Свойства на ниобия
Атомен номер | 41 |
CAS номер | 7440-03-1 |
Атомна маса | 92,91 |
Точка на топене | 2 468 °C |
Точка на кипене | 4 900 °C |
Атомен обем | 0,0180 nm3 |
Плътност при 20 °C | 8,55 g/cm³ |
Кристална структура | тялоцентричен куб |
Константа на решетката | 0,3294 [nm] |
Изобилие в земната кора | 20,0 [g/t] |
Скорост на звука | 3480 m/s (при стайна температура) (тънък прът) |
Топлинно разширение | 7,3 µm/(m·K) (при 25 °C) |
Топлопроводимост | 53,7 W/(m·K) |
Електрическо съпротивление | 152 nΩ·m (при 20 °C) |
Твърдост по Моос | 6.0 |
Твърдост по Викерс | 870-1320Mpa |
Твърдост по Бринел | 1735-2450Mpa |
Ниобият, известен преди като колумбий, е химичен елемент със символ Nb (бивш Cb) и атомен номер 41. Това е мек, сив, кристален, пластичен преходен метал, често срещан в минералите пирохлор и колумбит, откъдето идва и предишното име " колумбий“. Името му идва от гръцката митология, по-специално Ниоба, която е дъщеря на Тантал, съименникът на тантала. Името отразява голямото сходство между двата елемента в техните физични и химични свойства, което ги прави трудни за разграничаване.
Английският химик Чарлз Хачет съобщава за нов елемент, подобен на тантала през 1801 г., и го нарича колумбий. През 1809 г. английският химик Уилям Хайд Уоластън погрешно заключава, че танталът и колумбият са идентични. Германският химик Хайнрих Розе през 1846 г. определя, че танталовите руди съдържат втори елемент, който той нарече ниобий. През 1864 и 1865 г. поредица от научни открития изясняват, че ниобий и колумбий са един и същ елемент (за разлика от тантала) и в продължение на един век и двете имена са използвани взаимозаменяемо. Ниобият е официално приет като име на елемента през 1949 г., но името колумбий остава в текущата употреба в металургията в Съединените щати.
Едва в началото на 20-ти век ниобият е използван за първи път в търговската мрежа. Бразилия е водещият производител на ниобий и ферониобий, сплав от 60–70% ниобий с желязо. Ниобият се използва предимно в сплави, най-голямата част в специална стомана, като тази, използвана в газопроводите. Въпреки че тези сплави съдържат максимум 0,1%, малкият процент ниобий повишава здравината на стоманата. Температурната стабилност на суперсплавите, съдържащи ниобий, е важна за използването им в реактивни и ракетни двигатели.
Ниобият се използва в различни свръхпроводящи материали. Тези свръхпроводящи сплави, съдържащи също титан и калай, се използват широко в свръхпроводящите магнити на MRI скенери. Други приложения на ниобия включват заваряване, ядрена промишленост, електроника, оптика, нумизматика и бижута. В последните две приложения ниската токсичност и иридесценцията, получени чрез анодизиране, са силно желани свойства. Ниобият се счита за критичен за технологията елемент.
Физически характеристики
Ниобият е лъскав, сив, пластичен, парамагнитен метал в група 5 на периодичната таблица (виж таблицата), с електронна конфигурация в най-външните обвивки, нетипична за група 5. (Това може да се наблюдава в близост до рутений (44), родий (45) и паладий (46).
Въпреки че се смята, че има тяло-центрирана кубична кристална структура от абсолютната нула до точката на топене, измерванията с висока разделителна способност на термичното разширение по трите кристалографски оси разкриват анизотропии, които са несъвместими с кубичната структура. [28] Следователно се очакват допълнителни изследвания и открития в тази област.
Ниобият става свръхпроводник при криогенни температури. При атмосферно налягане той има най-високата критична температура от елементарните свръхпроводници при 9,2 K. Ниобият има най-голямата дълбочина на магнитно проникване от всеки елемент. В допълнение, той е един от трите елементарни свръхпроводника тип II, заедно с ванадий и технеций. Свръхпроводимите свойства са силно зависими от чистотата на метала ниобий.
Когато е много чист, той е сравнително мек и пластичен, но примесите го правят по-твърд.
Металът има ниско напречно сечение на улавяне на топлинни неутрони; затова се използва в ядрената промишленост, където са желани неутронно прозрачни структури.
Химични характеристики
Металът придобива синкав оттенък, когато е изложен на въздух при стайна температура за продължителни периоди. Въпреки високата точка на топене в елементарна форма (2468 °C), той има по-ниска плътност от другите огнеупорни метали. Освен това, той е устойчив на корозия, проявява свойства на свръхпроводимост и образува диелектрични оксидни слоеве.
Ниобият е малко по-малко електроположителен и по-компактен от своя предшественик в периодичната таблица, цирконий, докато той е практически идентичен по размер с по-тежките танталови атоми, в резултат на свиването на лантанида. В резултат на това химичните свойства на ниобия са много подобни на тези на тантала, който се появява точно под ниобия в периодичната таблица. Въпреки че неговата устойчивост на корозия не е толкова изключителна, колкото тази на тантала, по-ниската цена и по-голямата наличност правят ниобия привлекателен за по-малко взискателни приложения, като облицовки на вани в химически заводи.