Նիոբիում

քիմիական միացություն


Նիոբիում (լատին․՝ Niobium), քիմիական տարր, որի նշանն է Nb, տարրերի պարբերական համակարգի 5-րդ պարբերության 5 խմբի տարր, կարգահամարը՝ 41, ատոմական զանգվածը՝ 92,9064։ d տարր է, ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է 4s24p64d45s1։ К, L, М թաղանթները լրացված են։ Բնական նիոբիումը բաղկացած է միայն 93Nb կայուն իզոտոպից։ Նիոբիումը բաց մոխրագույն արծաթափայլ մետաղ է։ Այն հայտնաբերվել է նաև միջուկային պայթյունից հետո առաջացող ռադիոակտիվ նստվածքներում։

41 Ցիրկոնիում

Նիոբիում Մոլիբդեն

Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգՋրածինՀելիումԼիթիումԲերիլիումԲորԱծխածինԱզոտԹթվածինՖտորՆեոնՆատրիումՄագնեզիումԱլյումինՍիլիցիումՖոսֆորԾծումբՔլորԱրգոնԿալիումԿալցիումՍկանդիումՏիտանՎանադիումՔրոմՄանգանԵրկաթԿոբալտՆիկելՊղինձՑինկԳալիումԳերմանիումԱրսենՍելենԲրոմԿրիպտոնՌուբիդիումՍտրոնցիումԻտրիումՑիրկոնիումՆիոբիումՄոլիբդենՏեխնեցիումՌութենիումՌոդիումՊալադիումԱրծաթԿադմիումԻնդիումԱնագԾարիրՏելուրՅոդՔսենոնՑեզիումԲարիումԼանթանՑերիումՊրազեդիումՆեոդիմՊրոմեթիումՍամարիումԵվրոպիումԳադոլինիումՏերբիումԴիսպրոզիումՀոլմիումԷրբիումԹուլիումԻտերբիումԼուտեցիումՀաֆնիումՏանտալՎոլֆրամՌենիումՕսմիումԻրիդիումՊլատինՈսկիՍնդիկԹալիումԿապարԲիսմութՊոլոնիումԱստատՌադոնՖրանցիումՌադիումԱկտինիումԹորիումՊրոտակտինիումՈւրանՆեպտունիումՊլուտոնիումԱմերիցիումԿյուրիումԲերկլիումԿալիֆորնիումԷյնշտեյնիումՖերմիումՄենդելեևիումՆոբելիումԼոուրենսիումՌեզերֆորդիումԴուբնիումՍիբորգիումԲորիումՀասիումՄայտներիումԴարմշտադտիումՌենտգենիումԿոպեռնիցիումՆիհոնիումՖլերովիումՄոսկովիումԼիվերմորիումԹենեսսինՕգանեսոն
Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
41Nb
Նիոբիումի բյուրեղները
Նիոբիումը արծաթափայլ մետաղ է
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվՆիոբիում / Niobium (Nb), Nb, 41
Խումբ, պարբերություն, բլոկ5, 5,
Ատոմային զանգված
(մոլային զանգված)
92,90638(2)[1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա[Kr] 4d4 5s1
Ատոմի շառավիղ146 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ164 պմ
Իոնի շառավիղ(+5e)69 պմ
Էլեկտրաբացասականություն1,6 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ0
Օքսիդացման աստիճաններ5, 4, 3, 2, 1
Իոնացման էներգիա
(առաջին էլեկտրոն)
 663,6(6,88) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան2741 K (2468 °С, 4474 °F)
Եռման ջերմաստիճան5015 K (4742 °С, 8567 °F)
Մոլյար ջերմունակություն24,44[2] Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ10,8 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածքԽորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ3,301
Դեբայի ջերմաստիճան275 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն(300 Կ) 53,7 Վտ/(մ·Կ)
CAS համարCAS գրանցման համար?
41
Նիոբիում
92,906
4d45s1

Պատմություն

խմբագրել

Նիոբիումը հայտնաբերել է (1801) անգլիացի գիտնական Չառլզ Հատչետը (1765-1847) Կոլումբիայում գտնված միներալում և անվանել «կոլումբիում»։

1844 թվականին գերմանացի քիմիկոս Հ․ Ռոզեն (1795-1864) հայտնաբերեց «Նոր» տարր, որին, տանտալին նման լինելու պատճառով, անվանեց նիոբիում (հին հունական դիցաբանական Տանտալոսի դուստր Նիոբեի անունով)։ Հետագայում պարզվեց, որ այն և կոլումբիումը միևնույն տարրն են։ Մետաղական նիոբիում ստացվել է 1866 թվականին։

Բնության մեջ

խմբագրել

Նիոբիումի պարունակությունը երկրակեղևում   զանգված % է (հատկապես մեծ է նեֆելինային սիենիտներում և հրաբխային այլ հիմնային ապարներում), ծովաջրում՝  [3]։

Հանդիպում է տանտալի, հազվագյուտ հողային և այլ տարրերի հետ։ Կարևոր միներալներն են՝

  • կոլումբիտը,
  • պիրոքլորը՝  
  • լոպարիտը  

Նիոբիումի վարքը կենսոլորտում վատ է ուսումնասիրված։

Ստացում

խմբագրել

Մետաղական նիոբիում ստացվել է 1866 թվականին։ Ստացված փոշի կամ սպունգաձև նիոբիումը ենթարկում են բարձրջերմաստիճանային մամլման, հալում էլեկտրական աղեղի կամ էլեկտրոնային ճառագայթի միջոցով՝ վակուումում։

Բարձր մաքրության նիոբիումը ստանում են զոնային հալման եղանակով։ Մետաղական նիոբիում վերամշակում են մամլման միջոցով, ենթարկելով միջանկյալ ջերմամշակման վակուումում կամ իներտ գազի միջավայրում։

Հանքավայրեր

խմբագրել

Նիոբիումի հանքավայրերը գտնվում են ԱՄՆ-ում, Ճապոնիայում[4], Ռուսաստանում, Բրազիլիայում, Կանադայում[5].

Նիոբիումի արտադրության երկրներում (տոննա)[6] (USGS գին)
Երկիր 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
  Ավստրալիա 160 230 290 230 200 200 200 ? ? ? ? ?
  Բրազիլիա 30 000 22 000 26 000 29 000 29 900 35 000 40 000 57 300 58 000 58 000 58 000 58 000
  Կանադա 2,290 3,200 3,410 3,280 3,400 3,310 4,167 3020 4380 4330 4420 4400
  Կոնգո ? 50 50 13 52 25 ? ? ? ? ? ?
  Մոզամբիկ ? ? 5 34 130 34 29 ? ? ? ? ?
  Նիգերիա 35 30 30 190 170 40 35 ? ? ? ? ?
  Ռուանդա 28 120 76 22 63 63 80 ? ? ? ? ?
Ամբողջ աշխարհում
32 600 25 600 29 900 32 800 34 000 38 700 44 500 60 400 62 900 62 900 62 900 63 000

Ֆիզիկական հատկություններ

խմբագրել

Նիոբիումը բաց մոխրագույն արծաթափայլ մետաղ է, հալման ջերմաստիճանը՝ 2468 °C, եռմանը՝ 5127 °C, խտությունը՝ 8570 կգ/մ³ (20 °C)։ 9,22 °C-ից ցածր՝ գերհաղորդիչ է, ունի ջերմային նեյտրոնների զավթման փոքր կտրվածք (  մ²)։ Կռելի է, դյուրասահ՝ հեշտ մամլվում է։

Մեխանիկական հատկությունները կախված են մաքրության աստիճանից։ Խառնուրդները, հատկապես ջրածինը, ազոտը, ածխածինը և թթվածինը, խիստ մեծացնում են նրա կարծրությունը։

Նիոբիումի իզոտոպներ

խմբագրել

Բնական նիոբիումը բաղկացած է միայն 93Nb կայուն իզոտոպից։ Արհեստականորեն ստացվել են 88-101 զանգվածային թվերով ռադիոակտիվ իզոտոպները, որոնցից կարևոր է 95Nb (T1/2= -35 օր, β-, γ)։ Այն հայտնաբերվել է նաև միջուկային պայթյունից հետո առաջացող ռադիոակտիվ նստվածքներում։

Քիմիական հատկություններ

խմբագրել
 
 

Սովորական պայմաններում քիմիապես խիստ կայուն է, չի լուծվում ջրում, թթուներում, արքայաջրում, ամոնիակի և աղերի լուծույթներում։ Լուծվում է ֆտորաջրածնական թթվում, սրա և ազոտական թթվի խառնուրդում, հալած ալկալիներում։

 

Կայուն է ալկալիական մետաղների, բիսմութի և ուրանի հալույթների նկատմամբ։ Օքսիդացնող թթուները նրան պասիվացնում են։

Բարձր ջերմաստիճաններում քիմիաքկան ակտիվությունը մեծանում է։ Միացություններում նիոբիում ձեռք է բերում +1-ից +5 օքսիդացման աստիճան, որոնցից ամենակայունը +5 վիճակն է։

Ջրածինը լուծվում է նիոբիումում (20°С-ում՝ 104 սմ²/գ) առաջացնելով ներդրման պինդ լուծույթներ (մինչև 10 ատ․ % Н)։ Թթվածնի հետ սկսում է միանալ 300 °С (փոշին ավելի ցածր) տաքացնելիս առաջանում են  , ոչ ստեքիոմետրային   օքսիդներ և պինդ լուծույթներ։

 

Նիոբիումի ամենատարածված միացությունը՝  -ը, սպիտակ փոշի է, հալվում է 1512 °C-ում։ Թթվային օքսիդ է, որին համապատասխանող նիոբիումական թթուները մաքուր վիճակում չեն ստացվել։ Հայտնի են այդ թթուների աղերը՝ նիոբատները․ մետանիոբատները՝  , օրթոնիոբատները՝   երկնիոբատները՝   և բազմանիոբատները՝   (M-ը միարժեք մետաղ է), որոնք մեծ մասամբ ջրում անլուծելի, քիմիական և ջերմային ազդակների նկատմամբ կայուն միացություններ են։

1, 2 և 3 արժեք մետաղների նիոբատներից շատերը սեգնետաէլեկտրիկներ են (ունեն բարձր Կյուրիի կետ), մի քանիսը նաև պիեզոէլեկտրիկներ և պիրաէլեկտրիկներ են։

Ֆտորի հետ նիոբիումը միանում է սենյակի ջերմաստիճանում, մյուս հալոգենների հետ՝ տաքացնելիս (200 °C-ից բարձր)։

Հալոգենիդները հեշտ ցնդող միացություններ են։ Հայտնի են նաև օքսիհալոգենիդները (  և այլն) և կոմպլեքսային աղերը (  և այլն)։

Նիոբիումը միանում է ծծմբի, սելենի, տելուրի և ֆոսֆորի հետ (500-600 °C)՝ առաջացնելով փոփոխական բաղադրության սուլֆիդներ, սելենիդներ, տելուրիդներ և ֆոսֆիդներ։

 

Ազոտի հետ առաջացնում է ներդրման պինդ լուծույթներ։ Տաքացնելիս ազոտի լուծելիությունը նիոբիումում մեծանում է։

 

Նիոբիումի բարձրագույն նիտրիդը՝  , բաց մոխրագույն, դեղնավուն երանգով նյութ է, որը 15,6 K-ից ցածր ջերմաստիճաններում գերհաղորդիչ է։

 

Ածխածնի հետ նիոբիումը միանում է 1800-2000 °C-ում՝ առաջացնելով մինչև 2 ատ․ % պարունակող պինդ լուծույթներ և   կարբիդները։ Բազմաթիվ տարրերի հետ առաջացնում է անընդհատ պինդ լուծույթներ։

Նիոբիումի համաձուլվածքները դժվարահալ են (  և   հետ՝ նաև գերհաղորդիչներ) և տաքացնելիս (1000°-ից բարձր) պահպանում են իրենց մեխանիկական կայունությունը։ Նիոբիումը և նրա համաձուլվածքները զոդվում են տիտանի, պղնձի, ցիրկոնիումի և այլ մետաղների հետ։

Նիոբիումի հարստացված հանքանյութերից միացությունները կորզում են ալկալիների կամ կարբոնատների հետ միահալելով, ծծմբական կամ ֆտորաջրածնական թթվում լուծելով, քլորելով։

 
 

Ստացված նիոբիումի օքսիդները, կոմպլեքսային ֆտորիդները և քլորիդները պարունակում են տանտալի համապատասխան միացությունները, որոնցից անջատում են օրգանական լուծիչներում ընտրողաբար լուծելով, կոտորակային բյուրեղացմամբ (կոմպլեքսային ֆտորիդները) կամ կոտորակային թորումով (քլորիդները)։

 
 

Նիոբիումի օքսիդները վերականգնում են ածխածնով կամ ալյումինով, ֆտորիդները՝ նատրիումով, քլորիդները՝ մանգանով, նատրիումով և ջրածնով, հալած աղերը՝ էլեկտրոլիզով։ Ջրածնից, թթվածնից և ազոտից նիոբիում մաքրում են վակուումում՝ տաքացնելով։

Կիրառություն

խմբագրել

Նիոբիում կիրառությունը արագ աճում է հրթիռաշինության, ինքնաթիռաշինության մեջ, տիեզերական տեխնիկայում, ռադիոտեխնիկայում, էլեկտրոնիկայում, ատոմային էներգետիկայում, քիմիական սարքաշինության մեջ։ Նիոբիումը և նրա համաձուլվածքներն օգտագործվում են թռչող սարքերի մասեր, ուրանային և պլուտոնիումային ջերմատվիչ բջիջների պատյաններ, հեղուկ մետաղների համար խողովակներ և անոթներ, էլեկտրական կոնդենսատորներ, հզոր գեներատորային լամպեր, ռադարային էլեկտրոնային սարքավորումներ, հաշվիչ մեքենաների գերհաղորդիչ բջիջներ են պատրաստելու համար։

Ավստրիայում թողարկվում է արծաթի և նիոբիումի բիմետաղական մետաղադրամների հավաքածու՝ արժեքը 25 եվրո[7][8]։

Նիոբիումը և  -ի համաձուլվածքներից և  -ից պատրաստում են հզոր գերհաղորդիչ պարույրներ։ Հաճախ նիոբիում և նրա համաձուլվածքը  -ի հետ փոխարինում է ավելի թանկ և ծանր տանտալին։ Նիոբիում մտնում է չժանգոտվող պողպատների բաղադրության մեջ։  կատալիզատոր է, մտնում է ջերմակայուն խառնուրդների բաղադրության մեջ։

Նիոբատներն օգտագործվում են պիեզոէլեկտրական փոխարկիչներ և էլեկտրական կոնդենսատորներ պատրաստելու համար։

Ծանոթագրություններ

խմբագրել
  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report)(անգլ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 249. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8
  3. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  4. Редкий ниобий на редкоземельном рынке
  5. Месторождение ниобия и тантала
  6. Larry D. Cunningham (2012 թ․ ապրիլի 5). «USGS Minerals Information: Niobium (Columbium) and Tantalum». Minerals.usgs.gov. Արխիվացված օրիգինալից 2012 թ․ նոյեմբերի 25-ին. Վերցված է 2012 թ․ օգոստոսի 17-ին.
  7. «Ниобиевые монеты: очарование цвета». Euro-Coins.News. Արխիվացված օրիգինալից 2012 թ․ մայիսի 28-ին. Վերցված է 2012 թ․ մարտի 12-ին.
  8. «Каталог коллекционных монет Австрии из драгоценных металлов». Мир монет. Արխիվացված է օրիգինալից 2012 թ․ մայիսի 21-ին. Վերցված է 2012 թ․ մարտի 19-ին.

Գրականություն

խմբագրել

Արտաքին հղումներ

խմբագրել
Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 8, էջ 303