Ниобий это: Ниобий | Plansee

alexxlab | 17.05.1980 | 0 | Разное

Содержание

свойства, применение и сплавы ниобия — Портал о ломе, отходах и экологии

Химические элементы ниобий и тантал неразрывно связаны между собой еще со времени открытия. Их взаимосвязь проявляется даже мифологически: название первого, происходит от имени Ниоба, которая в древнегреческой мифологии была дочерью царя Тантала. Генрих Розе приложил свою «легкую руку» к тому, чтобы наименование Nb крепко закрепилось в научных кругах и таблице Менделеева. Исследования немецкого химика в области изучения свойств минерала колумбита позволили выделить окислы двух металлов (1844 год). Первый относился к уже известному тогда танталу, второй оказался оксидом нового элемента – ниобия.

Что на сегодня известно о Nb

Ниобий – химический элемент, занимает место в V группе таблицы Менделеева, атомный номер – 41, атомная масса 92,9. Как и многие металлы, он характеризуется серо-стальным блеском. Формула элемента электронно выглядит как 4d45sl, графическая интерпретация оболочек ниобия следующая: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 1

.

Тугоплавкость считается самым важным физическим свойством металла, именно благодаря ей ниобий стал востребованным во многих областях промышленности. Плавится и кипит при температурах 2468 и 4927 0С, соответственно. Плотность вещества при комнатных условиях оценивается как 8.57 грамм в кубическом сантиметре. Металл обладает парамагнитностью. Имеет ОЦК кристаллическую решетку с радиусом 3.294 ангстрем.

Слитки ниобия

Химические свойства ниобия и танталу также достаточно близки. Металлы отличаются высокой устойчивостью к воздействию отрицательных температур и большинства агрессивных сред. Например, заметное окисление Nb на воздухе наблюдается только при нагреве вещества свыше 200 0С. Список кислот, не воздействующих на ниобий, достаточно широк и включает:

Также металл устойчив к водным растворам аммиака. Уникальное свойство элемента образовывать диэлектрическую оксидную пленку в составе кислых электролитов нашло применение в изготовлении миниатюрных высокоемкостных конденсаторов, где элемент заменяет более дорогостоящий тантал.

Видео – Ниобий, химические и физические свойства:

к содержанию ↑

Производство ниобия

Несмотря на то, что запасы Nb-содержащих руд превосходят аналоги для тантала, первые характеризуются очень скудным содержанием элемента. Как правило, концентраты содержат пятиокись ниобия – Nb2O5, процентное вхождение которое определяется типом руды:

  • пирохлоровая – до 37%;
  • лопаритовая – 8%;
  • колумбитовая – от 30 до 60%.

Обычно, руда ниобия проходит цикл термического восстановления с участием алюминия или кремния. Результат процесса – соединения феррониобий и ферротанталониобий. Металлический ниобий добывают из аналогичного сырья, но сама технология более сложная и состоит из трех стадий:

  1. Добыча руды, его содержащей, переработка до состояния концентратов их вскрытие.
  2. Получение химических соединений Nb и Та с привлечением методов порошковой металлургии.
  3. Рафинирование позволяет получать металлический ниобий высокой пробы.

Так выглядит феррониобий

На сегодня, наиболее развиты такие методики получения Nb, как алюмино-, натрие- и карботермическая. Различными оказываются и прекурсоры для высокотемпературного восстановления ниобия. При натриетермическом способе – это K2NbF7, тогда как в алюминотермической методике используется пятиокись ниобия. Карботермическая технология подразумевает смешивание оксида Nb с сажей в высокотемпературной водородной среде, чтобы получить карбид ниобия. На следующем этапе, водородная среда заменяется вакуумом, и при тех же температурах, смешав карбид ниобия с его оксидом, получают сам металл.

Фольга из ниобия

Бестигельная электроннолучевая зонная плавка дает возможность вести производство монокристаллов Nb. Методами порошковой металлургии, пользуются для получения сначала сплавов, а после и чистого металла ниобий. Поэтому ничего удивительного, что «куплю ниобий» – частое содержание объявлений, публикуемых на страницах интернета. Ведь в таких ситуациях, вполне можно использовать вторичное сырье, а не руду или концентрат из нее.

Среди форм выпускаемого металла распространен ниобий в слитках. Они предназначены на изготовление сплавов на базе металла и прочих полуфабрикатов. Альтернативно выпускается штабик ниобия, классифицируемый соответственно чистоте химического состава. Наименьшее содержание примесей соответствует марке НБШ-00. Штабик ниобия НБШ-0 отличается повышенным вхождением железа, кремния тантала и титана. Наиболее легированная марка штабика ниобия – НБШ-1.

Альтернативная форма выпуска – прокат ниобия. В частности, большинство организаций предпочитает покупать листовой металл, пруток, проволоку. Еще одна разновидность проката ниобий фольга.

к содержанию ↑

Магнитные и другие сплавы с Nb

Сплавы ниобия

Феррониобий представляет собой соединение, базовый состав которого определяют элементы: железо с одной стороны, а также смесь ниобия с танталом – с другой. Источником для соединения выступает техническая пятиокись ниобия из которой вещество производят электропечным алюминотермическим способом. Суммарное содержание Nb и Ta в сплаве составляет 40 – 65% и зависит от конкретной марки феррониобия, детальная информация по которым сведена в ГОСТ 16773-2003. Остальные составляющие соединения:

Наибольшим содержанием, кроме ниобия с танталом, в сплаве представлены Si и Al. При этом, феррониобий с минимальным процентным вхождением Nb и Ta, характеризуется высоким вхождением кремния до 20%. Напротив, в сплаве с максимальным содержанием ниобия и тантала, среди легирующих добавок преобладает алюминий.

В интернете много объявления о продаже и покупке феррониобия

Свое применение феррониобий нашел сталеплавильной – производство конструкционной стали и литейной отраслях индустрии, а также в изготовлении электронных покрытий. Основной производитель соединения Вишневогорский металлургический завод «Северный ниобий». Предприятие расположено в Челябинской области, вблизи одноименного населенного пункта. В сферу деятельности ООО «Северный ниобий» также входит изготовление ферросплавов других металлов, включая молибден, вольфрам и титан.

Альтернативой соединения феррониобий, оказывается деформируемый сплав 5ВМЦ, где легирующими металлами выступают: цирконий, молибден и вольфрам. Применение 5ВМЦ, в основном, ограничено изготовлением полуфабрикатов.

к содержанию ↑

Наибольшее распространение среди этого вида соединений получила пятиокись ниобия. Это неорганическое вещество представлено белым кристаллическим порошком, обладающим кремовым оттенком и нерастворимым в воде, большинстве кислот. Пентаоксид ниобия характеризуется химической формулой Nb2O5 и подразделяется на три марки, в зависимости от чистоты: 99 – 97% исходного вещества.

Основные свойства пятиокиси ниобия:

  • аморфные способности;
  • повышенная прочность;
  • тугоплавкость – температура плавления 1490 0С;
  • окисляется при нагревании;
  • реагирует с хлором, восстанавливается водородом.

Пятиокись ниобия получают разнообразными методиками, среди которых присутствуют: сжигание Nb в кислороде и проколка различных форм ниобия:

  • нитрида на воздухе;
  • более низкого оксида;

Основная сфера использования пятиокиси ниобия – производство высоколегированных марок сталей, изготовление сплавов.

к содержанию ↑

Изделия из ниобия

Ассортимент продукции, как и формы выпускаемого металла достаточно разнообразны. Популярность элемента ниобий применение и производство его, обусловлены следующими свойствами элемента:

  • тугоплавкость;
  • устойчивость к разным видам коррозии;
  • малая эффективность от столкновения с нейтронами;
  • образование сплавов с жаропрочными и сверхпроводящими качествами;
  • легкость сваривания;
  • сохранение работоспособности при отрицательных температурах;
  • геттерные свойства.

Аноды из ниобия

Среди отраслей, эксплуатирующих металл, следует выделить технику для авиации и космонавтики, где на базе Nb выпускают детали самолетов, ракет. Дополнительно, ниобий востребован радиотехникой, где из него изготавливают сдлелующее:

  • детали электрических конденсаторов;
  • элементы радарных установок;
  • аноды из фольги, катоды, сетки для работы внутри мощных генераторных ламп.

Чтобы изготовить оболочки для урановых и плутониевых тепловыделяющих элементов, в атомной энергетике также применяют ниобий и его сплавы. Из соединения изготавливают контейнеры, трубы для транспортировки жидких металлов.

Альтернативная сфера, где цена продукции определяется не только содержанием элемента – монеты из ниобия и тантала. Так металл используют Австрийский монетный двор и Национальный банк Латвии, где активно развита чеканка ниобиевых монет в сочетании с серебром. Уже выпущено шесть разновидностей, общий вид которых: сердцевина – ниобий различных цветов и внешнее кольцо – серебро 900-й пробы.

к содержанию ↑

Видео – рассказ о ниобии:

свойства, получение, оксиды, соединения, применение металла

Существует довольно большое количество элементов, которые при соединении с другими веществами образуют сплавы с особыми эксплуатационными качествами. Примером можно назвать ниобий – элемент, который получил сначала название «колумбий» (по названию реки, где он впервые найден), но после был переименован. Ниобий – металл с довольно необычными свойствами, о которых далее поговорим подробнее.

Ниобий

Получение элемента

При рассмотрении свойств ниобия следует отметить, что содержание этого металла на тонну породы относительно невелико, составляет примерно 18 грамм. Именно поэтому после его открытия было предпринято довольно много попыток получения металла искусственным путем. За счет близкого химического состава это вещество достаточно часто добывается вместе с танталом.

Месторождения ниобия расположены практически по всему миру. Примером назовем рудники в Конго, Руанде, Бразилии и в многих других странах. Однако этот элемент нельзя назвать распространенным, во многих регионах он практически не встречается даже в малой концентрации.

Химический элемент ниобий

Относительно небольшая концентрация вещества в земной породе усугубляется сложностями, возникающими при его получении из концентрата. Стоит учитывать, что ниобий НБШ получить можно только из породы, которая насыщена танталом. Особенностями производственного процесса назовем нижеприведенные моменты:

  1. Для начала на завод поставляется концентрированная руда, которая проходит несколько этапов очистки. При производстве ниобия проводится разделение получаемой руды на чистые элементы, среди которых и тантал.
  2. Завершающий процесс переработки заключается в рафинировании металла.

Несмотря на возникающие сложности при добыче и переработке рассматриваемой руды, с каждым годом объем производства рассматриваемого сплава существенно возрастает. Это связано с тем, что металл обладает исключительными эксплуатационными качествами и получил большое распространение в самых различных отраслях промышленности.

Оксиды ниобия

Рассматриваемый химический элемент может стать основой различных соединений. Самым распространенным можно назвать пятиокись ниобия. Среди особенностей данного соединения можно отметить нижеприведенные моменты:

  1. Оксид ниобия представлен белым кристаллическим порошком, который имеет кремовый оттенок.
  2. Вещество не растворяется в воде.
  3. Получаемое вещество сохраняет свою структуру при смешивании с большинства кислотами.

Ниобиевый штабик

К особенностям пентаоксида ниобия также можно отнести следующие свойства:

  1. Повышенная прочность.
  2. Высокая тугоплавкость. Вещество способно выдерживать температуру до 1490 градусов Цельсия.
  3. При нагреве поверхность окисляется.
  4. Реагирует на воздействие хлора, может восстанавливаться водородом.

Гидроксид ниобия в большинстве случаев применяется для получения высоколегированных марок стали, которые обладают довольно привлекательными эксплуатационными качествами.

Физические и химические свойства

Ниобий имеет химические свойства схожие с химическими свойствами тантала. Рассматривая основные характеристики ниобия, нужно уделить внимание нижеприведенным моментам:

  1. Устойчивость к воздействию различных видов коррозии. Сплавы, получаемые при внедрении данного элемента в состав, обладают высокими коррозионностойкими качествами.
  2. Рассматриваемый химический элемент демонстрирует высокий показатель температуры плавления. Как показывает практика, у большинства сплавов температура плавления более 1 400 градусов Цельсия. это усложняет процесс обработки, но делает металлы незаменимы в различных сферах деятельности.
  3. Основные физические свойства также характеризуются легкостью сваривания получаемых сплавов.
  4. При отрицательных температурах структура элемента остается практически неизменной, что позволяет сохранить эксплуатационные свойства металла.
  5. Особое строение атома ниобия определяет сверхпроводящие качества материала.
  6. Атомная масса составляет 92,9, валентность зависит от особенностей состава.

Ниобий НБШ

Основным достоинством вещества считается именно тугоплавкость. Именно поэтому он стал применяться в самых различных отраслях промышленности. Плавление вещества проходит при температуре около 2 500 градусов Цельсия. Некоторые сплавы и вовсе плавятся при рекордной температуре 4 500 градусов Цельсия. Плотность вещества достаточно высокая, составляет 8,57 грамма на кубический сантиметр. Стоит учитывать, что металл характеризуется парамагнитностью.

На кристаллическую решетку не оказывают воздействия следующие кислоты:

  1. серная;
  2. соляная;
  3. фосфорная;
  4. хлорная.

Не оказывает воздействие на металл и водные растворы хлора. При определенном воздействии на металл на его поверхности образуется диэлектрическая оксидная пленка. Именно поэтому металл стал использоваться при производстве миниатюрных высокоемкостных конденсаторов, которые также изготавливаются из более дорогостоящего тантала.

Применение ниобия

Изготавливаются самые различные изделия из ниобия, большая часть которых связана с выпуском авиационной техники. Примером можно назвать применение ниобия в изготовлении деталей, которые устанавливаются при сборе ракет или самолетов. Кроме этого, можно выделить следующее применение данного элемента:

  1. Производство элементов, из которых изготавливают радарные установки.
  2. Как ранее было отмечено, для получения более дешевых емкостных электрических конденсаторов может применяться рассматриваемый сплав.
  3. Катоды, аноды из фольги тоже изготавливают при применении рассматриваемого элемента, что связано с высокой жаропрочностью.
  4. Часто можно встретить конструкции мощных генераторных ламп, которые имеют внутри сетку. Для того чтобы эта сетка выдержала воздействие высокой температуры ее изготавливают из рассматриваемого сплава.

Ниобиевые втулки

Высокие физические и химические качества определяют применение ниобия при производстве труб для транспортировки жидких металлов. Кроме этого, сплавы применяются для получения контейнеров самого различного предназначения.

Сплавы с ниобием

Рассматривая подобные сплавы следует учитывать, что часто этот элемент применяется для производства феррониобия. Этот материал получил широкое применение в литейных отраслях индустрии, а также при изготовлении электронных покрытий. В состав входит:

  1. железо;
  2. ниобий с танталом;
  3. кремний;
  4. алюминий;
  5. углерод;
  6. сера;
  7. фосфор;
  8. титан.

Концентрация основных элементов может варьироваться в достаточно большом диапазоне, от чего и зависят эксплуатационные качества материала.

Альтернативным сплавов феррониобия можно назвать ниобий 5ВМЦ. При его получении в качестве легирующих элементов используется вольфрам, цирконий и молибден. В большинстве случаев этот спав используется для производства полуфабрикатов.

В заключение отметим, что ниобий в некоторых странах применяется при производстве монет. Это связано с достаточно высокой стоимостью материала. При массовом выпуске сплавов, которые в качестве основного элемента имеют в составе ниобий, создаются своеобразные слитки.

Ниобий и его характеристики

Общая характеристика ниобия

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 – 2500oС.

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

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 93Nb. 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 92Nb с периодом полураспада равным 34,7 млн. лет.

Ионы ниобия

На внешнем энергетическом уровне атома ниобия имеется пять электронов, которые являются валентными:

1s22s22p6

3s23p63d104s24p64d35s2.

В результате химического взаимодействия ниобий отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Nb0 -1e → Nb+;

Nb0 -2e → Nb2+;

Nb0 -3e → Nb3+;

Nb0 -4e → Nb4+;

Nb0 -5e → Nb5+.

Молекула и атом ниобия

В свободном состоянии ниобий существует в виде одноатомных молекул Nb. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу ниобия:

Энергия ионизации атома, эВ

6,88

Относительная электроотрицательность

1,6

Радиус атома, нм

0,146

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

Ниобий в волосах

Определение концентрации в волосах металла ниобия, используемое для диагностики интоксикации им.

Синонимы английские

Niobium.

Метод исследования

Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой.

Единицы измерения

Мкг/г (микрограмм на грамм).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Волосы.

Как правильно подготовиться к исследованию?

Подготовки не требуется.

Общая информация об исследовании

Многие неорганические ионы могут быть определены в организме человека. Некоторые из них являются абсолютно необходимыми для нормального метаболизма элементами, как, например, натрий, калий, цинк, селен и йод. Другие (ртуть, кадмий, свинец) не выполняют никаких функций и даже, наоборот, оказывают токсическое воздействие при накоплении в высокой концентрации. Для диагностики острой или хронической интоксикации организма используют анализ на наличие того или иного металла (микроэлемента).

Токсичность неорганических ионов зависит от многих факторов, в том числе возраста, пола, физиологического состояния организма, наличия сопутствующих заболеваний, а также пути поступления в организм и дозы. Основными источниками тяжелых металлов и микроэлементов являются пищевые продукты и вода, вдыхаемый воздух, а также в некоторых случаях лекарственные препараты.

Наиболее часто случаи отравления тяжелыми металлами и микроэлементами регистрируются на производстве. Одним из наиболее ярких проявлений токсического воздействия соединений металлов на организм является так называемая металлическая лихорадка. Это гриппоподобное состояние возникает в результате острого воздействия паров оксидов тяжелых металлов на верхние дыхательные пути и наиболее часто наблюдается среди рабочих, занятых на добыче и переработке металлов. Самой частой причиной “металлической лихорадки” является отравление оксидами цинка, магния, кобальта и меди.

Несмотря на то что клиническая картина отравления тяжелыми металлами и микроэлементами несколько отличается в зависимости от природы и химической структуры металла, определить элемент, вызвавший заболевания, на основании только лишь клинических признаков не представляется возможным.

Ниобий – микроэлемент, металл, входит в состав многих жаропрочных и коррозионностойких сплавов. Сплавы ниобия применяются в производстве газовых турбин, реактивных двигателей, ракет. Он входит в некоторые нержавеющие стали – улучшает их механические свойства и сопротивляемость коррозии. Его сплавы используют в области ракетных технологий, в производстве сверхзвуковых самолетов, оборудования для межпланетных полетов и спутников. Карбиды ниобия в высокой степени отличаются твердостью и применяются в металлообрабатывающей промышленности для изготовления режущих инструментов. При контакте с кожей ниобий не способен выделять отдельные компоненты и поэтому не является аллергеном. Часто используется в имплантатах, так как риск его отторжения минимален. Из него делают украшения для пирсинга. Первые места по добыче ниобия занимают Россия, Нигерия, Бразилия, Австралия, Канада. Также ниобий обнаруживается в организме человека – в печени, костях, крови и мышцах. В процессе добычи и обработки ниобиевой руды рабочие могут подвергаться опасности из-за воздействия дыма и испарений, которые содержат частицы металла. Профессиональных отравлений ниобием не отмечается, но фиксируется высокая заболеваемость верхних дыхательных путей у рабочих, использующих комплексные соединения ниобия.

Для диагностики хронического отравления токсическими металлами оптимальной биологической средой является моча. Для диагностики острого отравления тяжелыми металлами предпочтительно использовать кровь. Результаты исследования волос и ногтей менее надежны, чем исследование крови и мочи. Это связано с тем, что придатки кожи способны накапливать металлы из внешней среды, поэтому концентрация металлов в волосах или ногтях не всегда отражает их концентрацию в организме.

При интерпретации результата исследования следует учитывать некоторые особенности метаболизма токсических металлов в организме. Признаки интоксикации могут наблюдаться и при нормальных (референсных) значениях концентрации.

Для чего используется исследование?

  • Для диагностики интоксикации пациентов с особенностями профессионального и бытового анамнеза.

Когда назначается исследование?

  • При обследовании пациентов, занятых на добыче и переработке тяжелых металлов.

Что означают результаты?

Референсные значения: 0 – 0.05 мкг/г.

Причины повышения уровня ниобия:

  • интоксикация.

Также рекомендуется

[06-231] Токсические микроэлементы (Cd, Hg, Pb)

[06-232] Токсические микроэлементы и тяжелые металлы (Hg, Cd, As, Li, Pb, Al)

[06-233] Основные эссенциальные (жизненно необходимые) и токсичные микроэлементы (13 показателей)

[06-234] Комплексный анализ на наличие тяжёлых металлов и микроэлементов (23 показателя)

[06-109] Жирорастворимые витамины (A, D, E, K)

[06-188] Водорастворимые витамины (B1, B5, B6, С)

[06-222] Комплексный анализ крови на ненасыщенные жирные кислоты семейства Омега-3 и Омега-6 

[40-422] Комплексная оценка оксидативного стресса (7 параметров) 

Кто назначает исследование?

Врач общей практики, профпатолог.

Литература

  • Ford et al. Clinical Toxicology/ M. D. Ford, K. A. Delaney, L. J. Ling, T. Erickson; 1st ed. – W.B. Saunders Company, 2001.
  • Klaassen et al. Casarett and Doull’s Essentials of Toxicology/ C. D. Klaassen, J.B. Watkins III. 1st ed. – MCGraw-Hill, 2004.
  • Fauci et al. Harrison’s Principles of Internal Medicine/A. Fauci, D.  Kasper, D. Longo, E. Braunwald, S. Hauser, J. L. Jameson, J. Loscalzo; 17 ed. – The McGraw-Hill Companies, 2008.
  • Chernecky C. C. Laboratory Tests and Diagnostic Procedures / С.С. Chernecky, В.J. Berger; 5th ed. – Saunder Elsevier, 2008.

Сплавы ниобия | МеталлКомплект

Сплавы ниобия

На данный момент имеется в наличии по выгодной цене:

№ Продукция Марка ГОСТ, ТУ

1 Сплавы ниобиевые Nb-Zr-C ТУ 05-27-69

2 Сплавы ниобиевые дефрмируемые ВН-1, ВН-2,ВН-2АЭ ОСТ1.900023-71

3 Сплавы деформируемые на основе ниобия НбЦ, НбЦУ, Нб5В2ЦУ… Нб5ВМЦ, Нб5В2МЦ, Нб10В2МЦ, Нб10В2МЦУ ГОСТ 26468-85

4 Сплав на основе ниобия марки НБУ НбЦУ ТУ 48-4-225-72

5 Сплавы деформируемые на основе ниобия. Слитки сплавов марок НБН и НБЦ НБН, НБЦ ТУ 48-4-423-80

6 Сверхпроводящие сплавы БТЦ-ВД ГОСТ 10994-74

7 Лигатура ниобий-алюминий ТУ 48-4-412-78

Как и любой другой металл, ниобий применяется не только в чистом виде, но и в качестве разнообразных сплавов, в которых он приобретает различные свойства. Технологически сплавы с тугоплавкими металлами долгое время не были возможны, но сейчас этот продукт высоких технологий служит человечеству в самых разнообразных сферах. Сплавы ниобия также унаследовали от него тугоплавкость и хорошую электрическую проводимость. Практически все ниобиевые сплавы имеют высокие показатели твердости, электропроводности и химической инертности к самым агрессивным средам.

В данный момент наиболее распространены следующие сплавы на основе ниобия:

  • Ниобий-титан. На его базе изготавливают самые мощные современные магниты. Например, они установлены в большом адронном коллайдере. Единственным недостатком этих магнитов является то, что они настолько сильно могут возбуждаться от собственного поля, что происходит колоссальный перегрев. Для их защиты используют системы с жидким гелием.
  • Тантал-ниобий. Это тугоплавкий и кислотостойкий сплав. Из него часто изготавливают трубы для передачи различных расплавов, температурой до 1500 градусов по Цельсию. Даже в таких условиях он демонстрирует химическую инертность.
  • Ниобий-цирконий. Всего 1% циркония в составе придаёт этому металлу гибкость и вязкость, благодаря чему он становится пригодным для изготовления тончайшей проволоки и фольги.
  • Вольфрам-ниобий. Это самый тугоплавкий сплав, который только возможен. При помощи этой связки вольфрам становится более ковким, а ниобий получает большую твердость. В области исследования этого сплава постоянно появляются новые процентные соотношения, большинство из которых засекречено и используется только для нужд обороны.
  • Лигатура ниобий-алюминий. Используется для повышения сопротивляемости сплавов атмосферной и температурной коррозии. Достоверно известно, что в присутствии этой лигатуры получают сплавы, из которых затем делают глушители гоночных авто.

Все эти сплавы и изделия из них можно приобрести в компании «МеталлКомплект» в любых количествах, в наличии и под заказ. Предприятие работает по полному циклу производства. Путь каждой детали начинается на руднике, а заканчивается в руках покупателя. Всё это время каждый этап, начиная от производства и заканчивая хранением, полностью контролируется. Это гарантирует отменное качество. Компания никогда и ни при каких условиях не работает с ломом металлов и не занимается вторичной переработкой.

Ниобий

Ниобий – тугоплавкий металл серебристого цвета. В 1801 году он был найден на реке Колумбия и получил название – колумбий.  В 50-тые девятнадцатого столетия ученые исследовали его свойства и присвоили новое имя – ниобий. В середине 90-ых годов был получен первый образ чистого металла. Содержание его в руде не превышает 30 процентов. Технология получения ниобия в чистом виде очень сложная и проходит за несколько этапов.

Это тугоплавкий метал, который хорошо образует жаропрочные и сверхпроводящие сплавы. Он очень пластичный и прекрасно  перерабатывается в холодном состоянии под давлением. Ниобий легко сваривается и имеет повышенную коррозийную стойкость. Температура его плавления около 2477 градусов цельсия, а плавится он при нагреве до температуры 4760 градусов Цельсия.

Сфера применения

  • Ниобий широко применяется в химической и космической промышленности, электронике, атомной энергетике. Повышенные прочностные качества и высокая температура плавления металла используются при производстве огнеупорных материалов, специальных стекол, карбидов. Стоимость ниобия в два раза меньше тантала, а свойства у них практически одинаковые. Поэтому в целях экономии часто ниобий включают в сплавы вместо более дорогого материала. При производстве газо- и нефтепроводов используются трубы из низколегированных сталей, в состав которых входит феррониобий.  Этим сплавом легируют стали, содержащие хром и никель, для улучшения их межкристаллической решетки.
  • Ниобий применяют при производстве оболочек реакторов на плутониевых и урановых установках, многих деталей в космической технике. Он используется в производстве труб и ёмкостей для расплавленных металлов, деталей электролитических конденсаторов, арматуру для мощных ламп, деталей с повышенной коррозионной стойкостью в химической промышленности.
  • Ниобий в чистом виде, в сплавах и деталях прекрасно изменяет основные характеристики сталей и других материалов, поэтому его часто используют в качестве присадок

Продажа ниобия

Чаще всего в продаже есть слитки из ниобия, а также феррониобий. Группа компаний «Новые Технологии» продает ниобий, цены на который у нас вполне конкурентоспособны. Контроль качества гарантирует, что содержание примесей в ниобии будет соответствовать допустимым значениям.

Модернизация старых типов производства и появление многих новых создали на рынке спрос на редкие металлы. В промышленности довольно широко используется ниобий – редкий металл серого цвета. В интернете и газетах можно встретить много объявлений типа «ниобий куплю» или же «продам ниобий». К сожалению, покупая ниобий у частных лиц или небольших предприятий, достаточно велик риск, что вам предложат либо другой, более дешевый металл, либо ниобий, загрязненный большим количеством примесей, что отрицательно отразится на качестве изделий из этого металла. В настоящее время технологии обеспечивают замену ниобием более дорогих материалов, таких как тантал. Ниобий в два раза легче и дешевле тантала, поэтому экономия средств очень существенна. Чистый ниобий практически не восприимчив к воздействию натрия, калия, лития, свинца, ртути и многих других материалов, а также их соединений. Большинство кислот также не входят в реакцию с ниобием, этот металл сопротивляется даже воздействию соляной и серной кислот, а также царской водки.

В середине прошлого века мировая добыча ниобия составляла не более 1300 тонн в год, что свидетельствовало о низком спросе на этот металл. Сейчас ситуация значительно изменилась. Ниобий можно отнести к основным компонентам сплавов, устойчивых к температурным колебаниям и коррозии. Часто этот материал используют в качестве присадки для стали, это повышает характеристики стальных сплавов. Ниобий хорошо обрабатывается давлением, особенно в холодном состоянии и почти не меняет механических свойств при высокой температуре. Примеси посторонних элементов увеличивают твердость этого металла и ухудшают его пластичность.

Учитывая свойства, которыми обладает ниобий, покупать его можно только у предприятий, способных обеспечить хорошее качество металла, полное соблюдение технологии по его получению, а также количество примесей, не превышающих допустимых значений. Компания «Новые Технологии» изготовляет и продает ниобий отличного качества по невысоким ценам. Высокое качество металла гарантируется производителем.

Катализатор из кремнезема и ниобия ускорил реакцию нефтехимии в 24 раза

Реакции алкилирования используют в нефтехимии для получения высокооктановых компонентов автомобильного бензина. Химик РУДН нашел способ ускорить аликлирование в 24 раза — для этого он создал катализатор на основе кремнезема и ниобия. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Catalysis.

Процесс алкилирования – это замещение атома водорода в органическом соединении на другие вещества, алкилирующие агенты. Его используют в химической и нефтехимической промышленности, например, для получения высокооктановых компонентов автомобильного бензина. Чтобы алкилирование проходило быстро и эффективно, нужны катализаторы — например, минеральные кислоты, и минералы цеолиты. Производство минеральных кислот дорогостоящее и небезопасное с точки зрения экологии. Цеолиты дешевы в производстве, но их микропористая структура накладывает ограничения на размер молекул, с которыми может происходить взаимодействие. Химик РУДН создал катализатор, который лишен этих недостатков и позволяет ускорить реакцию алкилирования. Для этого они использовали пористую форму кремнезема (SBA-15) и ниобий.

«Материалы SBA-15 актуальны в качестве каталитического носителя из-за высокой площади поверхности и размера пор. Мы решили оценить свойства нескольких катализаторов на основе SBA-15 и оксида ниобия, полученных механохимическим способом с разным содержанием металла», — Рафаэль Луке, PhD, руководитель научного центра «Молекулярный дизайн и синтез инновационных соединений для медицины» РУДН. Химики обратили внимание, что соединения ниобия проявляют окислительно-восстановительные и кислотные свойства, важные для роли катализатора, и решили использовать ниобий для реакций алкилирования. Для этого химики нанесли на минерал-«носитель» наночастицы оксида ниобия. Содержание металла в полученном материале варьировалось от 0,5 до 1%. Перед этим химики измельчили ниобий механохимическим способом — с помощью «мельницы» — до нескольких нанометров. Размер частиц металла контролировали с помощью просвечивающего электронного микроскопа, а с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии проследили, что частицы распределились по поверхности минерала равномерно. Чтобы оценить каталитические способности материала, химики провели реакцию алкилирования толуола бензиловым спиртом и бензилхлоридом. Бензиловый спирт и бензилхлорид выступали в качестве алкилирующих агентов. Химики установили, что включение частиц ниобия дает положительный эффект — время реакции сократилось с 4 часов до 10 минут. При этом катализатор с меньшим (0,5%) содержанием ниобия оказался более эффективным. Химики связывают это с применением механохимического метода — более высокое содержание ниобия увеличивало и размер итоговых частиц. А это снижало каталитическую активность материала. «Нам удалось разработать катализатор, существенно увеличивающий скорость реакции алкилирования и при этом свободный от ограничений, имеющихся у минеральных кислот и цеолитов» — Рафаэль Луке, PhD, руководитель научного центра «Молекулярный дизайн и синтез инновационных соединений для медицины» РУДН. Evaluation of acid properties of mechanochemically synthesized supported niobium oxide catalysts in the alkylation of toluene,

Тонкий ниобий | Химия природы

Майкл Тарселли размышляет об интригующих характеристиках довольно недооцененного элемента, ниобия, в его «отсутствующих» и существующих формах.

Жаль бедный ниобий – большую часть последних двух столетий он страдал от кризиса идентичности. Первооткрыватель Чарльз Хэтчетт назвал ниобий колумбием в 1801 году, но ниобий было чрезвычайно трудно отделить от тантала группы 5, поскольку они обладают очень похожими химическими свойствами.Прошло почти 50 запутанных лет, прежде чем Генрих Роуз «заново открыл» ниобий в минерале танталит в 1844 году. Он назвал его в честь богини Ниобе, чей отец, мифический король Тантал, является тезкой ее элементарного кузена. Однако название колумбий сохранялось рядом с ниобием до 1950-х годов. Позже было показано, что несколько других элементов, которые, как полагают, были выделены из танталита, являются либо ниобием, либо смесями ниобия и тантала. На самом деле, колумбий Хатчетта, вероятно, тоже был смесью Nb-Ta.

Большая часть ниобия, который, как считается, существует на Земле, – по сравнению с метеоритами – фактически «отсутствует»; геологи предполагают 1 , что он может содержаться в глубоких силикатных резервуарах в ядре планеты. Неравномерное распределение остатков в земной коре – в основном в Бразилии и Канаде – побудило энергичный поиск новых месторождений. Многие из них недавно были обнаружены в геополитически уязвимых районах, таких как юг Афганистана 2 и Демократическая Республика Конго.

Предоставлено: АВСТРИЙСКИЙ МЯТ, www.austrian-mint.at

. Несмотря на такой живой интерес, ниобию удается пролететь незаметно для своих целей. На практике – например, в качестве упрочнителя стали, улучшающей добавки или минеральной кислоты для металлоконструкций – он всегда играет второстепенную роль по сравнению с каким-либо другим переходным металлом. Тем не менее, элемент 41 наделяет многие материалы замечательными свойствами. Сплавы ниобий-цирконий 3 были включены в нетоксичные, неиммуногенные зубные амальгамы и костные имплантаты.Модифицированные бензиловым спиртом наночастицы ниобия могут инициировать полимеризацию с обратимым присоединением-фрагментацией цепи (ОПЦП) при облучении видимым светом, давая хорошо контролируемые цепи универсального полиметилметакрилата. Легированные оксиды ниобия, называемые «ниобатами», служат тонкопленочными конденсаторами для солнечных элементов и способствуют переработке биотоплива на цинковых подложках. Сплав олова или стронция, ниобий демонстрирует поведение, подобное сверхпроводнику, многообещающе для материалов для хранения энергии.Ваш мобильный телефон может содержать нитрид ниобия, сверхпроводник, используемый в некоторых крошечных пьезоэлектрических устройствах.

Обладая пятью электронами во внешней валентной оболочке, ниобий обладает богатой окислительно-восстановительной химией через степени окисления от -1 до +5. Эту оболочку можно оторвать, чтобы выявить сильно оксофильное ядро ​​[Kr], полезное в качестве агента переноса галогенидов, окислителя или даже для активации связей C – H. В недавних каталитических усилиях было показано, что комплекс Nb (III) активирует связи C – F фтораренов 4 – вероятно, через два комплекса ниобия, образующих «перевернутый сэндвич» вокруг бензольного кольца, скручивая его с η 6 в почти циклогексаноподобную геометрию, таким образом удаляя его ароматичность и облегчая расщепление C – F.

Спросите большинство химиков-органических химиков о реакциях, стимулируемых ниобием, и вы получите пустой взгляд – его органическая химия просто не была широко изучена. Но ниобий по-прежнему находит синтетическое применение в удивительных местах. Например, восстановление ниобия (V) до (III) может способствовать восстановительному связыванию 5 алкинов и различных электрофилов – так же, как у марганца, титана или никеля. При гетерогенном катализе наночастицы и глины ниобия служат твердыми носителями для окислительных превращений.Гомогенный катализ хлоридом ниобия (V) может снимать защиту с метиловых эфиров, выполнять циклизацию Фриделя – Крафтса и соединять многокомпонентные реакции. Недавнее исследование 6 основано на высокой окислительной природе ниобия (v) для обеззараживания боевых агентов: в сочетании с перекисью водорода ниобий-сапонитовые глины могут легко превратить имитаторы горчичного газа в нетоксичные продукты.

Ниобий также вдохновляет на прекрасное химическое мастерство. Памела Зурер с тоской описывает 7 , как преломляющие, мерцающие поверхности можно «набрать» на поверхности чистого металлического ниобия с помощью ванн для анодирования для создания тонких покрытий из оксида ниобия.Разная толщина слоя дает разные цвета. Эта технология используется как в искусстве, так и в торговле: в Австрии чеканили зеленые, розовые и фиолетовые коллекционные монеты евро (на фото).

Что ждет этот недооцененный металл в будущем? Без сомнения, его использование в накоплении энергии и органическом синтезе будет расти, но, пожалуй, наиболее интересной является его роль в создании новых неорганических структур – цеолитов, полукристаллов и частиц ядро-оболочка – для преобразования биомассы и сбора солнечной энергии.Спустя два столетия ниобий может, наконец, получить давно назревшее признание.

Ссылки

  1. 1

    Уэйд, Дж. И Вуд, Б. Дж. Nature 409 , 75–78 (2001).

    CAS Статья Google ученый

  2. 2

    Стоун, Р. Science 345 , 725–727 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  3. 3

    Мантрипагада, В.П., Лека-Черник Б., Эбрахейм Н. А. и Джаясурия А. С. J. Biomed. Матер. Res. А 11 , 3349–3364 (2013).

    Google ученый

  4. 4

    Gianetti, T. L., Bergman, R. G. & Arnold, J. Chem. Sci. 5 , 2517–2524 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  5. 5

    Ласерда В. мл., Араужу душ Сантуш, Д., да Силва-Филью, Л.С., Греко, С. Дж. И дос Сантос, Р. Б. Aldrichim. Acta 45 , 19–27 (2012).

    Google ученый

  6. 6

    Carniato, F., Bisio, C., Psaro, R., Marchese, L. & Guidotti, M. Angew. Chem. Int. Эд. 53 , 10095–10098 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  7. 7

    Zurer, P. S. Chem. Англ. Новости 81 , 106 (2003).

    CAS Статья Google ученый

Скачать ссылки

Информация об авторе

Принадлежности

  1. Майкл А. Тарселли работает в отделе информационных систем химии, Институт биомедицинских исследований Новартис, 186 Массачусетс-авеню, Кембридж, Массачусетс 02139, США

    Майкл А. Tarselli

Автор для переписки

Для переписки Майкл А.Тарселли.

Об этой статье

Цитируйте эту статью

Tarselli, M. Тонкий ниобий. Nature Chem 7, 180 (2015). https://doi.org/10.1038/nchem.2164

Скачать цитату

Поделиться этой статьей

Все, с кем вы поделитесь следующей ссылкой, смогут прочитать это содержание:

Получить ссылку для совместного использования

Извините, ссылка для совместного использования в настоящее время недоступно для этой статьи.

Предоставлено инициативой по обмену контентом Springer Nature SharedIt

Дополнительная литература

  • Фазовые диаграммы тугоплавких биметаллических наносплавов

    • Рафаэль Мендоса-Перес
    • и Стивен Мюль

    Журнал исследований наночастиц (2020)

  • Атеросклероз, вызванный диетой с высоким содержанием жиров, сопровождается низким бактериальным разнообразием толстой кишки и измененной численностью, которая коррелирует с размером бляшек, A-FABP в плазме и холестерином: пилотное исследование диеты с высоким содержанием жиров и ее вмешательство с Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) или телмисартаном в ApoE− / – мыши

    • Йи Кван Чан
    • , Манритпал Сингх Брар
    • , Пиркка В.Кирьявайнен
    • , Ян Чен
    • , Цзяо Пэн
    • , Даксу Ли
    • , Фредерик Чи-Чинг Леунг
    • и Хани Эль-Незами

    BMC Microbiology (2016)

Ниобий (Колумбий) и тантал Статистика и информация

Ниобий и колумбий являются синонимами химического элемента с атомным номером 41; columbium – это название, данное в 1801 году, а ниобий (Nb) – это название, официально обозначенное Международным союзом чистой и прикладной химии в 1950 году.Ниобий в форме феррониобия используется во всем мире в основном в качестве легирующего элемента в сталях и суперсплавах. Значительные количества ниобия в форме феррониобия высокой чистоты и никель-ниобия используются в суперсплавах на основе никеля, кобальта и железа для таких применений, как компоненты реактивных двигателей, узлы ракет, а также жаропрочное оборудование и оборудование для сгорания.

Тантал (Ta) пластичен, легко обрабатывается, обладает высокой устойчивостью к кислотной коррозии, хорошо проводит тепло и электричество, а также имеет высокую температуру плавления.В основном тантал как металлический порошок тантала используется в производстве электронных компонентов, в основном танталовых конденсаторов. Основные области применения танталовых конденсаторов включают портативные телефоны, пейджеры, персональные компьютеры и автомобильную электронику. Легированный другими металлами тантал также используется в производстве твердосплавных инструментов для металлообрабатывающего оборудования и в производстве суперсплавов для компонентов реактивных двигателей.

Соединенные Штаты должны импортировать все свои исходные материалы ниобия и тантала для обработки, хотя в настоящее время в Небраске реализуется проект, который будет единственным ниобиевым рудником и предприятием по первичной переработке ниобия в Соединенных Штатах.Бразилия и Канада являются основными производителями концентратов ниобиевых минералов, а Австралия, Бразилия и Канада – основными производителями концентратов минеральных веществ тантала.

Подпишитесь, чтобы получать уведомление по электронной почте, когда публикация добавляется на эту страницу.

Ежегодные публикации

Обзоры минерального сырья

Ежегодник полезных ископаемых

Специальные публикации

Ссылки

Элемент, Символ, Факты, Свойства, Использует

Что такое ниобий?

Ниобий представляет собой химический элемент или светло-серый кристаллический переходный металл группы 5 (VB) периодической таблицы с символом Nb и атомным номером 41.Используется для изготовления нержавеющей стали и других сплавов. В 1801 году английский химик Чарльз Хэтчетт обнаружил новый элемент ниобий в минерале из Северной Америки. Он назвал его колумбием, который получают из минерала колумбит. Элемент колумбий, обнаруженный Хэтчеттом, был смесью нового элемента тантала.

Где находится ниобий?

Ниобий содержится в земной коре в количестве 20 частей на миллион. Из-за большого химического сходства с танталом он всегда встречается с танталом.Основной минерал металла – колумбит или танталат с химическим составом (Fe, Mn) M 2 O 6 ​​, M = Nb, Ta. Его получают как побочный продукт при добыче олова в Малайзии и Нигерии.

Свойства ниобия

И ниобий, и тантал – серебристо-белые блестящие металлы с очень высокими температурами плавления. Они из объемно-центрированной кубической кристаллической решетки и пластичные, пластичные в чистом виде. Высокие температуры плавления и кипения металла указывают на участие большого количества d-электронов в металлических связях.Он окисляется при нагревании на воздухе и растворяется в расплавленной щелочи. Атомный номер ниобия 41 и электронная конфигурация валентной оболочки [Kr] 4d 4 5s 1 .

Свойства ниобия
Атомный номер 41
Электронов на оболочку 2, 8, 18, 12, 1
Электронная конфигурация [Kr] 4d 4 5s 1
Блок d-блок
Период период 5
Группа группа 5
Атомный вес 92.906
Температура плавления 2750 К (2477 ° C, 4491 ° F)
Температура кипения 5017 К (4744 ° C, 8571 ° F)
Плотность 8,57 г / см 3
Молярная теплоемкость 24.60 Дж моль -1 K -1
Удельное электрическое сопротивление152 нОм · м
Атомный радиус 146 вечера
Ковалентный радиус 164 ± 18 часов
Химические свойства
общее число окисления +5
Электроотрицательность Шкала Полинга – 1.60
Энергия ионизации (кДж / моль) 1-й 2-я 3-й
652,1 1380 2416

Изотопы ниобия

Ниобий имеет один стабильный изотоп, например 93 Nb. 32 радиоактивных изотопа от 81 до 113 были получены с помощью различных типов ядерных реакций. Наиболее стабильные изотопы, такие как 92 Nb, имеют период полураспада в радиоактивном состоянии, равный 34.7 миллионов лет. Наименее стабильный изотоп 113 Nb имеет период полураспада 30 миллисекунд.

Производственный процесс

Минерал ниобий и тантал плавится с карбонатом калия и экстрагируется водой. Нерастворимый гидроксид железа и марганца в значительной степени удаляется в процессе. Водный экстракт, содержащий K 3 NbO 4 и K 3 NbO 4 , обрабатывают диоксидом углерода для осаждения пентаоксидов металлов.Он растворяется в концентрированном фтористом водороде из более растворимого K 2 NbOF 5 и менее растворимого K 2 TaF 7 . Их разделяют фракционной кристаллизацией. Восстановление K 2 NbOF 5 алюминием дает ниобий.

Соединения ниобия

Эффект лантаноидной конструкции делает химические свойства, такие как атомные и ионные радиусы двух металлов, очень похожими. Химический состав Nb и Ta очень похож, но электронное распределение отличается.Степень окисления +5 (V) наиболее характерна для ниобия. Он показывает широкий диапазон более низких степеней окисления, которые не так нестабильны, как цирконий и гафний. Соединения металла в более низких степенях окисления нестабильны и по своей природе восстанавливаются.

Показывает слабую катионную химию. Галогениды и оксогалогениды являются наиболее важными химическими соединениями металла. Они в основном летучие и легко гидролизуются.

Оксид ниобия

Оксид ниобия, Nb 2 O 5 получают нагреванием металла или его стабильных соединений в присутствии кислорода.Это белое высокоплавкое химически инертное твердое вещество, практически не растворимое в воде или кислотах. Различные ниобаты на самом деле представляют собой смешанные оксиды, обеспечивающие октаэдрическую координацию вокруг металла.

Галогенид ниобия

Петагалиды ниобия получают путем прямой реакции металлов с галогенами. NbF 5 может быть получен реакциями металла или пентахлорида металла с фтором. Это белые твердые вещества, растворимые в органических соединениях, таких как эфир или четыреххлористый углерод.Они гидролизуются с образованием гелеобразной закиси водорода. Оксогалогениды ниобия образуются при реакции петагалидов с кислородом.

Комплексные соединения

Ниобий переходного металла образует различные типы комплексных соединений в разных степенях окисления. Он образует в основном пероксо- и гало-комплексы. Некоторые примеры комплексов металлов приведены под таблицей

.
Комплексные соединения ниобия
Степень окисления Координационный номер Геометрия Примеры
+5 (В) 6 восьмигранный [NbCl 5 OPCl 3 ]
тригональная призма [Nb (S 2 C 6 ​​ H 4 ) 3 ] –
+4 (IV) 6 восьмигранный [NbCl 6 ​​] -2 ; [NbBr 6 ​​] -2
8 додекаэдр [NbCl 4 (диары) 2 ]; K 4 [Nb (CN) 8 ] 2H 2 O
+3 (III) 6 восьмигранный [Nb 2 Cl 9 ] -3 ; [Ta 2 Cl 6 ​​ (SMe 2 ) 3 ]
8 додекаэдр K5 [Nb (CN) 8 ]

Металлоорганические соединения

Ниобий образует большое количество металлоорганических соединений с помощью σ-связей M-C и связей η-C 2 H 5 .Метильное соединение металла образуется при восстановлении пентагалогенидов в эфирной среде. Алкилы представляют собой основания Льюиса, добавляющие нейтральные лиганды или образующие анионы. Он образовывал комплексы циклопентадиена (ЦП) типа M (η 5 – Cp) 2 (η 1 – Cp) 2 .

Для чего используется ниобий?

  • Ниобий используется в легировании металлов для производства нержавеющей стали. Сталь содержит ниобий, используемый в реактивных двигателях и ракетах, балках, нефтяных вышках и газопроводах.
  • Проволоки из сплавов, таких как Nb-Ge, Nb-Sn и ​​Nb-Ti, используются в сверхпроводящих магнитах. Эти типы сплавов используются в различных инструментах, таких как ускорители частиц, сканеры МРТ и спектрометры ЯМР.
  • При производстве устройств на поверхностных акустических волнах для мобильных телефонов и оптических модуляторов мы использовали соединение ниобата лития.
  • Оксиды ниобия используются для увеличения показателя преломления стекол. Эти типы очков используются для изготовления более тонких линз.

Ниобий

Химический элемент ниобий относится к переходным металлам. Он был открыт в 1801 году Чарльзом Хэтчеттом.

Зона данных

Классификация: Ниобий – переходный металл
Цвет: серебристо-белый
Атомный вес: 92.9064
Состояние: цельный
Температура плавления: 2477 o C, 2750 K
Температура кипения: 4744 o C, 5017 K
Электронов: 41
Протоны: 41
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе: 52
Электронные оболочки: 2,8,18,12,1
Электронная конфигурация: [Kr] 4d 4 5s 1
Плотность при 20 o C: 8.57 г / см 3
Показать больше, в том числе: температуры, энергии, окисление,
реакции, соединения, радиусы, проводимости
Атомный объем: 10,87 см 3 / моль
Состав: bcc: объемно-центрированный кубический
Твердость: 6.0 mohs
Удельная теплоемкость 0,26 Дж г -1 К -1
Теплота плавления 26.40 кДж моль -1
Теплота распыления 733 кДж моль -1
Теплота испарения 682,0 кДж моль -1
1 st энергия ионизации 652,1 кДж моль -1
2 nd энергия ионизации 1381,7 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации 2416 кДж моль -1
Сродство к электрону 86.2 кДж моль -1
Минимальная степень окисления–1
Мин. общее окисление нет. 0
Максимальное число окисления 5
Макс. общее окисление нет. 5
Электроотрицательность (шкала Полинга) 1,6
Объем поляризуемости 15,7 Å 3
Реакция с воздухом Вт / высота, ⇒ NbO 2
Реакция с 15 M HNO 3 нет
Реакция с 6 M HCl нет
Реакция с 6 М NaOH нет
Оксид (ов) NbO, NbO 2 , Nb 2 O 3 , Nb 2 O 5
Гидрид (ы) NbH, NbH 2
Хлорид (ы) NbCl 3 , NbCl 4 , NbCl 5
Атомный радиус 146 часов
Ионный радиус (1+ ион)–
Ионный радиус (2+ ионов)–
Ионный радиус (3+ иона) 86 вечера
Ионный радиус (1-ионный)–
Ионный радиус (2-ионный)–
Ионный радиус (3-ионный)–
Теплопроводность 53.7 Вт м -1 К -1
Электропроводность 6,6 x 10 6 См -1
Температура замерзания / плавления: 2477 o C, 2750 K

Кристаллы металлического ниобия. Фото Артема Топчого.

Открытие ниобия

Ниобий был открыт в 1801 году английским ученым Чарльзом Хэтчеттом. Он был обнаружен в американской руде, которая была отправлена ​​в Англию более века назад Джоном Уинтропом Младшим, первым губернатором штата Коннектикут.

Хэтчетт нашел руду, названную колумбитом, в коллекции Ганса Слоана Британского музея.

Он назвал элемент колумбий (символ Cb).

В 1846 году немецкий химик Генрих Роуз независимо открыл этот элемент и назвал его ниобием.

Металл был впервые выделен шведским ученым Кристианом Бломстрандом в 1864 году. Он восстановил хлорид, нагревая его в атмосфере водорода.

Название ниобий было принято во всем мире в 1950 году.

Название элемента происходит от слова «Ниоба», что в греческой мифологии означает дочь Тантала. Ниобий находится прямо над тантом в периодической таблице, и они обладают очень похожими химическими свойствами. Тантал был назван в честь Тантала, отца Ниобы.

Сверхпроводящие ниобиевые полости, изготовленные лабораторией Джефферсона для использования в ускорителях частиц. (Подробнее в видео ниже.)

Сверхпроводящие ниобиевые резонаторы от Fermilab.

Внешний вид и характеристики

Вредное воздействие:

Некоторые соединения ниобия очень токсичны.

Характеристики:

Ниобий – блестящий, белый, пластичный металл. На воздухе образуется оксидный слой, цвет которого зависит от его толщины. Типичны оттенки синего, зеленого и желтого.

Ниобий устойчив к коррозии благодаря оксидной пленке. Металл начинает быстро окисляться на воздухе при температуре 200 o C.

По химическим свойствам ниобий очень похож на тантал.

Ниобий – один из пяти основных тугоплавких металлов (металлов с очень высокой термостойкостью и износостойкостью). Другие тугоплавкие металлы – вольфрам, молибден, тантал и рений.

Использование ниобия

Ниобий используется с железом и другими элементами в сплавах нержавеющей стали, а также в сплавах с различными цветными металлами, такими как цирконий,

Сплавы ниобия прочны и часто используются при строительстве трубопроводов.

Металл используется в суперсплавах для реактивных двигателей и жаропрочного оборудования.

Ниобий также используется для изготовления украшений. При криогенных температурах ниобий является сверхпроводником.

Численность и изотопы

Изобилие земной коры: 17 частей на миллион по весу, 3,7 частей на миллион по молям

Солнечная система изобилия: 4 части на миллиард по весу, 50 частей на триллион по молям

Стоимость, чистая: 18 долларов за 100 г

Стоимость, оптом: $ за 100 г

Источник: Свободный ниобий не встречается в природе, а содержится в таких минералах, как колумбит и танталит.Минералы, содержащие ниобий, часто также содержат тантал. В промышленных масштабах ниобий извлекают, сначала образуя оксид (Nb 2 O 5 ). Затем оксид восстанавливают углеродом или водородом.

Изотопы: Ниобий имеет 28 изотопов, период полураспада которых известен, с массовыми числами от 83 до 110. Встречающийся в природе ниобий состоит из одного стабильного изотопа 93 Nb.

Список литературы
Цитируйте эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

  Ниобий

или

  Факты об элементе ниобий

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:

 «Ниобий». Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 17 октября 2012 г. Интернет.
.

Знакомство с ниобием – хромом

Подумайте об аппарате магнитно-резонансной томографии (МРТ), самом мощном ускорителе частиц из когда-либо построенных и самом быстром поезде на земном шаре.Все они представляют собой замечательные образцы техники и человеческой изобретательности, но, кроме этого, что у них общего? Ответ – ниобий. Этот элемент представляет собой сверхпроводник, материал, в котором – ниже определенной критической температуры – электричество течет с нулевым сопротивлением, а магнитное поле выводится наружу особым образом. Вот почему сильные магнитные поля, необходимые для устройств МРТ, а также те, которые используются для управления частицами на Большом адронном коллайдере, и те, которые позволяют удерживать парящий поезд (SCMAGLEV в Японии) привязанным к его двоичной системе на скорости 600 км / ч, являются обеспечивается сверхпроводящими магнитами из сплавов ниобия.

Этого должно быть недостаточно, чтобы сделать его интересным, существует гораздо больше свойств и приложений, о которых можно поговорить, чтобы познакомиться с ниобием.

Ниобий (Nb) – второй элемент группы 5 (пятая колонка) Периодической таблицы, переходный металл с атомным номером 41, атомной массой 92 906 и плотностью 8,6 грамма на кубический сантиметр. Это блестящий, белый, мягкий и пластичный металл, названный в честь Ниобы, дочери Тантала в греческой мифологии, которая обратилась в камень, оплакивая своих убитых детей.

Ниобий не является ни обильным, ни очень редким элементом, он занимает 33/34 место среди наиболее распространенных элементов земной коры, где он встречается в основном рассредоточенно, за исключением нескольких минералов. В основном это ниобат (FeNb2O6 – также известный как колумбит), танталит (FeTa2O6) и пирохлор – ниобат кальция-натрия, которые являются основными коммерческими источниками. Обширные месторождения этих полезных ископаемых находятся в Бразилии, на долю которой приходится около 95% мировых запасов пирохлора, и в Канаде (4%), а также в ряде африканских стран, на долю которых вместе с Россией приходится оставшийся 1% мировых запасов пирохлора. мировое производство.Бразилия и Канада с показателями 90% и 10% соответственно также являются бесспорными лидерами в производстве феррониобия (FeNb), наиболее коммерчески ценного промежуточного продукта ниобия.

После того, как минерал извлечен, обогащение руды осуществляется в основном с помощью серии стадий дробления и измельчения, за которыми следует магнитная сепарация для удаления примесей магнетита, а также удаление шлама и флотационная сепарация. Различные другие методы обработки могут следовать или дополнять в зависимости от обрабатываемых материалов, которые должны быть получены, которые могут быть феррониобием, металлическим ниобием или химическими веществами ниобия.

Как упоминалось выше, феррониобий является наиболее востребованной на рынке формой ниобия – фактически, почти 90% его расходуется на производство этого соединения. Феррониобий содержит около 65% ниобия и представляет собой очень важный компонент высокопрочных низколегированных сталей (HSLA), используемых, в частности, для изготовления транспортных средств, крупных конструкций, трубопроводов, мостов и корпусов судов. Это связано с тем, что использование ниобия для улучшения сталей имеет много преимуществ, таких как увеличение прочности, снижение веса, повышение гибкости, увеличение срока службы и снижение затрат.Чтобы привести пример добавленной стоимости, обеспечиваемой ниобием, было подсчитано, что добавление всего 300 граммов его к стали среднего автомобиля снижает вес транспортного средства на 200 килограммов.

Если феррониобий составляет наибольшую долю рынка, оставшиеся 10% ниобия используются для широкого круга важных приложений. Возвращаясь к своим сверхпроводящим свойствам, ниобий имеет самую высокую температуру перехода – температуру, ниже которой он превращается в сверхпроводимость – среди металлов, что делает его сплавы наиболее практичным выбором для сверхпроводящих применений, таких как упомянутые в начале.Кроме того, сплавы ниобия демонстрируют как высокую коррозионную, так и высокотемпературную стойкость – две характеристики, которые широко используются в ядерной промышленности (например, для деталей реакторов) и в космической промышленности (например, для реактивных двигателей и сопел ракетных двигателей). Наконец, многие химические вещества ниобия востребованы в нескольких высокотехнологичных приложениях. Это связано с их оптическими, пьезоэлектрическими и пироэлектрическими (т. Е. Способностью генерировать электрический заряд в ответ на механическое напряжение и нагрев или охлаждение соответственно) уникальными свойствами, которые делают их чрезвычайно полезными для производства, например, линз для фотоаппаратов и устройства с сенсорным экраном.И последнее, но не менее важное: давайте не забудем упомянуть, что ниобий также широко используется в производстве ювелирных изделий.

Ниобий можно найти повсюду вокруг нас, от автомобилей до мобильных телефонов. К сожалению, под европейской землей его пока не обнаружили. Таким образом, ни добыча ниобия, ни производство феррониобия не ведутся в ЕС, который полностью зависит от импорта для удовлетворения потребности в одном только феррониобии в размере около 12 500 тонн в год. Кроме того, количество ниобия, физически извлеченного из лома, в настоящее время незначительно.Очевидно, что экономическая важность этого ресурса требует поиска эффективного решения.

Ниобий – обзор | Темы ScienceDirect

1 Процессы абстракции

Химия этих атомов была богатой областью в прошлом, 1 , и недавняя работа продолжала приносить плоды. В синтетическом масштабе эти металлы использовались в качестве реагентов для восстановления галогенидов других металлов. Хорошим примером является синтез сверхмелкозернистых частиц ниобия реакцией NbCl 5 с атомами натрия в газовой фазе. 22 Аргон переносил газообразный NbCl 5 в реакционную камеру 800 ° C, где он смешивался с парами Na при соотношении Na: NbCl 5 1,2: 1. Продукты Nb, Na и NaCl смешивали с этанолом для удаления Na, а затем с этиленгликолем для удаления NaCl. После промывки этанолом и сушки на воздухе были получены стабилизированные оксидом частицы Nb размером 50-100 нм.

Аналогичным образом, но в условиях низкотемпературной жидкости, Hawker и Timms 23 позволили атомам K реагировать с галогенидами переходных металлов в присутствии аренов.Таким образом был разработан новый препарат (арена) 2 M:

Легкость, с которой испаряется калий по сравнению с испарением переходных металлов, делает этот метод привлекательным. Тот факт, что та же реакция не может быть проведена с объемным металлом K, предполагает, что присутствие избытка металла K в локализованных областях вызывает разрушение продукта (арена) 2 M. Таким образом, восстановление с использованием одного атома за раз является необходимым условием.

В память о Ричарде Бернштейне, 24 несколько реакций атома щелочноземельного металла с галогенидами были исследованы, особенно в экспериментах с газовой фазой с перекрестным пучком. 25−27 Были исследованы стерические эффекты приближения и реакции возбужденного Ca ( 1 D 2 ) с CH 3 F → CaF (A) + CH 3 с использованием выбранного состояния и ориентированный молекулярный пучок CH 3 F. 25 Интересно, что стерические эффекты увеличиваются с увеличением энергии столкновения, и это было объяснено с точки зрения необходимой переориентации первоначально ориентированной оси CH 3 F из-за дальнодействия (расстояния между атомами и молекулами 5-10 Å. ).

Кроме того, исследована динамика реакции хемиионизации атома Ba + Br 2 . 26 Было отслежено образование BaBr + в эксперименте со скрещенными пучками, и оказалось, что для его образования необходимы лобовые, коллинеарные столкновения и проксимальное пересечение поверхности потенциальной энергии (в отличие от нейтральных продуктов).

В отчете Бернштейна и соавторов 27 была исследована реакция атомов Sr с RX с образованием SrX и R.Влияние природы R (R = C 2 H 5 , n -C 3 H 7 , t -C 4 H 9 , X = Br, I ) был изучен. В частности, была исследована зависимость сечения реакции от энергии столкновения, и в нескольких случаях наблюдались четкие максимумы (например, при 0,5 эВ для t -C 4 H 9 I). Энергетическое распределение в реакциях атомов Ba с нормальными и разветвленными алкилйодидами и дибромалканами было исследовано ранее Чакраворти и Бернстайном. 28

Наблюдались также хемилюминесцентные реакции атомов Mg, взаимодействующих с радикалом O 2 F. 29 Исходная реакция Mg ( 1 S 0 ) + O 2 F дает долгоживущую колебательно-возбужденную молекулу MgF, которая затем вступает в реакцию с образованием электронно-возбужденного Mg *, MgF 2 * или MgF * (A 2 ).

Очевидно, что реакции отрыва атомов щелочноземельных металлов превратились в богатую область газофазной неорганической химии. 30 (Это следует за более ранней работой Steacie и многих других по абстракции атома галогенида щелочного металла). 1 В последние годы Be, Mg, Ca, Sr и Ba стали предметом интенсивных исследований. Конечно, эти металлы обычно дают двухвалентные ионы при окислении, и поэтому реакции газофазного отрыва более необычны. Будет ли продукт парамагнитным M – X или диамагнитным MX 2 , очень сильно зависит от условий эксперимента; Матрицы из газовой фазы и замороженного аргона обычно дают M – X, тогда как жидкофазные реакции и некоторые матричные реакции дают MX 2 (или RMX).

Подводя итоги самой последней работы в этой области, следует начать с напоминания о ранних теоретических и матричных работах по выделению MgOH и CaOH. 31 , 32 Получение MgOH включало реакцию атомов Mg с H 2 O 2 в матричных условиях. Следует также отметить, что одновалентные свободнорадикальные производные щелочноземельных металлов, такие как CaOH, часто встречаются в высокотемпературных газовых средах. 33−35 Однако в последние годы реакции газофазного отрыва значительно расширили наши знания о формах M – X.Это связано с новыми методами, такими как проточное послесвечение, 36 ионных пучков, 37 ионно-циклотронный резонанс с преобразованием Фурье, 38 и масс-спектрометрия высокого давления 39 для исследования продуктов газофазных ионных реакций. Более того, прогресс в изучении нейтралов стал возможен благодаря использованию пучка нейтральных атомов, возбуждаемых лазерным излучением, так что M * становится реактивным. Например: 30 Ca * ( 3 P 1 ) + HNCO → CaNCO + H.В этом случае состояние 3 P 1 является реактивным, тогда как основное состояние Ca ( 1 S o ) практически нереактивно.

Многие одновалентные молекулы в газовой фазе были получены аналогичными способами, включая моногидроксиды, -алкоксиды, -карбоксилаты, -формамидаты, -изоцианаты, -азиды, -изоцианиды, -цианиды, -гидросульфиды, -ал-киламиды. , -тиолаты, -метилы, -ацетилиды, -циклопентадиениды, -пирролаты и -борогидриды. 30 Основное внимание в этой работе уделялось получению с высоким разрешением электронных и колебательных / вращательных спектров этих газофазных частиц.Один из способов рассмотрения молекул – рассматривать их как ионные, то есть Ca + OH –. CaOH является линейным, а не изогнутым, как H 2 O. 40-42 Линейная геометрия максимизирует расстояние между Ca + и H. δ + Однако, поскольку лиганд становится менее электроотрицательным (например, SH вместо OH), степень ковалентности в связи металл-лиганд увеличивается, и, таким образом, например, CaSH изгибается.

Нейтральный атом Са имеет конфигурацию [Ar] 4 s 2 .Когда образуется Ca + OH – , должен быть передан один электрон. Остальные 4 s электрона на Ca + не связываются. Первое и второе возбужденные состояния Ca + являются результатом продвижения этого 4 s электрона в 3 d и 4 p состояний. 30 , 43 , 44 В целом, такие качественные описания электронной структуры полезны, но были усилены квантово-химическими расчетами Ортиса. 43 44

Одной из наиболее интересных получаемых молекул в газовой фазе является циклопентадиенильная система «полусэндвич» Ca (C 5 H 5 ): 45

Ca * + C5H6 → Ca + C5H5 – + H.

Электронные спектры свидетельствуют о пятиугольной симметрии CaCp и SrCp (C 5 υ ). Изоэлектронный анион пирролата C 4 H 4 N – также может давать полусэндвич-структуру.

По-видимому, существует обширная химия в газовой фазе одновалентных производных Ca и Sr, когда используются атомы в возбужденном состоянии.

Дагдигиан сообщил о некоторых других интересных работах с газовой фазой Ca и Sr. 46 Было обнаружено, что процесс газофазного катализа, по-видимому, работает, возможно, как показано ниже:

Ca + HN3 → CaNH + N2 в целомCaNH + HN3 → Ca + 2N2 + h32HN3 → 3N2 + h3ΔHrxn ° = −632 кДж

Это Этот процесс также использовался для объяснения того, почему в некоторых случаях в спектрах излучения наблюдались возбужденные атомы Са. 47 , 48

Реакции водорода с атомами Be и Mg также приводят к процессам отрыва.Комплексы Be и Mg с H 2 дали информацию о процессе Mg ( 1 P) + H 2 → MgH ( 2 ∑) + H ( 2 S). 49 Аналогичным образом были исследованы различные окислители, например реакция газофазного отвода Mg + CO 2 → MgO + CO. 50 Атом Mg (3 s 3 p , 1 P 1 ) прореагировал с CO 2 с образованием MgO в основном состоянии (X 1 ∑ + ), и меньшая колебательная и вращательная энергия в молекуле, чем ожидается статистически; это, по-видимому, исключало существование долгоживущего комплекса MgCO 2 .«Поздний» потенциальный барьер кажется вероятным в общем механизме.

Лазерное возбуждение SF 6 ​​ перед взаимодействием с парами K позволило изучить энергетическую зависимость. 51 Скорость реакции увеличивалась с увеличением колебательной энергии, но не зависела от поступательной энергии.

Изготовление деталей из ниобия и штамповка металла

Ниобий и ниобиевые сплавы

Ниобий – идеальный материал для штамповки металлов благодаря своей пластичности, высокой прочности и стабильности.Обладая 50-летним опытом, Standard Die освоила процесс формования ниобия при низких температурах. Его часто используют в аэрокосмической отрасли, потому что это очень податливый металл, пластичный при комнатной температуре, но прочный при высоких температурах с высокой температурой плавления. Он относительно легкий, имеет хорошую коррозионную стойкость и обладает уникальной стойкостью к радиационным повреждениям. Ниобий также является сверхпроводящим материалом.

Изготовители металла и штамповщики любят ниобий, потому что он естественно гипоаллергенен и устойчив к коррозии.Standard Die является лидером отрасли и пионером в области штамповки металлов с 1970 года, за это время мы освоили использование ниобия. В настоящее время это наш наиболее часто используемый материал. Ниобий составляет значительную часть поставок металлов, которые обслуживают промышленность по всему миру.

Как ниобий используется при штамповке металлов

Для штамповки металлического ниобия требуется широкий спектр деталей, от легких и гипоаллергенных предметов до сверхпрочных сверхпроводящих магнитов. Однако чаще всего он используется для изготовления смешанных металлических сплавов.Например, в сочетании со сталью из него можно получить невероятно прочный и устойчивый к высоким температурам ядерный реактор. По тем же причинам его часто используют в качестве транспорта – от самолетов и космических аппаратов до скейтбордов.

Ниобий также является наиболее часто используемым материалом для стандартных штампов. Мы освоили использование ниобия от изготовления деталей из ниобия до продуктов глубокой вытяжки.

От медицины до авиакосмической промышленности, многие отрасли полагаются на ниобий

Уникальное сочетание гибкости и долговечности ниобия делает изготовление деталей из ниобия очень востребованным во многих отраслях промышленности.Отрасли, в которых часто используется ниобий, включают:

  • Электроника: Из-за высокой температуры плавления ниобий является фаворитом для использования в лазерной технологии, электронных вакуумных устройствах и т. Д.
  • Ядерная промышленность: В атомной промышленности ниобий часто используется в качестве магнита ускорителя или в качестве накопителя магнитной энергии.
  • Медицинский: Его гипоаллергенные качества снижают вероятность раздражения пациентов с титановыми медицинскими имплантатами.
  • Сварка: Его гибкий характер дает сварщикам и штамповщикам больше контроля в своем деле.
  • Конструкция: Из-за своей прочности ниобий часто используется для строительства трубопроводов, а также для строительства транспортных средств, таких как автомобили и корабли.
  • Ювелирные изделия: Ниобий обычно используется для изготовления особых украшений, которые менее склонны вызывать раздражение у обладателей чувствительной кожи.
  • Аэрокосмическая промышленность: В аэрокосмической промышленности чаще всего используется ниобий. Это связано с тем, что ниобий считается лучшим металлом, способным выдерживать высокие температуры без ослабления, что делает его идеальным сплавом для изготовления реактивных двигателей и компонентов ракет и космических кораблей.

Запросите бесплатное предложение у Standard Die сегодня

Благодаря многолетнему опыту в области прецизионной штамповки в различных отраслях промышленности, Standard Die является лучшим выбором для штамповки металлического ниобия глубокой вытяжкой и штамповки готового металла. Чтобы узнать больше о том, как вы можете извлечь выгоду из наших услуг и применить такие металлы, как ниобий, в своем бизнесе, свяжитесь с нами сегодня и запросите расценки.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *