Ниобий, свойства атома, химические и физические свойства.
Nb 41 Ниобий
92,90638(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d4 5s1
Ниобий — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 41. Расположен в 5-й группе (по старой классификации — побочной подгруппе пятой группы), пятом периоде периодической системы.
Атом и молекула ниобия. Формула ниобия. Строение атома ниобия
Изотопы и модификации ниобия
Свойства ниобия (таблица): температура, плотность, давление и пр.
Физические свойства ниобия
Химические свойства ниобия. Взаимодействие ниобия. Химические реакции с ниобием
Получение ниобия
Применение ниобия
Таблица химических элементов Д.И. Менделеева
Применение
Феррониобий применяют в чёрной металлургии для произ-ва микролегированных и нержавеющих сталей, а также суперсплавов. Чистый Н. используют для получения жаропрочных и коррозионностойких сплавов c Zr для атомной (оболочки тепловыделяющих элементов АЭС содержат ок. 7% по массе Nb) и авиакосмич. пром-сти (лопатки газовых турбин, детали др. конструкций), получения прецизионных сплавов для сверхпроводников (магнитные катушки). Применяют сплавы Н. с Та, Ti, Мо и др. (см. Ниобиевые сплавы). В виде проката и проволок Н. используют в электронной пром-сти («горячая арматура», аноды, сетки, др. детали), в виде дисперсного порошка – в высокоёмких электролитич. конденсаторах, как катализатор органич. реакций.
Чистый Nb2O5 (c содержанием не менее 99,8%) используют для получения оптич. материалов, монокристаллов ниобата лития, высокотемпературных пигментов. Карбид NbC применяют для изготовления керамич. нагревателей.
Атом и молекула ниобия. Формула ниобия. Строение атома ниобия:
Ниобий (лат. Niobium, в честь дочери Тантала Ниобы) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Nb и атомным номером 41. Расположен в 5-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе пятой группы), пятом периоде периодической системы.
Ниобий – металл. Относится к группе переходных металлов.
Устаревшее название ниобия – колумбий.
Ниобий обозначается символом Nb.
Как простое вещество ниобий при нормальных условиях представляет собой блестящий металл серебристо-белого цвета.
Молекула ниобия одноатомна.
Химическая формула ниобия Nb.
Электронная конфигурация атома ниобия 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d4 5s1. Потенциал ионизации (первый электрон) атома ниобия равен 684,32 кДж/моль (7,09243(4) эВ).
Строение атома ниобия. Атом ниобия состоит из положительно заряженного ядра (+41), вокруг которого по пяти оболочкам движутся 41 электрон. При этом 40 электронов находятся на внутреннем уровне, а 1 электрон – на внешнем. Поскольку ниобий расположен в пятом периоде, оболочек всего пять. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. Третья и четвертая – внутренние оболочки представлены s-, р- и d-орбиталями. Пятая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внутреннем энергетическом уровне атома ниобия на 4d-орбитали находится четыре неспаренных электрона. На внешнем энергетическом уровне атома ниобия на s-орбитали находится один неспаренный электрон. В свою очередь ядро атома ниобия состоит из 41 протона и 52 нейтрона. Ниобий относится к элементам d-семейства.
Радиус атома ниобия (вычисленный) составляет 164 пм.
Атомная масса атома ниобия составляет 92,90638(2) а. е. м.
Ниобий химически довольно устойчив.
Ниобий, свойства атома, химические и физические свойства
Получение
Руды ниобия — обычно комплексные и бедны металлом. Рудные концентраты содержат Nb2O5
: пирохлоровые — не менее 37 %, лопаритовые — 8 %, колумбитовые — 30—60 %. Большую их часть перерабатывают алюмо- или силикотермическим восстановлением на феррониобий (40—60 %
Nb
) и ферротанталониобий. Металлический ниобий получают из рудных концентратов по сложной технологии в три стадии:
1) вскрытие концентрата, 2) разделение ниобия и тантала и получение их чистых химических соединений, 3) восстановление и рафинирование металлического ниобия и его сплавов. Основные промышленные методы производства Nb
и сплавов — алюмотермический, натрийтермический, карботермический: из смеси
Nb2O5
и сажи вначале получают при 1800 в атмосфере водорода карбид, затем из смеси карбида и пятиокиси при 1800—1900°С в вакууме — металл; для получения сплавов ниобия в эту смесь добавляют окислы легирующих металлов; по другому варианту ниобий восстанавливают при высокой температуре в вакууме непосредственно из
Nb2O5
сажей. Натрийтермическим способом ниобий восстанавливают натрием из
K2NbF7
, алюминотермическим — алюминием из Nb2O5. Компактный металл (сплав) производят методами порошковой металлургии, спекая спрессованные из порошков штабики в вакууме при 2300 °C либо электроннолучевой и вакуумной дуговой плавкой; монокристаллы ниобия высокой чистоты — бестигельной электроннолучевой зонной плавкой.
Свойства ниобия (таблица): температура, плотность, давление и пр.:
Подробные сведения на сайте ChemicalStudy.ru
| 100 | Общие сведения | |
| 101 | Название | Ниобий |
| 102 | Прежнее название | Колумбий |
| 103 | Латинское название | Niobium |
| 104 | Английское название | Niobium |
| 105 | Символ | Nb |
| 106 | Атомный номер (номер в таблице) | 41 |
| 107 | Тип | Металл |
| 108 | Группа | Переходный металл |
| 109 | Открыт | Чарльз Хэтчет, Великобритания, 1801 г. |
| 110 | Год открытия | 1801 г. |
| 111 | Внешний вид и пр. | Блестящий металл серебристо-серого цвета |
| 112 | Происхождение | Природный материал |
| 113 | Модификации | |
| 114 | Аллотропные модификации | |
| 115 | Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга | |
| 116 | Конденсат Бозе-Эйнштейна | |
| 117 | Двумерные материалы | |
| 118 | Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) | 0 % |
| 119 | Содержание в земной коре (по массе) | 0,0017 % |
| 120 | Содержание в морях и океанах (по массе) | 1,0·10-10 % |
| 121 | Содержание во Вселенной и космосе (по массе) | 2,0·10-7 % |
| 122 | Содержание в Солнце (по массе) | 4,0·10-7 % |
| 123 | Содержание в метеоритах (по массе) | 0,000019 % |
| 124 | Содержание в организме человека (по массе) | |
| 200 | Свойства атома | |
| 201 | Атомная масса (молярная масса) | 92,90638(2) а. е. м. (г/моль) |
| 202 | Электронная конфигурация | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d4 5s1 |
| 203 | Электронная оболочка | K2 L8 M18 N12 O1 P0 Q0 R0 |
| 204 | Радиус атома (вычисленный) | 164 пм |
| 205 | Эмпирический радиус атома* | 145 пм |
| 206 | Ковалентный радиус* | 137 пм |
| 207 | Радиус иона (кристаллический) | Nb3+ 86 (6) пм, Nb4+ 82 (6) пм, Nb5+ 78 (6) пм (в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле) |
| 208 | Радиус Ван-дер-Ваальса | |
| 209 | Электроны, Протоны, Нейтроны | 41 электрон, 41 протон, 52 нейтрона |
| 210 | Семейство (блок) | элемент d-семейства |
| 211 | Период в периодической таблице | 5 |
| 212 | Группа в периодической таблице | 5-ая группа (по старой классификации – побочная подгруппа 5-ой группы) |
| 213 | Эмиссионный спектр излучения | |
| 300 | Химические свойства | |
| 301 | Степени окисления | -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 |
| 302 | Валентность | I, II, III, IV, V |
| 303 | Электроотрицательность | 1,6 (шкала Полинга) |
| 304 | Энергия ионизации (первый электрон) | 652,13 кДж/моль (6,75885(4) эВ) |
| 305 | Электродный потенциал | Nb3+ + 3e– → Nb, Eo = -1,1 В |
| 306 | Энергия сродства атома к электрону | 88,516(7) кДж/моль (0,91740(7) эВ) |
| 400 | Физические свойства | |
| 401 | Плотность | 8,57 г/см3 (при 0 °C/20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело) |
| 402 | Температура плавления* | 2477 °C (2750 K, 4491 °F) |
| 403 | Температура кипения* | 4744 °С (5017 K, 8571 °F) |
| 404 | Температура сублимации | |
| 405 | Температура разложения | |
| 406 | Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом | |
| 407 | Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* | 30 кДж/моль |
| 408 | Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* | 689,9 кДж/моль |
| 409 | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | 0,265 Дж/г·K (при 25 °C), 0,322 Дж/г·K (при 1000 °C) |
| 410 | Молярная теплоёмкость* | 24,44 Дж/(K·моль) |
| 411 | Молярный объём | 10,84 см³/моль |
| 412 | Теплопроводность | 53,7 Вт/(м·К) (при стандартных условиях), 53,7 Вт/(м·К) (при 300 K) |
| 500 | Кристаллическая решётка | |
| 511 | Кристаллическая решётка #1 | |
| 512 | Структура решётки | Кубическая объёмно-центрированная |
| 513 | Параметры решётки | 3,301 Å |
| 514 | Отношение c/a | |
| 515 | Температура Дебая | 275 K |
| 516 | Название пространственной группы симметрии | Im_ 3m |
| 517 | Номер пространственной группы симметрии | 229 |
| 900 | Дополнительные сведения | |
| 901 | Номер CAS | 7440-03-1 |
Примечание:
205* Эмпирический радиус атома ниобия согласно [1] и [3] составляет 146 пм.
206* Ковалентный радиус ниобия согласно [1] и [3] составляет 164±6 пм и 164 пм соответственно.
402* Температура плавления ниобия согласно [3] и [4]составляет 2468 °С (2741 K, 4474 °F) и 2470 °С (2743,15 K, 4478 °F) соответственно.
403* Температура кипения ниобия согласно [3] и [4]составляет 4742 °С (5015 K, 8567 °F) и 4760 °С (5033,15 K, 8600 °F) соответственно.
407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) ниобия согласно [3] и [4] составляет 26,8 кДж/моль и 28 кДж/моль соответственно.
408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) ниобия согласно [3] и [4] составляет 680 кДж/моль и 662 кДж/моль соответственно.
410* Молярная теплоёмкость ниобия согласно [3] составляет 24,44 Дж/(K·моль).
История металла
В 1734 г. в Британский музей из Америки, которую тогда называли Колумбией, поступил неизученный минерал. В 1901 г. его исследовал Ч. Хэтчет и открыл новый химический элемент. Изначально ниобий назывался колумбием.
Через год шведский химик открыл тантал, с аналогичными свойствами. Некоторое время считалось, что это один и тот элемент, пока еще через 40 лет немецкий химик Розе не доказал обратное. Ученый переименовал колумбий в ниобий, в честь Ниобы, дочери Тантала, чтобы подчеркнуть схожесть свойств обоих элементов. В некоторых англоязычных странах прежнее название продолжали использовать до середины следующего столетия, пока в 1950 г. международная организация химиков IUPAC официально не закрепила современное название Niobium и символ Nb.
Чистый ниобий выделил путем реакции восстановления французский ученый Анри Муассан в конце 19 ст.
Цена на ниобий за грамм
Так как основные способы использования ниобия связаны с ядерной и космической программами, его относят к группе стратегических материалов. Переработка намного выгоднее в финансовом плане, чем освоение и добыча новых руд, что делает ниобий востребованным на рынке вторичного металла.
Значение цены на него определяется несколькими факторами:
- Чистота металла. Чем больше посторонних примесей, тем ниже цена.
- Форма поставки.
- Объем поставки. Прямо пропорционален ценам на металл.
- Местонахождение пункта приема лома. Каждый регион имеет различную потребность в ниобии и, соответственно, цена на него.
- Наличие в составе редких металлов. Сплавы, содержащие такие элементы как тантал, вольфрам, молибден, выше в цене.
- Значение котировок на мировых биржах. Именно эти значения являются базовыми при установке цены.
Ориентировочный обзор по ценам в Москве:
- Ниобий НБ-2. Цена варьируется в пределах 420-450 руб. за кг.
- Ниобиевая стружка. 500-510 руб. за кг.
- Штабик ниобия НБШ00. Отличается повышенными ценами по причине ничтожного содержания примесей. 490-500 руб. за кг.
- Ниобиевый штабик НБШ-0. 450-460 руб. за кг.
- Ниобий НБ-1 в виде прутка. Цена составляет 450-480 руб. за кг.
Несмотря на высокую стоимость спрос на ниобий в мире продолжает расти. Происходит это из-за огромных возможностей его в применении и дефицита металла. На 10 тонн земли приходится всего 18 граммов ниобия.
Научное сообщество продолжает работу по поиску и разработке заменителя столь дорогого материала. Но до сих пор конкретного результата в этом не получила. А это значит, что ближайшее время падение ниобия в цене не предвидится.
Для регулирования цены и увеличения скорости товарооборота предусмотрены следующие категории на изделия из ниобия:
- Ниобиевые слитки. Их размер и вес нормируется ГОСТом 16099-70. В зависимости от чистоты металла подразделяются на 3 марки: ниобий НБ-1, ниобий НБ-2 и, соответственно, ниобий НБ-3.
- Ниобиевый штабик. Отличается более высоким процентом содержания посторонних примесей.
- Ниобиевая фольга. Изготавливается толщиной до 0,01 мм.
- Ниобиевый пруток. Согласно ТУ 48-4-241-73 поставляется марками НбП1 и НбП2.
