Նիոբիում

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 համակարգ 41Nb
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) 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 Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ	10,8 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
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
Nb 92,906
4d45s1

Պատմություն

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

Նիոբիումի պարունակությունը երկրակեղևում $2\cdot 10^{-3}$ զանգված % է (հատկապես մեծ է նեֆելինային սիենիտներում և հրաբխային այլ հիմնային ապարներում), ծովաջրում՝ $1\cdot 10^{-9}\%$։

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

• կոլումբիտը,
• պիրոքլորը՝ $(Ca,Na)_{2}(Nb,Ta,Ti)_{2}O_{6}(F,OH)$
• լոպարիտը $(Na,Ce,Ca)_{2}(Ti,Nb,Ta)_{2}O_{6}$

Նիոբիումի վարքը կենսոլորտում վատ է ուսումնասիրված։

Ստացում

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

Նիոբիումի հանքավայրերը գտնվում են ԱՄՆ-ում, Ճապոնիայում, Ռուսաստանում, Բրազիլիայում, Կանադայում.

Նիոբիումի արտադրության երկրներում (տոննա) (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

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 ($1,15\cdot 10^{-24}$ 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 իզոտոպներ

Բնական նիոբիումը բաղկացած է միայն ⁹³Nb կայուն իզոտոպից։ Արհեստականորեն ստացվել են 88-101 զանգվածային թվերով ռադիոակտիվ իզոտոպները, որոնցից կարևոր է ⁹⁵Nb (T_1/2= -35 օր, β^-, γ)։ Այն հայտնաբերվել է նաև միջուկային պայթյունից հետո առաջացող ռադիոակտիվ նստվածքներում։

Քիմիական հատկություններ

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։

${\mathsf {Nb_{2}+12HF\rightarrow 2HNbF_{6}+5H_{2}}}$

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 $Nb_{2}O_{5},NbO_{2},NbO$, ոչ ստեքիոմետրային $Nb_{2,47},NbO_{2,42}$ օքսիդներ և պինդ լուծույթներ։

${\mathsf {2Nb+5H_{2}O\rightarrow Nb_{2}O_{5}+5H_{2}}}$

Նիոբիումի ամենատարածված միացությունը՝ $Nb_{2}O_{5}$-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՝ $MNbO_{3}$, օրթոնիոբատները՝ $M_{3}NbO_{4}$ երկնիոբատները՝ $M_{4}Nb_{2}O_{7}$ և բազմանիոբատները՝ $M_{2n}Nb_{m}O_{2,5m+n}$ (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 ($NbOF_{3},NbO_{2}Cl$ և այլն) և կոմպլեքսային աղերը ($K_{2}NbOF_{5}$ և այլն)։

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

${\mathsf {Nb+2S\rightarrow NbS_{2}}}$

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

${\mathsf {4Nb+5O_{2}\rightarrow 2Nb_{2}O_{5}}}$

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

${\mathsf {Nb+N\rightarrow NbSN}}$

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

Նիոբիումի համաձուլվածքները դժվարահալ են ($Zn,S_{n}$ 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։

${\mathsf {Nb_{2}O_{5}+10HF\rightarrow 2H_{2}[NbOF_{5}]+3H_{2}O}}$

${\mathsf {H_{2}[NbOF_{5}]+2KF\rightarrow K_{2}[NbOF_{5}]+2HF}}$

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)։

${\mathsf {Ta_{2}O_{5}+14HF\rightarrow 2H_{2}[TaF_{7}OF]+5H_{2}O}}$

${\mathsf {H_{2}[TaF_{7}]+2KF\rightarrow K_{2}TaF_{7}+2HF}}$

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

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։

• 
• 
• 
• 
• 
  €25 «Բիոնիկա»

Նիոբիումը և $Zr,Ti$-ի համաձուլվածքներից և $Nb_{3}S_{n}$-ից պատրաստում են հզոր գերհաղորդիչ պարույրներ։ Հաճախ նիոբիում և նրա համաձուլվածքը $Ta$-ի հետ փոխարինում է ավելի թանկ և ծանր տանտալին։ Նիոբիում մտնում է չժանգոտվող պողպատների բաղադրության մեջ։ $Nb_{3}S_{n}$-ը կատալիզատոր է, մտնում է ջերմակայուն խառնուրդների բաղադրության մեջ։

Նիոբատներն օգտագործվում են պիեզոէլեկտրական փոխարկիչներ և էլեկտրական կոնդենսատորներ պատրաստելու համար։

Գրականություն

• 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-ին.
• 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-ին.
• 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.{{cite book}}: CS1 սպաս․ բազմաթիվ անուններ: authors list (link)
• 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 հղումներ

• Mineral Species containing Niobium (Nb)
• Library of Inorganic Structures : Nb
• Pictures of Niobium, its minerals and applications
• Elementymology & Elements Multidict : Niobium
• The periodic table of videos. Niobium
• Tantalum-Niobium International Study Center
• Niobium for particle accelerators eg ILC. 2005 Արխիվացված 2006-10-02 Wayback Machine
• SEIS LAGOS THE LARGEST NIOBIUM RESERVE IN THE WORLD IS STILL WAITING TO BE DEVELOPED

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)։