Валентность ниобия (nb), формулы и примеры

Описание и свойства ниобия

Ниобий – элемент, относящийся к пятой группе периодической таблицы, атомный номер – 41. Электронная формула ниобия — Nb 4d45sl. Графическая формула ниобия — Nb — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 1. Открыт в 1801 г. – первоначально назван “колумбием”, по названию реки, в которой был обнаружен. В дальнейшем переименован.

Ниобий – металл бело-стального оттенка, имеет пластичность – легко прокатывается в листы. Электронное строение ниобия наделяет его определёнными характеристиками.

Отмечается показание большого температурного режима при плавке и точки кипения металла. За счёт этого, как особенность отмечается электронный исход электронов. Сверхпроводимость проявляется только при большой температуре.

Для окисления металлу требуется минимальная температура около 300º С и выше. При этом образуется специфичный оксид ниобия Nb2O5.

Ниобий, свойства которого активно взаимодействовать с некоторыми газами. Это водород, кислород и азот, под их воздействием может поменять определённые характеристики.

Чем выше температура, тем интенсивнее поглощается водород, делающий ниобий более хрупким, при достижении контрольной отметки 600º С, начинает происходить обратное выделение, и металл восстанавливает утраченные показатели.

После этого начинается образование нитрида NbN, для плавления которого требуется 2300º С.

Углерод и содержащие его газы, начинают своё взаимодействие с ниобием при необходимой температуре свыше 1200º С, в результате образуется карбид NbC – t плавления — 3500º С. В результате взаимодействия кремния и бора  с  металлом ниобием образуется борид  NbB2 – t плавления — 2900º С.

Элемент ниобий устойчив почти ко всем известным кислотам, кроме плавиковой кислоты, а особенно её смеси с азотной кислотой. Металл подвержен воздействию щелочей, особенно, горячих. При растворении в них, происходит процесс окисления, и образуется ниобиевая кислота.

Добыча и происхождение ниобия

Содержание металла на тонну заемной породы сравнительно невелико – всего 18 г на тонну. Содержание увеличено в более кислых породах.

Наиболее часто в одном залеже встречаются ниобий и тантал, за счёт их близких химических свойств, которые позволяют находится им в одном минерале, и участвовать в общих процессах.

Зачастую в некоторых минералах содержащих титан, происходит замещающее явление – «ниобий – титан».

Известно около ста различных минералов содержащих ниобий. Но в промышленности используются единицы. Это пирохлор, лопарит, торолит и т.д. В ультраосновных и щелочных породах ниобий встречается в перовските и эвдиалите.

Месторождения ниобия имеются в Бразилии, Австралии, Канаде, Конго, Нигерии и Руанде.

Производство ниобия довольно сложный процесс, имеющий три основных стадии. Для начала вскрывается концентрат, потом разделяются ниобий и тантал на чистые соединения. Завершающей стадией является восстановительные процессы и рафинирование  металла. Из наиболее распространенных способов можно отметить – карботермические, алюмотермические и натриетермические методы.

К примеру, смешивая оксид ниобия и сажу при высоких температурах в водородной среде получают карбид, затем смешав карбид и оксид ниобия при тех же температурах, но уже в полном вакууме получают металл, из которого в дальнейшем выплавляют различные сплавы ниобия. Не исключено получение сплавов ниобия, используя методы порошковой металлургии, с применением вакуумных и электроннолучевых способов дуговой плавки.

Применение ниобия

В связи с уникальными свойствами, ниобий находит применение во многих областях промышленности. Сплавы ниобия обладают тугоплавкостью, жаропрочностью, сверхпроводимостью, геттерными и антикоррозийными свойствами.

К тому же он довольно легко обрабатывается и сваривается. Он широко применяется в космических и авиационных технологиях, радио и электротехнике, химической отрасли и атомной энергетике. В генераторных лампах многие нагревательные элементы, выполнены с его применением.

Также для этих целей применяются его сплав  с танталом.

Электрические выпрямители  и электролитические конденсаторы тоже содержат определённое количество этого металла. Его применение в этих устройствах обусловлено характерными ему пропускными и окислительными свойствами.

Конденсаторы, включающие в свой состав данный металл, при сравнительно небольших габаритах, обладают большим сопротивлением. Все элементы конденсаторов, выполняются из специальной фольги. Она прессуется из порошка ниобия.

Стойкость к воздействию различных кислот, высокая теплопроводность и  податливость структуры, обуславливают его популярность в химии и металлургии , при создании различной аппаратов и конструкций. Сочетание  положительных свойств этого важного металла, востребовано даже в атомной энергетике.

За счёт слабого воздействия ниобия с промышленным ураном, при сравнительно невысоких температурах ( 900º С), металл годен для создания защитного слоя на атомных реакторах.

При такой оболочке становиться возможным применение натриевых теплоносителей, с которыми он также почти не взаимодействует.

Ниобий значительно продлевает срок службы урановых элементов, создавая на их поверхности защитную окись, от пагубного влияния водяного пара.

Улучшить жаростойкие свойства некоторых сплавов, можно посредством легирования с помощью ниобия. Также довольно хорошо себя зарекомендовали сплавы  из ниобия.

К примеру, это сплав ниобий – цирконий, отличающийся примечательными свойствами. Из подобных сплавов изготовляются различные детали для космических аппаратов и самолётов, а также их обшивки.

Рабочая температура такого сплава может доходить до 1200º С.

В состав некоторых сплавов для обработки стали имеется карбид ниобия, усиливающий свойства сплава.

Сравнительно небольшая прибавка ниобия, в нержавеющую сталь, усиливает её антикоррозийные свойства и улучшает качество получаемых сварных швов. Многие инструментальные  стали также имеют примесь ниобия.

Как катализ его различные соединения  участвуют в процессах искусственного органического синтеза.

Цена ниобия

Основной формой для продажи на мировом рынке является ниобий в слитках, но вполне возможны  и другие формы хранения.  В мире всегда имелся спрос на ниобий, цена которого до начала 2000 года держалась на стабильном уровне.

В последующих годах, в связи с мировым кризисом в экономической отрасли, вплоть до 2012 года, отмечалось их некоторое падение. Темпы товарооборота соответственно снизились.

Но уже к 2012 году цены снова поползли вверх, и уже тогда ниобий купить можно было только по 60 $ за килограмм, и рост пока не остановился. Уже давно стоит вопрос о равноценных, но более доступных заменителях.

И они имеются, но по свойствам явно уступают ниобию. Поэтому он пока находится в цене.

Источник: https://tvoi-uvelirr.ru/niobij-svojstva-niobiya-primenenie-niobiya/

Формула Ниобия структурная химическая

Структурная формула

Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: Nb

Молекулярная масса: 92,906

Нио́бий — элемент побочной подгруппы пятой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер — 41. Обозначается символом Nb (лат. Niobium).

Простое вещество ниобий (CAS-номер: 7440-03-1) — блестящий металл серебристо-серого цвета с кубической объёмноцентрированной кристаллической решеткой типа α-Fe, а = 0,3294.

Для ниобия известны изотопы с массовыми числами от 81 до 113.

История

Ниобий был открыт в 1801 г. английским учёным Чарльзом Хэтчетом в минерале, присланном ещё в 1734 году в Британский музей из штата Массачусетс Джоном Уинтропом (внуком Джона Уинтропа младшего).

Минерал был назван колумбитом, а химический элемент получил название «колумбий» (Cb) в честь страны, откуда был получен образец — Колумбии (в то время синоним США). В 1802 году А. Г.

Экеберг открыл тантал, который совпадал практически по всем химическим свойствам с ниобием, и поэтому долгое время считалось, что это один и тот же элемент.

Лишь в 1844 году немецкий химик Генрих Розе установил, что это отличный от тантала элемент и переименовал его в «ниобий» в честь дочери Тантала Ниобы, чем подчеркнул сходство между элементами. Однако в некоторых странах (США, Англии) долго сохранялось первоначальное название элемента — колумбий, и только в 1950 году решением Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК, IUPAC) элементу окончательно было присвоено название ниобий.

• Впервые чистый ниобий был получен в конце XIX века французским химиком Анри Муассаном электротермическим путём, восстанавливая оксид ниобия углеродом в электропечи.
• Нахождение в природе

Кларк ниобия — 18 г/т. Содержание ниобия увеличивается от ультраосновных (0,2 г/т Nb) к кислым породам (24 г/т Nb). Ниобию всегда сопутствует тантал. Близкие химические свойства ниобия и тантала обусловливают совместное их нахождение в одних и тех же минералах и участие в общих геологических процессах.

Ниобий способен замещать титан в ряде титансодержащих минералов (сфен, ортит, перовскит, биотит). Форма нахождения ниобия в природе может быть разной: рассеянной (в породообразующих и акцессорных минералах магматических пород) и минеральной. В общей сложности известно более 100 минералов, содержащих ниобий.

Из них промышленное значение имеют лишь некоторые: колумбит-танталит (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6, пирохлор (Na, Ca, TR, U)2(Nb, Ta, Ti)2O6(OH, F) (Nb2O5 0 — 63 %), лопарит (Na, Ca, Ce)(Ti, Nb)O3 ((Nb, Ta)2O5 8 — 10 %), иногда используются эвксенит, торолит, ильменорутил, а также минералы, содержащие ниобий в виде примесей (ильменит, касситерит, вольфрамит). В щелочных — ультраосновных породах ниобий рассеивается в минералах типа перовскита и в эвдиалите. В экзогенных процессах минералы ниобия и тантала, являясь устойчивыми, могут накапливаться в делювиально-аллювиальных россыпях (колумбитовые россыпи), иногда в бокситах коры выветривания. Концентрация ниобия в морской воде 1·10−5 мг/л.

1. Месторождения
2. Месторождения ниобия расположены в США, Японии, России (Кольский полуостров), Бразилии, Канаде.
   Страна 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

   Австралия	160	230	290	230	200	200	200	—	—	—	—	—
   Бразилия	30 000	22 000	26 000	29 000	29 900	35 000	40 000	57 300	58 000	58 000	58 000	58 000
   Канада	2290	3200	3410	3280	3400	3310	4167	3020	4380	4330	4420	4400
   Демократическая Республика Конго	—	50	50	13	52	25	—	—	—	—	—	—
   Мозамбик	—	—	5	34	130	34	29	—	—	—	—	—
   Нигерия	35	30	30	190	170	40	35	—	—	—	—	—
   Руанда	28	120	76	22	63	63	80	—	—	—	—	—
   Всего в мире	32 600	25 600	29 900	32 800	34 000	38 700	44 500	60 400	62 900	62 900	62 900	63 000

3. Получение

Руды ниобия — обычно комплексные и бедны металлом. Рудные концентраты содержат Nb2O5: пирохлоровые — не менее 37 %, лопаритовые — 8 %, колумбитовые — 30—60 %. Большую их часть перерабатывают алюмо- или силикотермическим восстановлением на феррониобий (40—60 % Nb) и ферротанталониобий. Металлический ниобий получают из рудных концентратов по сложной технологии в три стадии:

• вскрытие концентрата,
• разделение ниобия и тантала и получение их чистых химических соединений,
• восстановление и рафинирование металлического ниобия и его сплавов.

Основные промышленные методы производства ниобия и его сплавов — алюмотермический, натрийтермический, карботермический: из смеси Nb2O5 и сажи вначале получают при 1800 °C в атмосфере водорода карбид, затем из смеси карбида и пятиокиси при 1800—1900 °C в вакууме — металл; для получения сплавов ниобия в эту смесь добавляют окислы легирующих металлов; по другому варианту ниобий восстанавливают при высокой температуре в вакууме непосредственно из Nb2O5 сажей. Натрийтермическим способом ниобий восстанавливают натрием из K2NbF7, алюминотермическим — алюминием из Nb2O5. Компактный металл (сплав) производят методами порошковой металлургии, спекая спрессованные из порошков штабики в вакууме при 2300 °C либо электронно-лучевой и вакуумной дуговой плавкой; монокристаллы ниобия высокой чистоты — бестигельной электронно-лучевой зонной плавкой.

Изотопы

Природный ниобий состоит из единственного стабильного изотопа — 93Nb. Все остальные искусственно полученные изотопы ниобия с массовыми числами от 81 до 113 радиоактивны (всего их известно 32). Наиболее долгоживущий изотоп — 92Nb с периодом полураспада 34,7 млн лет. Также известны 25 метастабильных состояний ядер его разных изотопов.

Химические свойства

Химически ниобий довольно устойчив, но уступает в этом отношении танталу. На него практически не действуют соляная, ортофосфорная, разбавленная серная, азотная кислоты.

Металл растворяется в плавиковой кислоте HF, смеси HF и HNO3, концентрированных растворах едких щелочей, а также в концентрированной серной кислоте при нагревании свыше 150 °C. При прокаливании на воздухе окисляется до Nb2О5.

Для этого оксида описано около 10 кристаллических модификаций. При обычном давлении стабильна β-форма Nb2О5.

• При сплавлении Nb2О5 с различными оксидами получают ниобаты: Ti2Nb10О29, FeNb49О124. Ниобаты могут рассматриваться как соли гипотетических ниобиевых кислот. Они делятся на метаниобаты MNbO3, ортониобаты M3NbO4, пирониобаты M4Nb2O7 или полиниобаты M2O·nNb2O5 (M — однозарядный катион, n = 2-12). Известны ниобаты двух- и трехзарядных катионов.
• Ниобаты реагируют с HF, расплавами гидрофторидов щелочных металлов (KHF2) и аммония. Некоторые ниобаты с высоким отношением M2O/Nb2O5 гидролизуются: 6Na3NbO4 + 5H2O = Na8Nb6O19 + 10NaOH.
• Ниобий образует NbO2, NbO, ряд оксидов, промежуточных между NbO2,42 и NbO2,50 и близких по структуре к β-форме Nb2О5.
• С галогенами ниобий образует пентагалогениды NbHa15, тетрагалогениды NbHa14 и фазы NbHa12,67 — NbHa13+x, в которых имеются группировки Nb3 или Nb2. Пентагалогениды ниобия легко гидролизуются водой.
• В присутствии паров воды и кислорода NbC15 и NbBr5 образуют оксигалогениды NbOC13 и NbOBr3 — рыхлые ватообразные вещества.
• При взаимодействии ниобия и графита образуются карбиды Nb2C и NbC, твердые жаропрочные соединения. В системе Nb — N существуют несколько фаз переменного состава и нитриды Nb2N и NbN. Сходным образом ведет себя ниобий в системах с фосфором и мышьяком. При взаимодействии ниобия с серой получены сульфиды: NbS, NbS2 и NbS3. Синтезированы двойные фториды Nb и калия (натрия) — K2[NbF7].
• Из водных растворов выделить электрохимически ниобий пока не удалось. Возможно электрохимическое получение сплавов, содержащих ниобий. Электролизом безводных солевых расплавов может быть выделен металлический ниобий.

Применение

Применение и производство ниобия быстро возрастают, что обусловлено сочетанием таких его свойств, как тугоплавкость, малое сечение захвата тепловых нейтронов, способность образовывать жаропрочные, сверхпроводящие и др.

сплавы, коррозионная стойкость, геттерные свойства, низкая работа выхода электронов, хорошие обрабатываемость давлением на холоде и свариваемость.

Основные области применения ниобия: ракетостроение, авиационная и космическая техника, радиотехника, электроника, химическое аппаратостроение, атомная энергетика.

Применение металлического ниобия

• Из чистого ниобия или его сплавов изготовляют детали летательных аппаратов; оболочки для урановых и плутониевых тепловыделяющих элементов; контейнеры и трубы для жидких металлов; детали электролитических конденсаторов; «горячую» арматуру электронных (для радарных установок) и мощных генераторных ламп (аноды, катоды, сетки и др.); коррозионноустойчивую аппаратуру в химической промышленности.
• Ниобием легируют другие цветные металлы, в том числе уран. Например, алюминий, если в него ввести всего 0,05 % ниобия, совсем не реагирует со щелочами, хотя в обычных условиях он в них растворяется. Сплав ниобия с 20 % меди обладает высокой электропроводностью и при этом он вдвое твёрже и прочнее чистой меди
• Ниобий применяют в криотронах — сверхпроводящих элементах вычислительных машин. Ниобий также известен тем, что он используется в ускоряющих структурах большого адронного коллайдера.
• Ниобий и тантал используют для производства электролитических конденсаторов высокой удельной ёмкости. Тантал позволяет производить более качественные конденсаторы, чем металлический ниобий. Однако конденсаторы на основе оксида ниобия наиболее надёжны и устойчивы к возгоранию.

Австрия выпускает биметаллические коллекционные монеты достоинством 25 евро из серебра и ниобия

• Интерметаллиды и сплавы ниобия

• Станнид Nb3Sn (станнид триниобия, известный также как сплав ниобий-олово), германид Nb3Ge (германийтриниобий), нитрид NbN и сплавы ниобия с титаном (ниобий-титан) и цирконием применяются для изготовления сверхпроводящих соленоидов. Так, обмотки сверхпроводящих магнитов Большого адронного коллайдера изготовлены из 1200 тонн кабеля из сплава ниобий-титан.
• Ниобий и сплавы с танталом во многих случаях заменяют тантал, что даёт большой экономический эффект (ниобий дешевле и почти вдвое легче, чем тантал).
• Феррониобий вводят (до 0,6 % ниобия) в нержавеющие хромоникелевые стали для предотвращения их межкристаллитной коррозии (в том числе той, которая иначе началась бы после сварки нержавейки) и разрушения и в стали др. типов для улучшения их свойств.
• Ниобий используется при чеканке коллекционных монет. Так, Латвийский Банк утверждает, что в коллекционных монетах достоинством 1 лат наряду с серебром используется ниобий.

1. Применение соединений ниобия

• Nb2O5 — катализатор в химической промышленности;
• в производстве огнеупоров, керметов, специальных стёкол, нитрид, карбид, ниобаты.
• Карбид ниобия (т. пл. 3480 °C) в сплаве с карбидом циркония и карбидом урана-235 является важнейшим конструкционным материалом для ТВЭЛов твердофазных ядерных реактивных двигателей.
• Нитрид ниобия NbN используется для производства тонких и ультратонких сверхпроводящих пленок с критической температурой от 5 до 10 К с узким переходом, порядка 0,1 К.

• Сверхпроводящие материалы первого поколения

• Один из активно применяемых сверхпроводников (температура сверхпроводящего перехода 9,25 К). Соединения ниобия имеют температуру сверхпроводящего перехода до 23,2 К (Nb3Ge).
• Наиболее часто используемые промышленные сверхпроводники — NbTi и Nb3Sn.
• Ниобий используется также в магнитных сплавах.
• Применяется как легирующая добавка.
• Нитрид ниобия используется для производства сверхпроводящих болометров.
• Исключительная стойкость ниобия и его сплавов с танталом в перегретом паре цезия-133 делает его одним из наиболее предпочтительных и дешёвых конструкционных материалов для термоэмиссионных генераторов большой мощности.

1. Биологическая роль
2. О биологической роли ниобия в настоящее время нет никаких сведений.
3. Физиологическое действие

Металлическая пыль ниобия огнеопасна и раздражает глаза и кожу. Некоторые соединения ниобия очень токсичны. ПДК ниобия в воде 0,01 мг/л. При попадании в организм вызывает раздражение внутренних органов и последующий паралич конечностей.

Источник: http://formula-info.ru/khimicheskie-formuly/n/formula-niobiya-strukturnaya-khimicheskaya

Физические и химические свойства Ниобия

Ниобий — один из самых тугоплавких металлов.В середине 16 века в Северной Америке был обнаружен тяжелый черный минерал с золотистыми прожилками слюды. Его переслали в Англию, где минерал пролежал почти 150 лет в Британском музее.

В 1801 году исследованием его занялся химик Хатчет, который обнаружил в нем железо и какое-то неизвестное вещество со свойствами кислотного окисла. Хатчет назвал новый элемент колумбием, а минерал колумбитом, по месту его нахождения.

Через год, в 1802 году, шведский исследователь Экеберг нашел в некоторых скандинавских и финских минералах еще одно новое вещество, названное им танталом. Это название было дано в честь одного из героев греческой мифологии.

Тантал оказался по своим свойствам очень близок к колумбию, поэтому многие ученые утверждали, что колумбий и тантал — одно и то же.Фактически и Хатчет и Экеберг открывали смесь тантала и колумбия, в которой преобладал в одном случае колумбий, а в другом — тантал.

Однако, в отличие от ванадия, ниобий значительно труднее восстанавливается до низших степеней валентности.Поэтому приходится иметь дело с их пятивалентным соединением, как наиболее устройчивым, что следует из строения электронных оболочек атомов: ниобий — 2,8,18,12,1.Металлический ниобий напоминает по внешнему виду платину. Микротвердость металлического ниобия 88 кг/мм2.

Основные характеристики ниобия:

Порядковый номер	41
Атомный вес	92,91
Плотность	8,5
Радиус атома	1,46
Радиус пятивалентного иона	0,69
Электросопротивление	15,22*10-5
Температура плавления	2497

Ниобий растворяет также кислород в количестве до 0,8% по весу. Растворимость в ниобии при различных температурах подробно изучал Стейболт, показавший ход изменения твердости с увеличением содержания кислорода в металле. По- видимому часть кислорода находится в металле в виде твердого раствора, а часть образует окисел; изучение системы ниобий- кислород особенно важно в связи с исследованиями по применению этих металлов в качестве жаростойкого трудноплавкого конструкционного материала. Ниобий и тантал образуют сплавы со многими металлами.Изучению этих сплавов уделяется сейчас особое внимание в связи с тем, что многие из них обладают особо ценными качествами и имеют поэтому большое практическое значение.

В отличие от своего аналога ванадия — ниобий значительно менее склонен к переходу в низшие валентные состояния, а тантал вообще не известен в растворе валентности ниже 5. Поэтому восстановление ниобия и тантала до металлов электролизом водных растворов мало вероятно.

Ниобий, однако, можно восстановить до 4-валентного при электролизе с ртутным катодом или амальгамой цинка.

Этим пользуются в аналитических целях, титруя восстановленный ниобий перманганатом или восстанавливая ниобий перед гидролитическим осаждением тантала с целью его отделения от ниобия.

По последним данным, электролизом сернокислых растворов ниобия можно отделить его от тантала, пользуясь тем, что восстановленный ниобий осаждается из раствора при добавлении сульфата аммония в виде соли предполагаемого состава, содержащего трех- и четырехвалентный нибоий в отношении  1:2.

Электролизом пользуются также для выделения индикаторов количеств радиоактивных изотопов ниобия.Восстановить ниобий до металла удается электролизом расплавов.

Полярографическое поведение ниобия изучалось неоднократно, но широкого практического применения пока не получило.

Некоторые исследователи считают, что волны, наблюдаемые в кислых растворах ниобия, носят каталитический характер, так как их высота значительно больше теоретической.

В соответствии со своим положением в периодической системе ниобий образует окислы кислотного характера. По сравнению с ванадием — его высшим аналогом — ниобий имеет ярко выраженные кислотные свойства. Однако в природе они встречаются только в виде солей своих кислот, в связи с чем за ними долгое время сохранялось название земельных кислот или «кислых земель»

Пятиокись Nb2O5 предстаялет собой белые мелкокристаллические порошки, практически нерастворимые в воде и весьма тугоплавкие. Nb2O5 получается при непосредственном окислении металлического ниобия. Порошкообразный металлический ниобий сгорает в токе кислорода до пятиокиси уже при 400 °C. Теплота образования составляет 455,2 ккал/моль.

В связи с необходимостью получения металлического ниобия высокой частоты возник интерес к его йодиду. Йодиды ниобия и тантала могут быть получены путем обменной реакции между йодидами алюминия или кремния и хлоридами ниобия и тантала при 300-400 °C.

По последним данным йодид ниобия представляет собой кристаллы с бронзовым блеском, легко гидролизующиеся водой и влагой воздуха, не плавящиеся и не улетучивающиеся при температурах до 300 °C.Ниобий и тантал образуют карбиды различного состава.

Монокарбиды ниобия и тантала применяются для изготовления некоторых марок твердых сплавов, для нагревательных элементов различных высокотемпературных установок и для некоторых других целей. Купить ниобий по самой низкой цене можно перейдя по ссылкам ниже.

Пентафториды ниобия

Пентафториды ниобия — сильные льюисовы кислоты, они катализируют реакции Фриделя — Крафтса и образуют аддукты ниобия с самыми различными нейтральными и анионными соединениями.

В отличие от подобных реакций других пентагалогенидов ниобия эти реакции, как правило, являются реакциями присоединения; замещение галогена в молекуле пентафторида или изменение валентности центрального атома металла происходит редко. Температура плавления пентафторидов ниобия самая разная.

Вязкость расплавленных пентафторидов ниобия почти в 250 раз превышают вязкость воды при этих же температурных условиях, что указывает на высокую степень ассоциации молекул в расплавах.

Применение ниобия

Использовать ниобий в качестве легирующего элемента было хорошей идеей. Сталь, легированная ниобием была основательно защищена от коррозии и влияния внешних факторов. Износоустойчивость легированной ниобием стали повышается и при этом она не теряет своих антикоррозионных свойств, т.к. остается пластичной.

В химической промышленности, из-за дефицита ниобия, его потребление минимально. Для производства высокочистых кислот необходима аппаратура из ниобия, которая влияет на скорость получения химических реакций. В медицине очень популярны ниобиевые нити. Хирурги многих стран используют нити из ниобия для сшивания нервов, сухожилий.

После операции у пациентов не возникает побочных эффектов, отторжения, раздражения живой ткани. На заре становления ювелирного дела ниобий пытались приспособить для производства ручных часов. Благодаря своей износостойкости ниобий служит заменой драгоценным металлам.

В ближайшем будущем ниобий станет основным материалом для изготовления сверхпроводящих соленоидов. Подробнее прочитать про применение ниобия.

Купить ниобий

В компании ТК Урал-Металл вы всегда можете приобрести продукцию из ниобия по самым низким ценам на отечественном рынке.

Продукция выпускаемая на современном иностранном оборудовании известных марок, с учетом соблюдения международных сертификатов качества ISO, отечественных ГОСТА и ТУ, самая конкурентоспособная во всем Уральском регионе.

На сайте компании вы всегда можете заказать: ниобиевая проволока, ниобиевый пруток, ниобиевый штабик, ниобиевый лист. Все ваши заказы мы принимаем и обрабатываем точно в срок. В нашей компании вы всегда можете приобрести вольфрам и его сплавы следующих марок: 

5В2МЦ-1, 5ВМЦ, 5ВМЦ-2, 5В2М, 5ВМ, Нц2, НЦ-2-1, 10ВЦ, СБ-1, СБ-У, ВН2, ВН2А, ВН3, ВН4, ВН6, НАЖ-1, НАЖ-2, НБА-0, НБА-1, НБА-1В, НБ1, НБ2, Нб5ВМЦ, Нб5В2МЦ, НБЦ, НБП1, НБШ, НЬШ00,

НБШ1, НВЧ, ОНБ, РН-8.

Мы предлагаем купить следующую продукцию из ниобия:

1. ниобий,
2. ниобиевый  круг,
3. ниобиевая  проволока,
4. ниобиевый штабик.

Источник: https://www.ural-metall.com/niobium

Ниобия оксиды — химия

• NbO
• NbO2
• Nb2O3
• Nb2O5

Из оксидов ниобия наиболее известны монооксид NbO, диоксид NbO2, пентаоксид диниобия Nb2O5. При нагревании на воздухе или в кислороде все низшие оксиды окисляются до Nb2O5.

Прокаливание в токе водорода ведет к восстановлению Nb2O5 до NbO2 и затем до NbO. Серый NbO  имеет металлический вид и хорошо проводит электрический ток. Сине-черная NbO2 образуется в результате восстановления Nb2O5 водородом при 12000С.

1. Низшие окислы ниобия (и тантала) могут получены при 11000С в вакууме  по схеме
2. M2O5 + 3C = 2MO + 3CO
3. Nb2O5 + 3C = 2NbO + 3CO
4. Nb2O5
5. Nb2O5 –бесцветные кристаллы, Тпл =   1510С,    ∆Н0=  — 1897,9 кДж/моль, полупроводник.

В компактном виде ниобий начинает окисляться на воздухе выше 2000С. В виде порошка при нагревании выше 9000С он соединяется с кислородом, образуя Nb2O5. 

Ниобий встречается в природе в виде минерала колумбита M(NbO3)2 (M= Fe, Mn) и Nb2O5. Технология переработки руд V, Nb, Ta  довольно сложна. Для получения свободных металлов может быть использовано взаимодействие их окислов с металлическим кальцием, например

Nb2O5 + 5Ca = 2Nb + 5CaO

Реакции начинаются при нагревании исходных смесей и протекают с большим выделением тепла.

Nb2O5 не растворяется в воде  и почти не растворяется в кислотах, кроме фтористоводородной, с которой образуется H2NbF7 или H2NbOF5.

Водородом Nb2O5 восстанавливается до низших оксидов, с NH3  при 530-8300С образует NbN, с Cl2 при 1000-10600С и с CCl4 при 2300С –оксихлориды и пентахлорид ниобия.

При нагревании Nb2O5 с другими оксидами получают многочисленные ниобаты.

Получают Nb2O5 прокаливанием гидроксида Nb(V) при 600-10000С, гидролизом NbCl5, сжиганием ниобия или его карбида в кислороде.

Nb2O5 – промежуточный продукт при получении Nb, его сплавов, NbC  и др. соединений, компонент огнеупоров, керметов, керамики, стекол с высоким коэффициентом преломления, не пропускающих ИК излучение.

NbO

Монооксид NbO – серые кристаллы, Тпл =  19450С, обладает металлической проводимостью, температура перехода в сверхпроводящее состояние 1,5 К. Около 23300С интенсивно испаряется с диспропорционированием на Nb и O2, что используется при рафинировании Nb методом электроннолучевой плавки.

Получают NbO восстановлением Nb2O5 водородом около 10300С или спеканием смеси Nb и Nb2O5 в вакууме при 1130-13300С.

• NbO2
• Диоксид NbO2 – черные кристаллы, Тпл =  19170С, ∆Н0=   -795,38 кДж/моль, полупроводник.
•  ПолучаютNbO2  спеканием смеси Nb2O5 и Nb  в вакууме при 11300С или как промежуточный продукт при восстановлении Nb2O5 водородом.
• Оксид ниобия(II) — бинарное неорганическое соединение, окисел металла ниобия с формулой NbO, чёрные кристаллы, не растворимые в воде.

Получение

• Пропускание паров окситрихлорида ниобия(V) над магнием:

• Восстановление водородом под давлением 150 ат оксида ниобия(V):

• Спекание смеси ниобия и окситрихлорида ниобия(V) в вакууме:

Физические свойства

1. Оксид ниобия(II) образует чёрные кристаллы кубической сингонии, пространственная группа F m3m, параметры ячейки a = 0,42101 нм, Z = 3.
2. Не растворяется в воде.

4. Обладает металлической проводимостью, при 1,5°К переходит в сверхпроводящее состояние.

Химические свойства

• Разлагается при сильном нагревании в вакууме:

• Реагирует с кислородом при нагревании на воздухе:

• Реагирует с хлором при нагревании:

• Оксид ниобия(III) — бинарное неорганическое соединение, окисел металла ниобия с формулой Nb2O3, чёрно-синие кристаллы, не растворимые в воде.
• Получение
• Восстановление оксида ниобия(V) водородом или металлическим магнием: При спекании в атмосфере азота с углём образует нитрид ниобия: При спекании в инертной атмосфере с углём образует карбид ниобия:
• Оксид ниобия(III) образует чёрно-синие кристаллы.
• Не растворяется в воде.
• Окисляется при нагревании на воздухе:
• Оксид ниобия(IV) — неорганическое соединение, окисел металла ниобия с формулой NbO2, чёрные кристаллы, не растворимые в воде.
• Получение
• Восстановление оксида ниобия(V) водородом: Реагирует с хлором: Восстанавливается водородом: Физические свойства
• Оксид ниобия(IV) образует чёрные кристаллы тетрагональной сингонии,
• Не растворяется в воде.
• Окисляется при нагревании на воздухе: Спекание смеси ниобия и оксида ниобия(V):
• Оксид ниобия(V) — неорганическое соединение, оксид металла ниобия с формулой Nb2O5, белые тугоплавкие кристаллы, термически устойчивые, не растворимые в воде.
• Получение
• Сжигание ниобия в кислороде: Реагирует с хлором в присутствии восстановителей: Восстанавливается водородом: Реагирует с карбонатами щелочных металлов при спекании: Реагирует с растворами щелочей: С фторидом калия в разбавленной плавиковой кислотой: Реагирует с концентрированной плавиковой кислотой:
• При нормальных условиях стабильна форма β-Nb2O5.

Из раствора осаждается в виде гидрата Nb2O5•n H2O, который более реакционноспособный. После прокаливания (выше 500°С) становится химически пассивным.

1. Не растворяется в воде, р ПР = 20,14.
2. Разлагается при сильном нагревании в вакууме, превращаясь в тёмно-синий оксид нестехиометрического состава:
3. Оксид ниобия(V) образует белые кристаллы нескольких (не менее 10) кристаллических модификаций:

Ниобий

• 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.

1. Ниобиевый штабик
3. 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.

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.

https://www.youtube.com/watch?v=fFuA8XC8tIM

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.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://himya.ru/niobiya-oksidy.html

Тугоплавкий металл ниобий

Калькулятор металлопроката

Ниобий сочетает в себе множество полезных физических, механических и технологических свойств, которые определяют его применение от металлургии до ядерной физики. На странице представлено описание данного металла: физические, химические свойства, области применения, марки, виды продукции.

Ниобий (Nb) — химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 41, атомная масса 92,90. Блестящий серебристо-серый металл, относящийся к классу тугоплавких. Имеет плотность 8,57 г/см3, температуру плавления tпл. = 2468 °С, температуру кипения tкип. = 4742 °С. Обладает хорошей прочностью, твердостью и пластичностью.

Описываемый химический элемент относится к редким тугоплавким металлам. В рудах всегда присутствует совместно с танталом. Основные минералы — колумбит-танталит, лопарит, пирохлор.

Открытие ниобия было сделано английским ученым Чарльзом Хэтчетом в 1801 г. Тогда этот металл получил название “колумбий”. До 1844 г. считалось, что Ta и Nb являются одним и тем же элементом. Получить Nb в чистом виде удалось лишь в конце XIX века. Это было сделано французским химиком Анри Муассаном путем восстановления оксида ниобия углеродом в электропечи.

Свойство Значение

Атомный номер	41
Атомная масса, а.е.м	92,90
Радиус атома, пм	146
Плотность, г/см³	8,57
Молярная теплоемкость, Дж/(K·моль)	22,44
Теплопроводность, Вт/(м·K)	53,7
Температура плавления, °С	2468
Температура кипения, °С	4742
Теплота плавления, кДж/моль	26,8
Теплота испарения, кДж/моль	680
Молярный объем, см³/моль	10,8
Группа металлов	Тугоплавкий металл

Свойство Значение

Ковалентный радиус, пм	164
Радиус иона, пм	(+5e) 69
Электроотрицательность (по Полингу)	1,6
Электродный потенциал	0
Степени окисления	5, 4, 3, 2, 1

Промышленное применение находит ка чистый ниобий, не содержащий никаких легирующих элементов, так и сплавы на его основе.

• Нб1 — ниобий высокой чистоты с количеством Nb — 99,84%; поставляется в виде слитков.
• НбШ00, НбШ0, НбШ1 — чистый ниобий в виде штабиков, содержание Nb составляет 99,77%, 99,56%, 99,37% соответственно.
• НбП, НбП-а, НбП-б — чистый ниобий в виде порошка.
• ВН1, ВН2, ВН2АЭ — сплавы ниобия с молибденом; молибденом и цирконием. Первая марка содержит в своем составе 3,8-52% Mo, вторая — 3,5-4,7% Mo и 0,5-0,9% Zr.
• НбЦ, НбЦУ, Нб5В2МЦ, Нб10В2МЦ, Нб10В5МЦУ — группа сплавов на основе ниобия, в состав которых в разных количествах входят вольфрам, молибден, цирконий, углерод.

Достоинства:
• имеет высокую температуру плавления;
• стоек к коррозии во многих химически агрессивных средах;
• имеет хорошие технологические и механические свойства — хорошая пластичность и свариваемость, прочность.

Недостатки:
• относительно небольшой процент содержания в земной коре;
• достаточно высокая стоимость (дешевле, чем тантал, но существенно дороже вольфрама и молибдена).

Основные направления использования металла следующие:

• химическая и атомная промышленность;
• металлургия;
• электроника;
• ядерная физика;
• авиастроение.

Высокая прочность и хорошая стойкость к коррозии в том числе и при высоких температурах позволяют применять ниобий в качестве конструкционного материала. Подобное использование характерно для изготовления деталей летательных аппаратов, труб и контейнеров для передачи и хранения жидких металлов, оболочек для радиоактивных тепловыделяющих элементов. Nb — распространенный легирующий элемент, который позволяет существенно улучшать свойства содержащих его сталей и сплавов. Nb передает в легируемые материалы прочность, коррозионную стойкость, тугоплавкость. Рассматриваемый металл также применяется в изготовлении конденсаторов — важных элементов электронной промышленности. По своим характеристикам ниобиевые конденсаторы уступают танталовым, однако имеют существенно меньшую цену.

Соединения ниобия Nb3Sn, Nb3Ge, NbN и NbTi применяются для производства сверхпроводников. Такие свойства востребованы в научном оборудовании, используемом, например, в физических экспериментах.

Современное промышленное производство предлагает практически полный спектр стандартных заготовок, активно используемых в различных областях. Из круглого проката можно выделить ниобиевую проволоку, пруток и трубу. Плоский прокат представляет ниобиевая фольга и лента, листы, полосы. К исходному сырью можно отнести порошок ниобия, который занимает основополагающее место в цепочке производства изделий из данного металла.

Источник: https://www.metotech.ru/niobiy-opisanie.htm