Ніобій

Властивості ніобію

Атомний номер 41
Номер CAS 7440-03-1
Атомна маса 92,91
Температура плавлення 2 468 °C
Температура кипіння 4 900 °C
Атомний об'єм 0,0180 нм3
Густина при 20 °C 8,55 г/см³
Кристалічна структура об'ємно-центрований кубічний
Постійна решітки 0,3294 [нм]
Достаток у земній корі 20,0 [г/т]
Швидкість звуку 3480 м/с (при кімнатній температурі) (тонкий стрижень)
Теплове розширення 7,3 мкм/(м·К) (при 25 °C)
Теплопровідність 53,7 Вт/(м·К)
Питомий електричний опір 152 нОм·м (при 20 °C)
твердість за шкалою Мооса 6.0
Твердість за Віккерсом 870-1320 МПа
Твердість за Брінеллем 1735-2450 МПа

Ніобій, раніше відомий як колумбій, — хімічний елемент із символом Nb (раніше Cb) та атомним номером 41. Це м'який, сірий, кристалічний, пластичний перехідний метал, який часто зустрічається в мінералах пірохлору та колумбіті, звідси й попередня назва «колумбій». Його назва походить з грецької міфології, а саме від Ніоби, дочки Тантала, тезки танталу. Назва відображає велику схожість між двома елементами у їхніх фізичних та хімічних властивостях, що ускладнює їх розрізнення.

Англійський хімік Чарльз Гетчетт повідомив про новий елемент, подібний до танталу, у 1801 році та назвав його колумбій. У 1809 році англійський хімік Вільям Гайд Волластон помилково дійшов висновку, що тантал і колумбій ідентичні. Німецький хімік Генріх Розе визначив у 1846 році, що танталові руди містять другий елемент, який він назвав ніобієм. У 1864 та 1865 роках серія наукових відкриттів підтвердила, що ніобій і колумбій — це один і той самий елемент (на відміну від танталу), і протягом століття обидві назви використовувалися як взаємозамінні. Ніобій був офіційно прийнятий як назва елемента в 1949 році, але назва колумбій залишається вживаною в металургії Сполучених Штатів.

Ніобій

Лише на початку 20 століття ніобій вперше почали використовувати в комерційних цілях. Бразилія є провідним виробником ніобію та фероніобію, сплаву ніобію, що містить 60–70% ніобію із залізом. Ніобій використовується здебільшого у сплавах, найбільша його частина — у спеціальній сталі, такій як та, що використовується в газопроводах. Хоча ці сплави містять максимум 0,1%, невеликий відсоток ніобію підвищує міцність сталі. Температурна стабільність надсплавів, що містять ніобій, важлива для їх використання в реактивних та ракетних двигунах.

Ніобій використовується в різних надпровідних матеріалах. Ці надпровідні сплави, що також містять титан та олово, широко використовуються в надпровідних магнітах МРТ-сканерів. Інші застосування ніобію включають зварювання, ядерну промисловість, електроніку, оптику, нумізматику та ювелірні вироби. В двох останніх застосуваннях низька токсичність та іризація, що утворюються внаслідок анодування, є дуже бажаними властивостями. Ніобій вважається технологічно критичним елементом.

Фізичні характеристики

Ніобій — блискучий, сірий, пластичний, парамагнітний метал 5-ї групи періодичної таблиці (див. таблицю), з електронною конфігурацією на найзовніших оболонках, нетиповою для 5-ї групи. (Це можна спостерігати поблизу рутенію (44), родію (45) та паладію (46).

Хоча вважається, що він має об'ємно-центровану кубічну кристалічну структуру від абсолютного нуля до точки плавлення, вимірювання теплового розширення з високою роздільною здатністю вздовж трьох кристалографічних осей виявляють анізотропії, які несумісні з кубічною структурою.[28] Тому очікуються подальші дослідження та відкриття в цій галузі.

Ніобій стає надпровідником за кріогенних температур. За атмосферного тиску він має найвищу критичну температуру серед елементарних надпровідників – 9,2 К. Ніобій має найбільшу глибину магнітного проникнення серед усіх елементів. Крім того, він є одним із трьох елементарних надпровідників II типу, поряд із ванадієм та технецієм. Надпровідні властивості сильно залежать від чистоти металу ніобію.

У дуже чистому вигляді він порівняно м'який і пластичний, але домішки роблять його твердішим.

Цей метал має низький поперечний переріз захоплення теплових нейтронів; тому його використовують у ядерній промисловості, де потрібні нейтронно-прозорі структури.

Хімічні характеристики

Метал набуває блакитного відтінку при тривалому контакті з повітрям кімнатної температури. Незважаючи на високу температуру плавлення в елементарному стані (2468 °C), він має нижчу щільність, ніж інші тугоплавкі метали. Крім того, він стійкий до корозії, має надпровідні властивості та утворює діелектричні оксидні шари.

Ніобій трохи менш електропозитивний і компактніший, ніж його попередник у періодичній таблиці, цирконій, тоді як за розміром він практично ідентичний важчим атомам танталу в результаті лантаноїдного скорочення. В результаті хімічні властивості ніобію дуже схожі на властивості танталу, який знаходиться безпосередньо під ніобієм у періодичній таблиці. Хоча його корозійна стійкість не така видатна, як у танталу, нижча ціна та більша доступність роблять ніобій привабливим для менш вимогливих застосувань, таких як футеровка чанів на хімічних заводах.

Гарячі вироби з ніобію

Напишіть своє повідомлення тут і надішліть його нам