Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Ніобій



План:


Введення

Ніобій - елемент побічної підгрупи п'ятої групи п'ятого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, атомний номер 41. Позначається символом Nb ( лат. Niobium ). Проста речовина ніобій ( CAS-номер : 7440-03-1) - блискучий метал сріблясто-сірого кольору.


1. Історія

Ніобій був відкритий в 1801 англійським ученим Ч. Хатчет в мінералі ( колумбіт), знайденому в басейні р.. Колумбії, і тому отримав назву "колумбій".

В 1844 німецький хімік Генріх Розі перейменував його в "ніобій" на честь дочки Тантала Ніобій, чим підкреслив схожість між ніобієм і танталом. Проте в деяких країнах (США, Англії) довго зберігалося первинна назва елемента - колумбій, і лише в 1950 рішенням Міжнародного союзу теоретичної та прикладної хімії ( ІЮПАК, IUPAC) елементу остаточно було присвоєно назву ніобій.


2. Знаходження в природі

Кларк ніобію 18 г / т. Змісту ніобію збільшується від ультраосновних (0,2 г / т Nb) до кислих порід (24 г / т Nb). Ніобію завжди супроводжує тантал. Тісні хімічні властивості ніобію і танталу обумовлюють спільне їх перебування в одних і тих же мінералах і участь у спільних геологічних процесах. Ніобій здатний заміщати титан в ряді тітансодержащіх мінералів (Стено, ортіт, перовськит, біотит). Форма знаходження ніобію в природі може бути різною: розсіяною (в породоутворюючих і акцесорних мінералах магматичних порід) і мінеральної. У загальній складності відомо більше 100 мінералів, що містять ніобій. З них промислове значення мають лише деякі: колумбіт-танталіт (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6, пірохлор (Na, Ca, TR, U) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (OH, F ) (Nb 2 O 5 0 - 63%), лопаріт (Na, Ca, Ce) (Ti, Nb) O 3 ((Nb, Ta) 2 O 5 8 - 10%), іноді використовуються евксеніт, тороліт, ільменорутіл, а також мінерали, що містять ніобій у вигляді домішок (ільменіт, каситерит, вольфраму). У лужних - ультраосновних породах ніобій розсіюється в мінералах типу перовскіту і в евдіаліте. У екзогенних процесах мінерали ніобію і танталу, будучи стійкими, можуть накопичуватися в деллювіально-алювіальних розсипах (колумбітовие розсипи), іноді в бокситах кори вивітрювання. Концентрація ніобію в морській воді 1 10 -5 мг / л [2].


2.1. Родовища

Родовища ніобію розташовані в США, Японії [3], Росії, Бразилії, Канаді [4].

3. Отримання

Руди ніобію - зазвичай комплексні та бідні металом. Рудні концентрати містять Nb 2 O 5: пірохлоровие - не менше 37%, лопарітовие - 8%, колумбітовие - 30-60%. Більшу їх частину переробляють алюмо-або сілікотерміческім відновленням на Фероніобій (40-60% Nb) і ферротанталоніобій. Металевий ніобій отримують з рудних концентратів за складною технологією в три стадії:

1) розтин концентрату, 2) поділ ніобію і танталу і отримання їх чистих хімічних сполук, 3) відновлення і рафінування металевого ніобію і його сплавів. Основні промислові методи виробництва Nb і сплавів - алюмотерміческій, натрійтерміческій, карботерміческій: з суміші Nb 2 O 5 і сажі спочатку отримують при 1800 C в атмосфері водню карбід, потім із суміші карбіду і пятиокиси при 1800-1900 C у вакуумі - метал; для одержання сплавів ніобію в цю суміш додають оксиди легуючих металів; за іншим варіантом ніобій відновлюють при високій температурі у вакуумі безпосередньо з Nb 2 O 5 сажею. Натрійтерміческім способом ніобій відновлюють натрієм з K 2 NbF 7, алюмінотерміческім - алюмінієм з Nb 2 O 5. Компактний метал ( сплав) виробляють методами порошкової металургії, спека спресовані з порошків штабики у вакуумі при 2300 C або електроннопроменевої і вакуумної дугового плавкою; монокристали ніобію високої чистоти - бестигельной електроннопроменевої зонної плавкою.


4. Фізичні та хімічні властивості

4.1. Фізичні властивості

Ніобій - блискучий сріблясто-сірий метал з кубічної об'ємно центрованої кристалічною решіткою типу α-Fe, а = 0,3294 нм.

4.2. Хімічні властивості

Хімічно ніобій досить стійкий. При прожарюванні на повітрі окислюється до Nb 2 О 5. Для цього оксиду описано близько 10 кристалічних модифікацій. При звичайному тиску стабільна β-форма Nb 2 О 5.

  • При сплаві Nb 2 О 5 з різними оксидами отримують ніобіту: Ti 2 Nb 10 Про 29, FeNb 49 Про 124. Ніобіту можуть розглядатися як солі гіпотетичних ніобієвих кислот. Вони діляться на метаніобати MNbO 3, ортоніобати M 3 NbO 4, піроніобати M 4 Nb 2 O 7 або полініобати M 2 O nNb 2 O 5 (M - однозарядний катіон, n = 2-12). Відомі ніобіту двох-і трехзарядних катіонів.
  • Ніобіту реагують з HF, розплавами гідрофторідов лужних металів (KHF 2) і амонію. Деякі ніобіту з високим ставленням M 2 O / Nb 2 O 5 гідролізуються :
6Na 3 NbO 4 + 5H 2 O = Na 8 Nb 6 O 19 + 10NaOH.
  • Ніобій утворює NbO 2, NbO, ряд оксидів, проміжних між NbO 2,42 і NbO 2,50 та близьких за структурою до β-формі Nb 2 О 5.
  • З галогенами ніобій утворює пентагалогеніди NbHal 5, тетрагалогеніди NbHal 4 і фази NbHal 2,67 - NbHal 3 + x, в яких є угруповання Nb 3 або Nb 2. Пентагалогеніди ніобію легко гідролізуються водою.
  • У присутності парів води і кисню NbCl 5 і NbBr 5 утворюють оксигалогенідов NbOCl 3 та NbOBr 3 - пухкі ватообразние речовини.
  • При взаємодії ніобію і графіту утворюються карбіди Nb 2 C і NbC, тверді жароміцні з'єднання. В системі Nb - N існують декілька фаз змінного складу і нітриди Nb 2 N і NbN. Подібним чином поводиться ніобій в системах з фосфором і миш'яком. При взаємодії ніобію з сіркою отримані сульфіди : NbS, NbS 2 і NbS 3. Синтезовано подвійні фториди Nb і калію ( натрію) - K 2 [NbF 7].
  • З водних розчинів виділити електрохімічно ніобій поки не вдалося. Можливо електрохімічне одержання сплавів, що містять ніобій. Електролізом безводних сольових розплавів може бути виділений металевий ніобій.

5. Застосування

Застосування і виробництво ніобію швидко зростають, що обумовлено поєднанням таких його властивостей, як тугоплавкі, малий перетин захоплення теплових нейтронів, здатність утворювати жароміцні, надпровідні та ін сплави, корозійна стійкість, геттерние властивості, низька робота виходу електронів, хороші оброблюваність тиском на холоді і зварюваність. Основні області застосування ніобію: ракетобудування, авіаційна і космічна техніка, радіотехніка, електроніка, хімічна апаратобудування, атомна енергетика.


5.1. Застосування металевого ніобію

  • З чистого ніобію або його сплавів виготовляють деталі літальних апаратів; оболонки для уранових і плутонієвих тепловиділяючих елементів; контейнери і труби для рідких металів; деталі електролітичних конденсаторів; "гарячу" арматуру електронних (для радарних установок) і потужних генераторних ламп ( аноди, катоди, сітки тощо); корозієстійких апаратуру в хімічній промисловості.
  • Ніобієм легують інші кольорові метали, в тому числі уран.
  • Ніобій застосовують в кріотрон - надпровідних елементах обчислювальних машин. Ніобій також відомий тим, що він використовується в прискорюють структурах великого адронного коллайдера [5].

5.2. Інтерметаліди і сплави ніобію

  • Станід Nb 3 Sn та сплави ніобію з титаном і цирконієм застосовуються для виготовлення надпровідних соленоїдів.
  • Ніобій і сплави з танталом в багатьох випадках заміняють тантал, що дає великий економічний ефект (ніобій дешевше і майже вдвічі легше, ніж тантал).
  • Фероніобій вводять в нержавіючі хромонікелеві стали для запобігання їх міжкристалітної корозії і руйнування і в сталі ін типів для поліпшення їх властивостей.
  • Ніобій використовується при карбуванні колекційних монет. Так, латвійська Банк стверджує, що в колекційних монетах гідністю 1 лат поряд зі сріблом використовується ніобій [6] [7].

5.3. Застосування сполук ніобію

  • Nb 2 O 5 - каталізатор у хімічній промисловості;
  • у виробництві вогнетривів, керметів, спеціальних стекол, нітрид, карбід, ніобіту.
  • Карбід ніобію (т. пл. 3480 C) в сплаві з карбідом цирконію та карбідом урану-235 є найважливішим конструкційним матеріалом для ТВЕЛів твердофазних ядерних реактивних двигунів.
  • Нітрид ніобію NbN використовується для виробництва тонких і ультратонких надпровідних плівок з критичною температурою від 5 до 10 К з вузьким переходом, порядку 0,1 К.

5.4. Надпровідні матеріали першого покоління

  • Один з активно застосовуються надпровідників (температура надпровідного переходу 9,25 К). З'єднання ніобію мають температуру надпровідного переходу до 23,2 К (Nb 3 Ge).
  • Найбільш часто використовувані промислові надпровідники - NbTi і Nb 3 Sn.
  • Ніобій використовується також в магнітних сплавах.
  • Застосовується як легуюча добавка.
  • Нітрид ніобію використовується для виробництва надпровідних болометрів.
  • Виняткова стійкість ніобію і його сплавів з танталом в перегрітому парі цезію-133 робить його одним з найбільш бажаних і дешевих конструкційних матеріалів для термоемісійних генераторів великої потужності.

6. Біологічна роль

6.1. Фізіологічна дія

Металевий пил ніобію вогненебезпечна і подразнює очі та шкіру. Деякі сполуки ніобію дуже токсичні. ГДК ніобію в воді 0,01 мг / л. При попаданні в організм викликає роздратування внутрішніх органів і подальший параліч кінцівок.


Примітки

  1. Редкол.: Кнунянц І. Л. (гл. ред.) Хімічна енциклопедія: у 5 т - Москва: Радянська енциклопедія, 1992. - Т. 3. - С. 249. - 639 с. - 50 000 прим . - ISBN 5-85270-039-8.
  2. JP Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  3. Рідкісний ніобій на рідкоземельні ринку - www.metalbulletin.ru/publications/1167/
  4. Родовище ніобію і танталу - kosmopark.com / poleznie-iskopaemie / mestorozhdenie-niobiya-i-tantala
  5. Запуск коллайдера / / "Наука і технології Росії" - www.strf.ru/science.aspx?CatalogId=222&d_no=15416
  6. Coin of time - www.bank.lv/eng/main/all/lvnaud/jubmon/nmp/time/
  7. Coin of time2 - www.bank.lv/eng/main/all/lvnaud/jubmon/nmp/time2/

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru