Ниобиум пентоксид

Ниобиум пентоксид — неорганско соединение со хемиска формула Nb2O5. Безбоен, нерастворлив и прилично нереактивна и цврст, тој е најраспространетиот прекурсор за други соединенија и материјали што содржат ниобиум. Претежно се користи во легирање и други специјализирани употреби во кондензаторите, оптичките очила и производство на литиум ниобат.Francois Cardarelli (2008) Materials Handbook Springer London 

Структура
Има многу полиморфни форми, сите главно базирани на октаедрално координирани атоми на ниобиум.Wells A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry 5th edition Oxford Science Publications  Полиморфите се идентификуваат со различни префикси. TФормата што најчесто се среќава е моноклиничен  H-Nb2O5, која има сложена структура со единечна ќелија која содржи 28 атоми на ниобиум и 70 кислород, каде што 27 од атомите на ниобиум се октаедрално координирани и еден тетраедарски. Има необележан цврст хидрат, , таканаречената ниобна киселина (претходно наречена колумбинска киселина), која може да се подготви со хидролиза на базен раствор на ниобиум пентахлорид или Nb2O5 растворен во HF.D.A. Bayot and M.M. Devillers, Precursors routes for the preparation of Nb based multimetallic oxides in Progress in Solid State Chemistry Research, Arte M. Newman, Ronald W. Buckley, (2007),Nova Publishers, 

Стопениот ниобиум пентооксид има помали средни координативни броеви од кристалните форми, со структура која главно се состои од полиедри на NbO5 и NbO6.

Производство
Хидролиза
Nb2O5 се подготвува со хидролиза на алкално-метални ниобати, алкоксиди или флуориди со користење на база. Ваквите навидум едноставни процедури овозможуваат хидрирани оксиди кои потоа може да се калцинираат. Чистиот Nb2O5 може да се подготви и со хидролиза на NbCl5:Process for the manufacture of niobium pentoxide or tantalum pentoxide, Kern, Therwil, Jacob, Hooper (CIBA Switzerland), US Patent number: 3133788, (1964)
2 NbCl5 + 5 H2O → Nb2O5 + 10 HCl
Пријавен е метод на производство преку техники на сол-гел со хидролизирање на ниобиум алкоксиди во присуство на оцетна киселина, проследено со калцинирање на геловите за да се добие ортохомбична форма, T-Nb2O5.

Оксидација
Имајќи предвид дека Nb2O5 најзастапеното и најцврстото соединение на ниобиумот, постојат многу методи, и практични и езотерични, за неговото формирање. Оксидот на пример, настанува кога ниобиум металот се оксидира во воздухот. Оксидацијата на ниобиум диоксид, NbO2 во воздухот го формира полиморфот, L-Nb2O5.

Честичките на ниобиум пентооксид со нано големина се синтетизирани со редукција на NbCl со LiH 5, проследено со воздушна оксидација како дел од синтезата на нано структурирани ниобати.

Реакции
Nb2O5 е нападнат од HF и се раствора во соединети алкали.

Редукција до металот
Конверзијата на  Nb2O5 е главниот пат за индустриско производство на ниобиум метал. Во 1980-тите, околу 15.000.000 kg Nb2O5 се трошеле годишно за редукција до метал. Главниот метод е редукција на овој оксид со алуминиум:
3 Nb2O5 + 10 Al   →   6 Nb + 5 Al2O3

Алтернативен, но помалку практикуван пат вклучува карботермална редукција, која се одвива преку редукција со јаглерод и ја формира основата на двостепениот Балке процес:Alan E. Comyns (1999) Encyclopedic Dictionary of Named Processes in Chemical Technology  CRC Press, U.S. Environmental Protection Agency, Development Document for Effluent Limitations, Guidelines and Standards for the Nonferrous Metals Manufacturing Point Source Category, Volume VIII, Office of Water Regulations and Standards, May 1989
Nb2O5 + 7 C → 2 NbC + 5 CO (се загрева под вакуум на 1800 °C)
5 NbC + Nb2O5  → 7 Nb + 5 CO

Конверзија во халиди
Познати се многу методи за конверзија наNb2O5 во халиди.  Главниот проблем е нецелосната реакција за давање на оксихалиди. Во лабораторија, конверзијата може да се изврши со тионил хлорид: 
Nb2O5 + 5 SOCl2   →   2 NbCl5 + 5 SO2
Nb2O5 реагира со CCl4 и дава ниобиум оксихлорид NbOCl3.

Конверзија во ниобати
Третирањето на Nb2O5 wсо воден NaOH на 200 °C може да даде кристален натриум ниобат, NaNbO3 додека реакцијата со KOH може да даде растворливи хексаниобат од типот Lindqvist, . Литиум ниобатите како LiNbO3 and Li3NbO4 може да се подготват со реакција на литиум карбонат и Nb2O5.US Patent 5482001 - Process for producing lithium niobate single crystal,1996, Katoono T., Tominaga H.,

Конверзија во редуцирани ниобиум оксиди
Високата редукција на температурата со H2 дава NbO2:
Nb2O5 + H2 → 2 NbO2 +  H2O

Ниобиум моноксидот произлегува од компропорција со користење на лачна печка:
Nb2O5 + 3Nb →  5 NbO

Ниобиум(III) оксидот со боја на бургунд, еден од првите суперспроводливи оксиди, може повторно да се подготви со компропорција:
Li3NbO4 + 2 NbO →  3 LiNbO2

Употреба
Ниобиум пентооксидот се користи главно во производството на ниобиум метал, но постојат специјализирани апликации во производството на оптички очила и литиум ниобат.

Тенките филмови од Nb2O5 ги формираат диелектричните слоеви во ниобиумските електролитски кондензатори.

Nb2O5 се смета за употреба како анода во литиум-јонска батерија, имајќи предвид дека нивната подредена кристална структура овозможува брзини на полнење од 225 mAh g−1 при 200 mA g−1 низ 400 циклуси, со кулумбиска ефикасност од 99.93%.

Надворешни врски
 Basic Niobium Information and Research Data

Наводи

Категорија:Соединенија на ниобиумот
Категорија:Преоднометални оксиди