Նիոբիում

քիմիական միացություն


Նիոբիում (լատ.՝ 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

ՋրածինՀելիումԼիթիումԲերիլիումԲորԱծխածինԱզոտԹթվածինՖտորՆեոնՆատրիումՄագնեզիումԱլյումինՍիլիցիումՖոսֆորԾծումբՔլորԱրգոնԿալիումԿալցիումՍկանդիումՏիտանՎանադիումՔրոմՄանգանԵրկաթԿոբալտՆիկելՊղինձՑինկԳալիումԳերմանիումԱրսենՍելենԲրոմԿրիպտոնՌուբիդիումՍտրոնցիումԻտրիումՑիրկոնիումՆիոբիումՄոլիբդենՏեխնեցիումՌութենիումՌոդիումՊալադիումԱրծաթԿադմիումԻնդիումԱնագԾարիրԹելուրՅոդՔսենոնՑեզիումԲարիումԼանթանՑերիումՊրազեոդիումՆեոդիումՊրոմեթիումՍամարիումԵվրոպիումԳադոլինիումՏերբիումԴիսպրոզիումՀոլմիումԷրբիումԹուլիումԻտերբիումԼյուտեցիումՀաֆնիումՏանտալՎոլֆրամՌենիումՕսմիումԻրիդիումՊլատինՈսկիՍնդիկԹալիումԿապարԲիսմունտՊոլոնիումԱստատՌադոնՖրանցիումՌադիումԱկտինիումԹորիումՊրոտակտիումՈւրանՆեպտունիումՊլուտոնիումԱմերիցիումԿյուրիումԲերկլիումԿալիֆորնիումԷյնշտեյնիումՖերմիումՄենդելեևիումՆոբելիումԼոուրենցիումՌեզերֆորդիումԴուբնիումՍիբորգիումԲորիումՀասիումՄեյտներիումԴարմշտադտիումՌենտգենիումԿոպերնիցիումՈւնունտրիումՖլերովիումՈւնունպենտիումԼիվերմորիումՈւնունսեպտիումՈւնունօկտիումՔիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
41Nb
Cubic-body-centered.svg
Electron shell 041 Niobium.svg
Նիոբիումի բյուրեղները
Նիոբիումը արծաթափայլ մետաղ է
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ Նիոբիում / Niobium (Nb), Nb, 41
Խումբ, պարբերություն, բլոկ 5, 5,
Ատոմային զանգված
(մոլային զանգված)
92,90638(2)[1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա [Kr] 4d4 5s1
Ատոմի շառավիղ 146 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ 164 պմ
Իոնի շառավիղ (+5e)69 պմ
Էլեկտրաբացասականություն 1,6 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ 0
Օքսիդացման աստիճաններ 5, 4, 3, 2, 1
Իոնացման էներգիա
(առաջին էլեկտրոն)
 663,6(6,88) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան 2741 K (2468 °С, 4474 °F)
Եռման ջերմաստիճան 5015 K (4742 °С, 8567 °F)
Մոլյար ջերմունակություն 24,44[2] Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ 10,8 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղացանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք Խորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ 3,301
Դեբայի ջերմաստիճան 275 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն (300 Կ) 53,7 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար CAS գրանցման համար?
41
Նիոբիում
92,906
4d45s1

Բովանդակություն

ՊատմությունԽմբագրել

Նիոբիումը հայտնաբերել է (1801) անգլիացի գիտնական Չ․ 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 հունունական դիցաբանական Տանտալոսի դուստր Նիոբեի անունով)։ Հետագայում պարզվեց, որ այն և կոլումբիումը միևնույն տարրն են։ Մետաղական նիոբիում ստացվել է 1866 թվականին։

Բնության մեջԽմբագրել

Նիոբիումի պարունակությունը երկրակեղևում 2•10−3 զանգված % է (հատկապես մեծ է նեֆելինային սիենիտներում և հրաբխային այլ հիմնային ապարներում), ծովաջրում՝ 1•10−9 %[3]։

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

  • բիաը,
  • պիրոքլորը՝ (Ca,Na)2(Nb, Та, Ti)2 Oe(F, OH)
  • լոպարիտը (Na,Ce,Ca)2 (Ti,Nb,Ta)2O6։

Նիոբիումի վարքը կենսոլորտում վատ է ուսումնասիրված։

ՍտացումԽմբագրել

Մետաղական նիոբիում ստացվել է 1866 թվականին։ Ստացված փոշի կամ սպունգաձև նիոբիումը ենթարկում են բարձրջերմաստիճանային մամլման, հալում էլեկտրական աղեղի կամ էյեկտրոնային 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։

ՀանքավայրերԽմբագրել

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 հատկություններԽմբագրել

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 (1,15•10−24 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 իզոտոպներԽմբագրել

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 հատկություններԽմբագրել

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 սմ3/գ) առաջացնելով ներդրման պինդ լուծույթներ (մինչև 10 ատ․ % Н)։ Թթվածնի հետ սկսում է միանալ 300 °С (փոշին ավելի ցածր) տաքացնելիս առաջանում են Nb2O5, NbO2, NbO, ոչ ստեքիոմետրային Nb2,47, NbO2,42 օքսիդներ և պինդ լուծույթներ։

 

Նիոբիումի ամենատարածված միացությունը՝ Nb2O5-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՝ MNbO3, օրթոնիոբատները՝ M3NbO4 երկնիոբատները՝ M4Nb2O7 և բազմանիոբատները՝ M2nNbmO2,5m+n (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 (NbOF3, NbՕ2Cl և այլն) և կոմպլեքսային աղերը (K2NbOF5 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՝ NbN, 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 Nb2C, NbC կարբիդները։ Բազմաթիվ տարրերի հետ առաջացնում է անընդհատ պինդ լուծույթներ։

Նիոբիումի համաձուլվածքները դժվարահալ են (Zn, Տո և Ti 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։

ԿիրառությունԽմբագրել

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 Zr, Ti-ի համաձուլվածքներից և Nb3Տո-ից պատրաստում են հզոր գերհաղորդիչ պարույրներ։ Հաճախ նիոբիում և նրա համաձուլվածքը Та-ի հետ փոխարինում է ավելի թանկ և ծանր տանտալին։ Նիոբիում մտնում է չժանգոտվող պողպատների բաղադրության մեջ։ Nb3Snկատալիզատոր է, մտնում է ջերմակայուն խառնուրդների բաղադրության մեջ։

Նիոբատներն օգտագործվում են պիեզոէլեկտրական փոխարկիչներ և էլեկտրական կոնդենսատորներ պատրաստելու համար։

ԾանոթագրություններԽմբագրել

  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) (en) // 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 (2012-04-05)։ «USGS Minerals Information: Niobium (Columbium) and Tantalum»։ Minerals.usgs.gov։ Արխիվացված օրիգինալից-ից 2012-11-25-ին։ Վերցված է 2012-08-17 
  7. «Ниобиевые монеты: очарование цвета»։ Euro-Coins.News։ Արխիվացված օրիգինալից-ից 2012-05-28-ին։ Վերցված է 2012-03-12 
  8. «Каталог коллекционных монет Австрии из драгоценных металлов»։ Мир монет։ Արխիվացված օրիգինալից-ից 2012-05-21-ին։ Վերցված է 2012-03-19 

ԳրականությունԽմբագրել

  • Agulyanski Anatoly (2004)։ The chemistry of tantalum and niobium fluoride compounds։ Amsterdam & Boston: Elsevier։ ISBN 0-444-51604-2։ OCLC 162580211 
  • Ebbing Darrell D., Gammon Steven D. (2008)։ General Chemistry (9η ed.)։ Cengage Learning։ ISBN 0-618-85748-6 
  • Emsley J. (2003)։ Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements։ Oxford University Press։ ISBN 0-198-50340-7 
  • Greenwood Norman Neill, Earnshaw Alan (1997)։ Chemistry of the Elements (2η ed.)։ Oxford: Butterworth–Heinemann։ ISBN 0-7506-3365-4 
  • Gupta Chiranjib Kumar, Suri A. K. (1993)։ Extractive Metallurgy of Niobium (1η ed.)։ CRC Press։ ISBN 0-8493-6071-4։ LCCN 93-15954։ Վերցված է 30 Ιανουαρίου 2014 
  • Gupta Chiranjib Kumar (2003)։ Chemical metallurgy: principles and practice։ Wiley-VCH։ ISBN 3-527-30376-6 
  • Heiserman David L. (1992)։ Exploring Chemical Elements and Their Compounds։ New York: Tab Books։ ISBN 0-830-63018-X 
  • Housecroft Catherine E., Sharpe Alan G. (2005)։ Inorganic chemistry (2η ed.)։ Prentice Hall։ ISBN 978-0-1303-9913-7 
  • Mackay Ken M., Mackay Rosemary Ann, Henderson W. (2002)։ Introduction to modern inorganic chemistry (6η ed.)։ CRC Press։ ISBN 978-0-7487-6420-4։ Վերցված է 20 Ιανουαρίου 2014 
  • Μανουσάκης Γεώργιος Ε. (1994)։ Γενική και Ανόργανη Χημεία։ Θεσσαλονίκη: Αφοί Κυριακίδη։ ISBN 960-343-272-5 
  • Pauling Linus (1988)։ General Chemistry (3η ed.)։ Dover Publications։ ISBN 978-04866-5622-9 
  • Wiberg, Egon; Holleman, Arnold Frederick; Wiberg, Nils; Aylett, Bernhard J.; Brewer, William & Eagleson, Mary (2001)։ Inorganic chemistry։ San Diego, California: Academic Press։ ISBN 0-123-52651-5։ OCLC 833903147 
  • Zardiackas Lyle D., Kraay Matthew J., Freese Howard L. (2006)։ Titanium, Niobium, Zirconium, and Tantalum for Medical and Surgical Applications։ ASTM International։ ISBN 0-8031-3497-5 

Արտաքին հղումներԽմբագրել