Ниобий

Ниобий(Nb)
Атомный номер 41
Внешний вид бело-голубой блестящий
мягкий вязкий металл
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
92,90638 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 146 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
663,6(6,88) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Kr] 4d4 5s1
Химические свойства
Ковалентный радиус 134 пм
Радиус иона (+5e)69 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,6
Электродный потенциал 0
Степени окисления 5, 3
Термодинамические свойства
Плотность 8,57 г/см³
Удельная теплоёмкость 0,268 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 53,7 Вт/(м·K)
Температура плавления 2741 K
Теплота плавления 26,8 кДж/моль
Температура кипения 5015 K
Теплота испарения 680 кДж/моль
Молярный объём 10,8 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированая
Период решётки 3,300 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 275,00 K

Содержание

История

Нио́бий был открыт в 1801 г. английским учёным Ч. Хатчетом в минерале (колумбите), найденном в бассейне р. Колумбии, и потому получил название «колумбий». В 1844 г. немецкий химик Генрих Розе переименовал его в «ниобий» в честь дочери Тантала Ниобы, чем подчеркнул сходство между ниобием и танталом. Однако в некоторых странах (США, Англии) долго сохранялось первоначальное название элемента — колумбий, и только в 1950 г. решением Международного союза чистой и прикладной химии (ИЮПАК, IUPAC) элементу окончательно было присвоено название ниобий.

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 алюмино- или силикотермическим восстановлением на феррониобий (40—60 % Nb) и ферротанталониобий. Металлический ниобий получают из рудных концентратов по сложной технологии в три стадии: 1) вскрытие концентрата, 2) разделение ниобия и тантала и получение их чистых химических соединений, 3) восстановление и рафинирование металлического ниобия и его сплавов. Основные промышленные методы производства Nb и сплавов — алюминотермический, натриетермический, карботермический: из смеси Nb2O5 и сажи вначале получают при 1800°C в атмосфере водорода карбид, затем из смеси карбида и пятиокиси при 1800—1900°С 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. Натриетермическим 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 электроннолучевой и вакуумной дуговой плавкой; монокристаллы ниобия высокой чистоты — бестигельной электроннолучевой зонной плавкой.

Физические свойства

Блестящий металл, напоминающий цирконий или нержавеющую сталь.

Химические свойства

Как и все металлы своей группы, весьма устойчив в обычных условиях, так как покрыт тонкой пленкой пассивирующего оксида.

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 холоду и свариваемость. Основные области применения ниобия: ракетостроение, авиационная и космическая техника, радиотехника, электроника, химическое аппаратостроение, атомная энергетика. Из чистого ниобия или его сплавов изготовляют детали летательных аппаратов; оболочки для урановых и плутониевых тепловыделяющих элементов; контейнеры и трубы; для жидких металлов; детали электрических конденсаторов; «горячую» арматуру электронных (для радарных установок) и мощных генераторных ламп (аноды, катоды, сетки и др.); коррозионноустойчивую аппаратуру в хим. пром-сти. Ниобием легируют другие цветные металлы, в том числе уран. Ниобий применяют в криотронах — сверхпроводящих элементах вычислительных машин, а станнид Nb3Sn и сплавы ниобия с титаном и цирконием — для изготовления сверхпроводящих соленоидов. 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 в нержавеющие хромоникелевые стали для предотвращения их межкристаллитной коррозии и разрушения и в стали др. типов для улучшения их свойств. Применяют и соединения ниобия: Nb2O5 (катализатор в химической промышленности; в производстве огнеупоров, керметов, спец. стёкол), нитрид, карбид, ниобаты.

Один из активно применяемых сверхпроводников (температура сверхпроводящего перехода 9,25 К). Ниобий используется также в магнитных сплавах. Применяется как легирующая добавка. Нитрид ниобия используется для производства сверхпроводящих болометров. Карбид ниобия(т.пл 3480 °C) в сплаве с карбидом циркония и карбидом урана-235, является важнейшим кострукционным материалом для ТВЭЛов твердофазных ядерных реактивных двигателей. Исключительная стойкость ниобия и его сплавов с танталом в перегретом паре цезия-133 — делает его одним из наиболее предпочтительных и дешевых конструкционных материалов для термоэмиссионных генераторов большой мощности. В связи с строительством термоядерных реакторов(начало стройки ИТЕР в 2007 году) и расширением термоядерной энергетики в ближайшие 8—12 лет потребуются очень большие количества ниобия и в ближайшие 3—4 года цены и спрос на ниобий вырастут в 5—9 раз.

Ссылки


Периодическая система элементов
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home