Նիոբիում

Նիոբիում (), 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։

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 հունունական 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•10−3 զանգված % է (հատկապես մեծ է նեֆելինային սիենիտներում և հրաբխային այլ հիմնային ապարներում), ծովաջրում՝ 1•10−9 %։

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։

Ստացում 
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։

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

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•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 (T1/2= -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։

 

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։

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։

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։ Nb3Sn-ը կատալիզատոր է, մտնում է ջերմակայուն խառնուրդների բաղադրության մեջ։

Նիոբատներն օգտագործվում են պիեզոէլեկտրական փոխարկիչներ և էլեկտրական կոնդենսատորներ պատրաստելու համար։

Ծանոթագրություններ

Գրականություն

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 
 SEIS LAGOS THE LARGEST NIOBIUM RESERVE IN THE WORLD IS STILL WAITING TO BE DEVELOPED

Անցումային մետաղներ
Նիոբիում