niobiumit në BRSS u përqendruan në Estoni - në Shoqatën e Prodhimit Kimik dhe Metalurgjik Sillamae (Sillamae). Tani kompania estoneze quhet Silmet. Në kohët sovjetike, ndërmarrja përpunonte koncentratin loparit nga fabrika e minierave dhe përpunimit të Lovoozersk që nga viti 1992, dërgesa e tij u ndal. Aktualisht, Silmet përpunon vetëm një vëllim të vogël të hidroksidit të niobiumit nga uzina e magnezit Solikamsk. Kompania aktualisht merr shumicën e lëndëve të para që përmbajnë niobium nga Brazili dhe Nigeria. Menaxhmenti i ndërmarrjes nuk përjashton furnizimin e koncentratit loparit, megjithatë, Sevredmet po përpiqet të ndjekë një politikë të përpunimit të tij në vend, pasi eksportimi i lëndëve të para është më pak fitimprurës se produktet e gatshme.
Prodhimi i gjysmëpërçuesve të niobiumit në Rusi
Prodhimi i vetëm rus i superpërçuesve të bazuar në niobium-kallaj dhe niob-titan, i krijuar në 2009 në OJSC ChMP, është një cikël i mbyllur, duke filluar nga prodhimi i materialeve dhe përbërësve burimor (niobium, lidhjet niobium-titanium, bronz me kallaj të lartë) te fijet e përfunduara të superpërçuesve, të pajisura me zona për matjen e karakteristikave elektrike dhe monitorimin e parametrave të të gjithë fazës teknologjike. Krijimi i prodhimit në shkallë të gjerë të materialeve superpërcjellëse po kryhet nën udhëheqjen shkencore të SHA VNIINM im. A.A. Boçvara”.
Në total, Uzina Mekanike e Chepetsk do të prodhojë 170 tonë SPM për projektin ITER bazuar në niobium-titan dhe niobium-kallaj deri në vitin 2013.
Njerëzimi është njohur me elementin që zë qelizën e 41-të në tabelën periodike për një kohë të gjatë. Emri i tij aktual, niobium, është pothuajse gjysmë shekulli më i ri. Ndodhi që elementi nr.41 u hap dy herë. Herën e parë ishte në 1801, shkencëtari anglez Charles Hatchet ekzaminoi një mostër të mineralit të vërtetë të dërguar në Muzeun Britanik nga Amerika. Nga ky mineral ai izoloi oksidin e një elementi të panjohur më parë. Hatchet e quajti elementin e ri kolumbium, duke vënë në dukje origjinën e tij jashtë shtetit. Dhe minerali i zi quhej kolumbite.
Një vit më vonë, kimisti suedez Ekeberg izoloi oksidin e një elementi tjetër të ri nga kolumbiti, të quajtur tantal. Ngjashmëria midis përbërjeve Columbia dhe tantal ishte aq e madhe sa për 40 vjet shumica e kimistëve besonin se tantal dhe kolumbium ishin i njëjti element.
Në 1844, kimisti gjerman Heinrich Rose ekzaminoi mostrat e kolumbitit të gjetura në Bavari. Ai zbuloi përsëri oksidet e dy metaleve. Një prej tyre ishte oksidi i tantalit tashmë të njohur. Oksidet ishin të ngjashme dhe, duke theksuar ngjashmërinë e tyre, Rose e quajti elementin që formonte oksidin e dytë niobium, pas Niobës, vajzës së martirit mitologjik Tantalus.
Sidoqoftë, Rose, ashtu si Hatchet, nuk ishte në gjendje ta merrte këtë element në një gjendje të lirë.
Niobiumi metalik u mor për herë të parë vetëm në 1866 nga shkencëtari suedez Blomstrand gjatë reduktimit të klorurit të niobiumit me hidrogjen. Në fund të shekullit të 19-të. u gjetën dy mënyra të tjera për të marrë këtë element. Së pari, Moissan e mori atë në një furrë elektrike, duke reduktuar oksidin e niobiumit me karbon, dhe më pas Goldschmidt ishte në gjendje të reduktonte të njëjtin element me alumin.
Dhe elementi nr. 41 vazhdoi të quhej ndryshe në vende të ndryshme: në Angli dhe SHBA - Kolumbia, në vende të tjera - niobium. Unioni Ndërkombëtar i Kimisë së Pastër dhe të Aplikuar (IUPAC) i dha fund kësaj polemike në vitin 1950. U vendos që emri i elementit "niobium" të legjitimohej kudo dhe emri "kolumbite" iu caktua mineralit kryesor të niobiumit. Formula e tij është (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6.
Nëpërmjet syve të një kimisti
Niobiumi elementar është një metal jashtëzakonisht zjarrdurues (2468°C) dhe me vlim të lartë (4927°C), shumë rezistent ndaj shumë mjediseve agresive. Të gjitha acidet, me përjashtim të acidit hidrofluorik, nuk kanë asnjë efekt në të. Acidet oksiduese “pasivojnë” niobiumin, duke e mbuluar me një shtresë mbrojtëse oksidi (Nr. 205). Por në temperatura të larta, aktiviteti kimik i niobiumit rritet. Nëse në 150...200°C oksidohet vetëm një shtresë e vogël sipërfaqësore e metalit, atëherë në 900...1200°C trashësia e filmit të oksidit rritet ndjeshëm.
Niobiumi reagon në mënyrë aktive me shumë jometale. Halogjenet, azoti, hidrogjeni, karboni dhe squfuri formojnë komponime me të. Në këtë rast, niobium mund të shfaqë valenca të ndryshme - nga dy në pesë. Por valenca kryesore e këtij elementi është 5+. Niobiumi pesëvalent mund të jetë i pranishëm në kripë si si kation ashtu edhe si një nga elementët anion, gjë që tregon natyrën amfoterike të elementit nr.41.
Kripërat e acideve niobike quhen niobate. Ato merren si rezultat i reaksioneve të shkëmbimit pas shkrirjes së pentoksidit të niobiumit me sode:
Nb 2 O 5 + 3Na 2 CO 4 → 2Na 3 NbO 4 + 3CO 2.
Kripërat e disa acideve niobike janë studiuar mjaft mirë, kryesisht metaniobi HNbO 3, si dhe diniobate dhe pentaniobate (K 4 Nb 2 O 7 , K 7 Nb 5 O 16 · m H2O). Dhe kripërat në të cilat elementi nr. 41 vepron si kation, zakonisht përftohen nga bashkëveprimi i drejtpërdrejtë i substancave të thjeshta, për shembull 2Nb + 5Cl 2 → 2NbCl 5.
Kristale me ngjyra të ndezura në formë gjilpëre të pentahalideve të niobiumit (NbCl - ngjyrë të verdhë, NbBr 5 - vjollcë-e kuqe) treten lehtësisht në tretës organikë - kloroform, eter, alkool. Por kur treten në ujë, këto komponime dekompozohen plotësisht dhe hidrolizohen për të formuar niobate:
NbCl 5 + 4H 2 O → 5HCl + H 3 NbO 4.
Hidroliza mund të parandalohet duke shtuar pak acid të fortë në tretësirën ujore. Në solucione të tilla, pentahalidet e niobiumit treten pa u hidrolizuar.
Niobiumi formon kripëra të dyfishta dhe komponime komplekse, më lehtë fluorid. Fluoroniobatet janë emri i këtyre kripërave të dyfishta. Ato përftohen nëse një tretësirë e acideve niobike dhe hidrofluorike i shtohet fluor i ndonjë metali.
Përbërja e përbërjes komplekse varet nga raporti i përbërësve që reagojnë në tretësirë. Analiza me rreze X e një prej këtyre komponimeve tregoi një strukturë që korrespondon me formulën K 2 NbF 7 . Mund të formohen edhe oksokomponime të niobiumit, për shembull oksofluorinepobat kaliumi K 2 NbOF 5 H 2 O.
Karakteristikat kimike të elementit nuk shterohen, natyrisht, nga ky informacion. Sot, përbërjet më të rëndësishme të elementit 41 janë ato me metale të tjera.
Niobium dhe superpërcjellshmëri
Një fenomen i mahnitshëm i superpërçueshmërisë, kur kur temperatura e një përcjellësi ulet, në të ndodh një zhdukje e papritur. rezistenca elektrike, u vëzhgua për herë të parë nga fizikani holandez G. Kamerlingh-Onnes në vitin 1911. Superpërcjellësi i parë ishte merkuri, por jo ai, por niobium dhe disa komponime ndërmetalike të niobit ishin të destinuara të bëheshin materialet e para superpërcjellëse teknikisht të rëndësishme.
Dy karakteristika të superpërçuesve janë praktikisht të rëndësishme: vlera e temperaturës kritike në të cilën ndodh kalimi në gjendjen e superpërcjellshmërisë dhe fusha magnetike kritike (Kamerlingh Onnes gjithashtu vuri re humbjen e superpërcjellshmërisë nga një superpërçues kur ekspozohej ndaj një fushe magnetike mjaftueshëm të fortë ). Që nga 1 janari 1975, superpërçuesi - "mbajtësi i rekordeve" për temperaturën kritike - ishte përbërësi ndërmetalik i niobiumit dhe germaniumit me përbërjen Nb 3 Ge. Temperatura e tij kritike është 23,2°K; Kjo është më e lartë se pika e vlimit të hidrogjenit. (Shumica e superpërçuesve të njohur bëhen superpërçues vetëm në temperaturën e heliumit të lëngshëm).
Aftësia për të kaluar në një gjendje të superpërcjellshmërisë është gjithashtu karakteristike e stannidit të niobit Nb 3 Sn, lidhjeve të niobiumit me alumin dhe germanium ose me titan dhe zirkon. Të gjitha këto lidhje dhe komponime përdoren tashmë për të bërë solenoidë superpërçues, si dhe disa pajisje të tjera teknike të rëndësishme.
Niobium – metal
Niobiumi metalik mund të merret duke reduktuar përbërjet e tij, të tilla si kloruri i niobit ose fluor-niobati i kaliumit, në temperaturë të lartë:
K 2 NbF 7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF.
Por para se të arrijë këtë fazë thelbësisht përfundimtare të prodhimit, minerali i niobiumit kalon nëpër shumë faza të përpunimit. E para prej tyre është përftimi i mineralit, marrja e koncentrateve. Koncentrati është i shkrirë me flukse të ndryshme: sode kaustike ose sode. Lidhja që rezulton është kulluar. Por nuk shpërndahet plotësisht. Precipitati i pazgjidhshëm është niobium. Vërtetë, është ende në përbërjen e hidroksidit, jo i ndarë nga analogu i tij në nëngrup - tantal - dhe nuk është pastruar nga disa papastërti.
Deri në vitin 1866, nuk njihej asnjë metodë e përshtatshme industriale për ndarjen e tantalit dhe niobit. Metoda e parë e ndarjes së këtyre elementeve jashtëzakonisht të ngjashme u propozua nga Jean Charles Galissard de Marignac. Metoda bazohet në tretshmërinë e ndryshme të përbërjeve komplekse të këtyre metaleve dhe quhet fluor. Fluori kompleks i tantalit është i patretshëm në ujë, por përbërësi analog i niobiumit është i tretshëm.
Metoda e fluorit është komplekse dhe nuk lejon ndarjen e plotë të niobiumit dhe tantalit. Prandaj, këto ditë pothuajse nuk përdoret kurrë. Ai u zëvendësua nga metodat e nxjerrjes selektive, shkëmbimit të joneve, korrigjimit të halogjeneve, etj. Këto metoda përdoren për të marrë oksid niobiumi pesëvalent dhe klorur.
Pas ndarjes së niobiumit dhe tantalit, ndodh operacioni kryesor - reduktimi. Pentoksidi i niobiumit Nb 2 O 5 zvogëlohet me alumin, natrium, blozë ose karbit të niobiumit të përftuar duke reaguar Nb 2 O 5 me karbonin; Pentakloruri i niobiumit reduktohet me metal natriumi ose amalgamë natriumi. Kështu fitohet niobium pluhur, i cili më pas duhet të kthehet në monolit, të bëhet plastik, kompakt dhe i përshtatshëm për përpunim. Ashtu si metalet e tjerë zjarrdurues, monolit i niobiumit prodhohet me metoda të metalurgjisë pluhur, thelbi i së cilës është si më poshtë.
Pluhuri metalik që rezulton shtypet nën presion të lartë (1 t/cm2) në të ashtuquajturat shufra me prerje tërthore drejtkëndore ose katrore. Në një vakum në 2300°C, këto shufra sinterohen dhe kombinohen në shufra, të cilat shkrihen në furrat me hark vakum dhe shufrat në këto furra veprojnë si një elektrodë. Ky proces quhet shkrirja e elektrodave të konsumueshme.
Niobiumi plastik me një kristal prodhohet nga shkrirja e rrezeve të elektroneve në zonë pa enë. Thelbi i saj është se një rreze e fuqishme elektronesh drejtohet në niobiumin pluhur (operacionet e shtypjes dhe shkrirjes janë të përjashtuara!), i cili shkrin pluhurin. Pika metali derdhen mbi shufrën e niobiumit, e cila gradualisht rritet dhe hiqet nga dhoma e punës.
Siç mund ta shihni, rruga e niobiumit nga minerali në metal është në çdo rast mjaft e gjatë dhe metodat e prodhimit janë komplekse.
Niobium dhe metale
Është më logjike të fillohet tregimi për përdorimin e niobiumit me metalurgji, pasi ishte në metalurgji që ai gjeti më shumë aplikim të gjerë. Si në metalurgjinë me ngjyra ashtu edhe në metalurgjinë me ngjyra.
Çeliku i lidhur me niobium ka rezistencë të mirë ndaj korrozionit. "Edhe çfarë? – do të thotë një tjetër lexues me përvojë. "Kromi gjithashtu rrit rezistencën ndaj korrozionit të çelikut, dhe është shumë më i lirë se niobium." Ky lexues ka të drejtë dhe të gabuar në të njëjtën kohë. Gabim sepse harrova një gjë.
Çeliku krom-nikel, si çdo tjetër, gjithmonë përmban karbon. Por karboni kombinohet me kromin për të formuar karabit, gjë që e bën çelikun më të brishtë. Niobium ka një prirje më të madhe për karbonin sesa kromi. Prandaj, kur niobium i shtohet çelikut, formohet domosdoshmërisht karabi i niobit. Çeliku i lidhur me niobium fiton veti të larta kundër korrozionit dhe nuk e humb duktilitetin e tij. Efekti i dëshiruar arrihet kur një ton çeliku i shtohen vetëm 200 g metal niobium. Dhe niobium i jep rezistencë të lartë ndaj konsumit të çelikut krom-mangan.
Shumë metale me ngjyra janë gjithashtu të lidhura me niobium. Kështu, alumini, i cili tretet lehtësisht në alkalet, nuk reagon me to nëse i shtohet vetëm 0,05% niobium. Dhe bakri, i njohur për butësinë e tij dhe shumë prej lidhjeve të tij duket se janë ngurtësuar nga niobiumi. Rrit forcën e metaleve si titani, molibden, zirkon, dhe në të njëjtën kohë rrit rezistencën e tyre ndaj nxehtësisë dhe rezistencën ndaj nxehtësisë.
Tani vetitë dhe aftësitë e niobiumit vlerësohen nga aviacioni, inxhinieria mekanike, inxhinieria radio, industria kimike dhe energjia bërthamore. Të gjithë ata u bënë konsumatorë të niobiumit.
Vetia unike - mungesa e ndërveprimit të dukshëm të niobit me uraniumin në temperatura deri në 1100°C dhe, përveç kësaj, përçueshmëria e mirë termike, një seksion i vogël i thithjes efektive të neutroneve termike - e bëri niobin një konkurrent serioz për metalet e njohura në bërthamën. industria - alumini, berilium dhe zirkon. Përveç kësaj, radioaktiviteti artificial (i induktuar) i niobiumit është i ulët. Prandaj, mund të përdoret për të bërë kontejnerë për ruajtjen e mbetjeve radioaktive ose instalime për përdorimin e tyre.
Industria kimike konsumon relativisht pak niobium, por kjo mund të shpjegohet vetëm me mungesën e tij. Pajisjet për prodhimin e acideve me pastërti të lartë ndonjëherë bëhen nga lidhjet që përmbajnë niobium dhe, më rrallë, nga niobiumi me fletë. Aftësia e niobiumit për të ndikuar në shpejtësinë e disa reaksioneve kimike përdoret, për shembull, në sintezën e alkoolit nga butadieni.
Raketat dhe teknologjia hapësinore u bënë gjithashtu konsumatorë të elementit nr.41. Nuk është sekret që disa sasi të këtij elementi tashmë po rrotullohen në orbitat afër Tokës. Disa pjesë të raketave dhe pajisjeve në bord të satelitëve artificialë të Tokës janë bërë nga lidhjet që përmbajnë niobium dhe niobium i pastër.
Mineralet e Niobiumit
Kolombiti (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6 ishte minerali i parë i niobiumit i njohur për njerëzimin. Dhe i njëjti mineral është më i pasuri me elementin nr.41. Oksidet e niobit dhe tantalit përbëjnë deri në 80% të peshës së kolumbitit. Ka shumë më pak niobium në piroklor (Ca, Na) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (O, OH, F) dhe loparit (Na, Ce, Ca) 2 (Nb, Ti) 2 O 6. Në total njihen më shumë se 100 minerale që përmbajnë niobium. Ka depozita të konsiderueshme të mineraleve të tilla në vende të ndryshme: SHBA, Kanada, Norvegji, Finlandë, por shteti afrikan i Nigerisë është bërë furnizuesi më i madh i koncentrateve të niobiumit në tregun botëror. BRSS ka rezerva të mëdha loparite, ato u gjetën në gadishullin Kola.
Karabit rozë
Niobium monocarbide NbC është një substancë plastike me një shkëlqim karakteristik rozë. Ky përbërës i rëndësishëm formohet mjaft lehtë kur niobiumi metalik reagon me hidrokarburet. Kombinimi i lakueshmërisë së mirë dhe rezistencës së lartë ndaj nxehtësisë me "veti të jashtme" të këndshme e bënë monokarbitin e niobit material me vlerë për prodhimin e veshjeve. Një shtresë e kësaj substance me një trashësi prej vetëm 0,5 mm mbron me siguri shumë materiale nga korrozioni në temperatura të larta, veçanërisht grafiti, i cili është praktikisht i pambrojtur nga veshjet e tjera. NbC përdoret gjithashtu si një material strukturor në shkencën e raketave dhe prodhimin e turbinave.
Nervat ndërlidhen me niobium
Rezistenca e lartë ndaj korrozionit të niobiumit ka bërë të mundur përdorimin e tij në mjekësi. Fijet e niobiumit nuk shkaktojnë acarim në indet e gjalla dhe ngjiten mirë në të. Kirurgjia rindërtuese ka përdorur me sukses fije të tilla për të lidhur tendinat e grisura, enët e gjakut dhe madje edhe nervat.
Paraqitjet nuk mashtrojnë
Niobium jo vetëm që ka një sërë veçorish të nevojshme për teknologjinë, por edhe duket mjaft bukur. Bizhuteritë u përpoqën të përdornin këtë metal të bardhë me shkëlqim për të bërë kuti orëve. Lidhjet e niobiumit me tungsten ose renium ndonjëherë zëvendësojnë metalet fisnike: ari, platini, iridiumi. Kjo e fundit është veçanërisht e rëndësishme, pasi aliazhi niobium-renium jo vetëm që duket i ngjashëm me iridiumin metalik, por është pothuajse po aq rezistent ndaj konsumit. Kjo u lejoi disa vendeve të bënin pa iridium të shtrenjtë në prodhimin e majave të saldimit për majat e stilolapsit.
Niobium dhe saldim
Në fund të viteve 20 të shekullit tonë, saldimi elektrik dhe me gaz filloi të zëvendësojë thumba dhe metoda të tjera të lidhjes së komponentëve dhe pjesëve. Saldimi ka përmirësuar cilësinë e produkteve, duke përshpejtuar dhe ulur koston e proceseve të montimit të tyre. Saldimi dukej veçanërisht premtues për instalimin e instalimeve të mëdha që funksionojnë në mjedise gërryese ose nën presion të lartë. Por më pas doli se gjatë saldimit prej çeliku inox saldimi ka shumë më pak forcë sesa vetë çeliku. Për të përmirësuar vetitë e shtresës, aditivë të ndryshëm filluan të futen në "çelik inox". Më e mira prej tyre doli të ishte niobium.
Shifra të nënvlerësuara
Nuk është rastësi që niobiumi konsiderohet një element i rrallë: me të vërtetë gjendet rrallë dhe në sasi të vogla, gjithmonë në formën e mineraleve dhe asnjëherë në gjendjen vendase. Një detaj interesant: në libra të ndryshëm referencë Clarke (përmbajtja në kores së tokës) niobiumi është i ndryshëm. Kjo shpjegohet kryesisht me faktin se vitet e fundit në vendet afrikane janë gjetur depozita të reja të mineraleve që përmbajnë niobium. The Chemist's Handbook, vol. 1 (M., Chemistry, 1963) jep shifrat e mëposhtme: 3.2 10 –5% (1939), 1 10 –3% (1949) dhe 2, 4·10 –3% (1954). Por shifrat e fundit janë gjithashtu të nënvlerësuara: depozitat afrikane të zbuluara vitet e fundit nuk përfshihen këtu. Megjithatë, vlerësohet se rreth 1.5 milion ton niobium metalik mund të shkrihet nga mineralet e depozitave tashmë të njohura.
Formula e vërtetë, empirike ose bruto: Nb
Pesha molekulare: 92.906
Niobium- një element i nëngrupit dytësor të grupit të pestë të periudhës së pestë të sistemit periodik të elementeve kimike të D.I Mendeleev, numri atomik - 41. Shënohet me simbolin Nb (lat. Niobium). Substanca e thjeshtë niobium (numri CAS: 7440-03-1) është një metal me shkëlqim me ngjyrë argjendi-gri me një rrjetë kristalore me qendër trupin kub të tipit α-Fe, a = 0,3294. Për niobiumin, janë të njohur izotopet me numra masiv nga 81 në 113.
Histori
Niobiumi u zbulua në 1801 nga shkencëtari anglez Charles Hatchet në një mineral të dërguar në 1734 në Muzeun Britanik nga Massachusetts nga John Winthrop (nipi i John Winthrop Jr.). Minerali u quajt kolumbite, dhe element kimik mori emrin "Colombium" (Cb) për nder të vendit nga i cili u mor kampioni - Kolumbia (në atë kohë një sinonim për Shtetet e Bashkuara).
Në 1802, A. G. Ekeberg zbuloi tantalin, i cili përputhej në pothuajse të gjitha vetitë kimike me niobin, dhe për këtë arsye për një kohë të gjatë mendohej se ishin i njëjti element. Vetëm në vitin 1844 kimisti gjerman Heinrich Rose vendosi se ai ishte një element i ndryshëm nga tantali dhe e quajti atë "niobium" për nder të vajzës së Tantalus Niobe, duke theksuar kështu ngjashmëritë midis elementeve. Megjithatë, në disa vende (SHBA, Angli) emri origjinal i elementit, kolumbium, u ruajt për një kohë të gjatë, dhe vetëm në vitin 1950, me një vendim të Unionit Ndërkombëtar të Kimisë së Pastër dhe të Aplikuar (IUPAC), elementi u më në fund iu dha emri niobium.
Niobiumi i pastër u përftua për herë të parë në fund të shekullit të 19-të nga kimisti francez Henri Moissan me mjete elektrotermale, duke reduktuar oksidin e niobiumit me karbon në një furre elektrike.
Të qenit në natyrë
Niobium Clarke - 18 g/t. Përmbajtja e niobiumit rritet nga ultramafiku (0,2 g/t Nb) në shkëmbinjtë felsikë (24 g/t Nb). Niobiumi shoqërohet gjithmonë me tantal. Vetitë e ngjashme kimike të niobiumit dhe tantalit përcaktojnë shfaqjen e tyre të përbashkët në të njëjtat minerale dhe pjesëmarrjen në proceset e zakonshme gjeologjike. Niobium mund të zëvendësojë titanin në një numër mineralesh që përmbajnë titan (sfene, ortite, perovskite, biotite). Forma e shfaqjes së niobiumit në natyrë mund të jetë e ndryshme: e shpërndarë (në mineralet shkëmbore dhe ndihmëse të shkëmbinjve magmatikë) dhe minerale. Në total, njihen më shumë se 100 minerale që përmbajnë niobium. Nga këto, vetëm disa janë me rëndësi industriale: kolumbit-tantalit ( , )(Nb, Ta) 2 O 6, piroklor ( , Ca, TR, U) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (OH, F ) (Nb 2 O 5 0 - 63%), loparit (, Ca, Ce) (Ti, Nb)O 3 ((Nb, Ta) 2 O 5 8 - 10%), euksenit, torolit, ilmenorutil, si dhe nganjëherë përdoren minerale që përmbajnë niobium si papastërti (ilmenite, kasitrit, volframit). Në shkëmbinjtë alkaline - ultramafik, niobiumi shpërndahet në minerale të tipit perovskite dhe në eudialit. Në proceset ekzogjene, mineralet e niobiumit dhe tantalit, duke qenë të qëndrueshme, mund të grumbullohen në vendosëset deluviale-aluviale (plasërat kolumbite), ndonjëherë në boksitet e kores së motit. Përqendrimi i niobiumit në ujin e detit është 1·10−5 mg/l.
Vendi i lindjes
Depozitat e niobiumit ndodhen në SHBA, Japoni, Rusi (gadishulli Kola), Brazil dhe Kanada.
| Nje vend | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Australia | 160 | 230 | 290 | 230 | 200 | 200 | 200 | - | - | - | - | - |
| Brazili | 30 000 | 22 000 | 26 000 | 29 000 | 29 900 | 35 000 | 40 000 | 57 300 | 58 000 | 58 000 | 58 000 | 58 000 |
| Kanadaja | 2290 | 3200 | 3410 | 3280 | 3400 | 3310 | 4167 | 3020 | 4380 | 4330 | 4420 | 4400 |
| Republika Demokratike e Kongos | - | 50 | 50 | 13 | 52 | 25 | - | - | - | - | - | - |
| Mozambik | - | - | 5 | 34 | 130 | 34 | 29 | - | - | - | - | - |
| Nigeria | 35 | 30 | 30 | 190 | 170 | 40 | 35 | - | - | - | - | - |
| Ruanda | 28 | 120 | 76 | 22 | 63 | 63 | 80 | - | - | - | - | - |
| Gjithsej në botë | 32 600 | 25 600 | 29 900 | 32 800 | 34 000 | 38 700 | 44 500 | 60 400 | 62 900 | 62 900 | 62 900 | 63 000 |
Faturë
Xherorët e niobiumit janë zakonisht komplekse dhe të varfra nga metali. Koncentratet e xeheve përmbajnë Nb 2 O 5: piroklor - të paktën 37%, loparit - 8%, kolumbit - 30-60%. Shumica e tyre përpunohen me reduktim alumini ose silikotermal në ferroniobium (40-60% Nb) dhe ferrotantaloniobium. Niobiumi metalik përftohet nga koncentratet xeherore duke përdorur teknologji komplekse në tre faza:
- hapja e koncentratit,
- ndarja e niobiumit dhe tantalit dhe marrja e komponimeve të tyre kimike të pastra,
- rikuperimi dhe rafinimi i niobiumit metalik dhe lidhjeve të tij.
Izotopet
Niobiumi natyror përbëhet nga një izotop i vetëm i qëndrueshëm - 93 Nb. Të gjithë izotopët e tjerë të niobiumit të përftuar artificialisht me numër masiv nga 81 në 113 janë radioaktivë (gjithsej 32 prej tyre janë të njohur). Izotopi më jetëgjatë është 92 Nb me një gjysmë jetëgjatësi prej 34.7 milionë vjetësh. Njihen gjithashtu 25 gjendje metastabile të bërthamave të izotopeve të ndryshme të tij.
Vetitë kimike
Kimikisht, niobiumi është mjaft i qëndrueshëm, por është inferior në këtë drejtim ndaj tantalit. Praktikisht nuk ndikohet nga hidroklorik, ortofosforik, sulfurik i holluar dhe azoti. Metali tretet në acidin hidrofluorik HF, një përzierje e HF dhe HNO 3, në solucione të përqendruara të acidit kaustik dhe gjithashtu në acid sulfurik të koncentruar kur nxehet mbi 150 °C. Kur kalcinohet në ajër, oksidohet në Nb 2 O 5 . Rreth 10 modifikime kristal janë përshkruar për këtë oksid. Në presion normal, forma β e Nb 2 O 5 është e qëndrueshme.
- Kur Nb 2 O 5 lidhet me okside të ndryshme, fitohen niobate: Ti 2 Nb 10 O 29, FeNb 49 O 124. Niobatet mund të konsiderohen si kripëra të acideve niobike hipotetike. Ato ndahen në metaniobate MNbO 3, orthoniobate M 3 NbO 4 , pironiobate M 4 Nb 2 O 7 ose poliniobate M 2 O nNb 2 O 5 (M është një kation me ngarkesë të vetme, n = 2-12). Janë të njohura niobatet e kationeve me ngarkesë të dyfishtë dhe trefishtë.
- Niobatet reagojnë me HF, shkrirjen e hidrofluorideve të metaleve alkali (KHF 2) dhe amonit. Hidrolizohen disa niobate me raport të lartë M 2 O/Nb 2 O 5: 6Na 3 NbO 4 + 5H 2 O = Na 8 Nb 6 O 19 + 10NaOH.
- Niobiumi formon NbO 2 , NbO , një seri oksidesh të ndërmjetme midis NbO 2 , 42 dhe NbO 2 , 50 dhe të ngjashme në strukturë me formën β të Nb 2 O 5 .
- Me halogjenet, niobiumi formon pentahalide NbHa 15, tetrahalide NbHa 14 dhe fazat NbHa 12, 67 - NbHa 13 +x, në të cilat ka grupe Nb 3 ose Nb 2. Pentahalidet e niobiumit hidrolizohen lehtësisht nga uji.
- Në prani të avullit të ujit dhe oksigjenit, NbC 15 dhe NbBr 5 formojnë oksihalide NbOC 13 dhe NbOBr 3 - substanca të lirshme të ngjashme me leshin e pambukut.
- Kur niobiumi dhe grafiti ndërveprojnë, formohen karbitet Nb 2 C dhe NbC, komponime të ngurta rezistente ndaj nxehtësisë. Në sistemin Nb - N ekzistojnë disa faza të përbërjes së ndryshueshme dhe nitrideve Nb 2 N dhe NbN. Niobium sillet në mënyrë të ngjashme në sistemet me fosfor dhe arsenik. Kur niobium ndërvepron me squfurin, fitohen sulfidet e mëposhtme: NbS, NbS 2 dhe NbS 3. Janë sintetizuar fluoride të dyfishta Nb dhe kalium (natrium) - K 2.
- Ende nuk ka qenë e mundur të izolohet niobium elektrokimik nga tretësirat ujore. Prodhimi elektrokimik i lidhjeve që përmbajnë niobium është i mundur. Niobiumi metalik mund të izolohet me elektrolizë të shkrirjeve të kripës anhidër.
Aplikacion
Përdorimi dhe prodhimi i niobiumit po rritet me shpejtësi, gjë që është për shkak të një kombinimi të vetive të tilla si refraktariteti, një seksion kryq i vogël për kapjen termike të neutronit, aftësia për të formuar aliazhe rezistente ndaj nxehtësisë, superpërcjellëse dhe lidhje të tjera, rezistencë ndaj korrozionit, vetive marrës, funksion i ulët i punës me elektron, punueshmëri e mirë nën presion të ftohtë dhe saldim. Fushat kryesore të aplikimit të niobiumit janë: raketa, aviacioni dhe teknologjia hapësinore, radio-inxhinieria, elektronika, inxhinieria kimike, energjia bërthamore.
Aplikimet e niobiumit metalik
- Pjesët e avionit janë bërë nga niobium i pastër ose lidhjet e tij; veshje për elementët e karburantit të uraniumit dhe plutoniumit; kontejnerë dhe tuba për metale të lëngëta; pjesë të kondensatorëve elektrolitikë; Pajisje "të nxehta" për llambat elektronike (për instalimet e radarëve) dhe llambat e fuqishme të gjeneratorëve (anoda, katoda, rrjeta, etj.); pajisje rezistente ndaj korrozionit në industrinë kimike.
- Metalet e tjera me ngjyra, përfshirë uraniumin, janë të lidhur me niobium. Për shembull, alumini, nëse i shtohet vetëm 0,05% niobium, nuk reagon fare me alkalet, megjithëse në kushte normale tretet në to. Një aliazh niobiumi me 20% bakër ka përçueshmëri të lartë elektrike dhe është dy herë më i fortë dhe më i qëndrueshëm se bakri i pastër.
- Niobiumi përdoret në kriotronet - elementë superpërçues kompjuterët. Niobiumi është i njohur gjithashtu për përdorimin e tij në strukturat përshpejtuese të Përplasësit të Madh të Hadronit.
- Niobium dhe tantal përdoren për të prodhuar kondensatorë elektrolitikë me kapacitet të lartë specifik. Tantali lejon prodhimin e kondensatorëve me cilësi më të lartë se niobiumi metalik. Sidoqoftë, kondensatorët e bazuar në oksidin e niobiumit janë më të besueshëm dhe rezistent ndaj zjarrit.
Përbërjet ndërmetalike dhe lidhjet e niobiumit
- Stanidi Nb 3 Sn (stannidi i triniobit, i njohur gjithashtu si aliazh niobium-kallaj), germanidi Nb 3 Ge (triniobiumi i germanit), nitridi NbN dhe lidhjet e niobiumit me titan (niobium-titan) dhe zirkon përdoren për të bërë solenoidë superpërçues. Kështu, mbështjelljet e magneteve superpërçues të Përplasësit të Madh të Hadronit janë bërë nga 1200 tonë kabllo aliazh niobium-titanium.
- Niobiumi dhe lidhjet me tantal në shumë raste zëvendësojnë tantalin, i cili jep një efekt të madh ekonomik (niobiumi është më i lirë dhe pothuajse dy herë më i lehtë se tantali).
- Ferroniobiumi futet (deri në 0,6% niobium) në çeliqet inox krom-nikel për të parandaluar korrozionin e tyre ndërgranular (përfshirë atë që do të fillonte ndryshe pas saldimit të çelikut inox) dhe shkatërrimin, dhe në llojet e tjera të çelikut për të përmirësuar vetitë e tyre.
- Niobium përdoret në prerjen e monedhave të koleksionit. Kështu, Banka e Letonisë pretendon se niobium përdoret së bashku me argjendin në monedha koleksioni 1 lat.
Aplikimi i komponimeve të niobiumit
- Nb 2 O 5 - katalizator në industrinë kimike;
- në prodhimin e lëndëve zjarrduruese, qermeta, gota speciale, nitride, karabit, niobate.
- Karbidi i niobiumit (mp 3480 °C) i lidhur me karabit zirkonium dhe karabit uranium-235 është materiali më i rëndësishëm strukturor për shufrat e karburantit të motorëve reaktiv bërthamorë të fazës së ngurtë.
- Nitridi i niobiumit NbN përdoret për të prodhuar filma superpërçues të hollë dhe ultra të hollë me një temperaturë kritike prej 5 deri në 10 K me një tranzicion të ngushtë të rendit prej 0,1 K.
Materialet superpërcjellëse të gjeneratës së parë
- Një nga superpërçuesit e përdorur në mënyrë aktive (temperatura e tranzicionit superpërcjellës 9,25 K). Komponimet e niobiumit kanë një temperaturë tranzicioni superpërcjellës deri në 23,2 K (Nb 3 Ge).
- Superpërçuesit industrialë më të përdorur janë NbTi dhe Nb 3 Sn.
- Niobium përdoret gjithashtu në lidhjet magnetike.
- Përdoret si një aditiv aliazh.
- Nitridi i niobiumit përdoret për të prodhuar bolometra superpërçues.
- Rezistenca e jashtëzakonshme e niobiumit dhe lidhjeve të tij me tantalin në avujt e cezium-133 të mbinxehur e bën atë një nga më të preferuarat dhe më të lirat. Materiale Ndertimi për gjeneratorë termionikë me fuqi të lartë.
Roli biologjik
Aktualisht nuk ka asnjë informacion në lidhje me rolin biologjik të niobiumit.
Veprim fiziologjik
Pluhuri i metalit të niobiumit është i ndezshëm dhe irriton sytë dhe lëkurën. Disa komponime të niobiumit janë shumë toksike. MPC e niobiumit në ujë është 0.01 mg/l. Kur gëlltitet, shkakton acarim të organeve të brendshme dhe paralizë të mëvonshme të gjymtyrëve.
