«Ниобий»

(Niobium франц. и англ., Niob нем.; хим.), Nb = 94. — В V группе периодической системы элементов имеются два редких металла, H. и тантал, которые относятся к ванадию подобно тому, как молибден и вольфрам к хрому; последние три металла — члены металлической подгруппы в группе серы (VI); ванадий, Н. и тантал — члены металлической подгруппы в группе азота. Н. и тантал встречаются в редких минералах — танталитах, колумбитах и некоторых других — обыкновенно вместе, а потому история их открытия и изучения одна и та же (см. Тантал). Колумбит из Гренландии, однако, не содержит тантала; это соль закиси железа (FeO = 17,33%) и ниобиевой кислоты (Nb₂O₅= 77,97%), содержащая, кроме того, закись марганца (MnO = 3,28%) и еще MgO, PbO, ZrO₂, SnO₂и WO₃. Извлечение ниобиевой кислоты из минерала достигается через сплавление его с кислым серно-кислым калием и обработку сплава водой; нерастворимый остаток очищается от оловянной и вольфрамовой кислот сернистым аммонием и представляет белый, аморфный порошок, уд. в 4,53; это ангидрид, Nb₂O₅. Он не растворим в кислотах, за исключением плавиковой. Прибавляя к HF-му раствору, содержащему избыток HF, фтористый калий, получают калевую соль Н.-фтористо-водородной кислоты K₂NbF₇, которая хорошо растворима и кристаллизуется в блестящих иголках; соответственное соединение тантала трудно растворяется. Ниобиевая кислота, гидрат HNbO₃, получается из NbCl₅или NbOCl₃действием влажного воздуха или воды; по высушивании при 100° имеет указанный состав; она легко растворима в едких и даже углекислых щелочах. В солях, очень разнообразного состава, встречаются типы фосфорных и мышьяковых: ортосоли, напр. Na₂HNbO₄.6Н₂O, пиросоли — K₃HNb₂O₇.6H₂O, метасоли — Mg(NbO₃)₂, KNbO₃.2H₂O и более сложные — K₈Nb₆O₁₉.16H₂O. При накаливании смеси Nb₂O₅с углем в струе хлора получается пятихлористый Н., NbCl₅— желтые иглы, плавящиеся при 194° и возгоняющиеся уже при 125°; температура кипения 240,5°. При охлаждении паров NbCl₅в токе, углекислого газа над N₂O₅, при накаливании, образуется хлорокись, NbOCl₃— бесцветная лучисто-кристаллическая масса, которая, не плавясь, превращается в бесцветный пар при 400°. Формулы этих соединений согласуются с определениями плотности пара (Девилль и Троост). К воде они относятся как хлорангидриды, т. е. распадаются на гидрат, ниобиевую кислоту, и соляную кислоту. Из соединений низшего типа следует прежде всего упомянуть треххлористый Н., NbCl₃, который получается, если пар NbCl₅медленно проходит чрез трубку, накаленную докрасна; он нелетуч, кристалличен, напоминает по виду йод; в химическом отношении характеризуется способностью переходить в соединения высшего типа: окисляется даже на счет углекислого газа при нагревании, при чем образуется NbOCl₃и окись углерода (Роско). Существуют низшие кислородные соединения; NbO получается при действии натрия на K₂NbOF₅; при накаливании Nb₂O₅в струе водорода возникает NbO₂. Металлический Н. получен при сильном накаливании смеси паров NbCl₅с водородом (Роско) в виде стально-серых блестящих корок, уд. в. 7,06; он содержал водород (0,27%), а также немного хлора и кислорода; почти не реагировал с соляной и азотной кислотами и даже с царской водкой, легко растворялся при слабом нагревании в серной кислоте и сгорал, накаленный на воздухе. Мариньяк, благодаря работам которого (1865) уяснена природа этого металла, сплавлял натриевую соль Н.-фтористо-водородной кислоты с металлическим натрием под слоем поваренной соли и затем, промыв продукт водой, получил бурый порошок Н., содержащий водород. Вообще чистый металлический Н. пока не известен. Восстановление Nb₂O₅углем в электрической печи привело к металлу, содержащему углерод и азот (А. Ларссон, 1896).

С. С. Колотов. Δ.

(лат. Niobium)

Nb, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 41, атомная масса 92,9064; металл серо-стального цвета. Элемент имеет один природный изотоп ⁹³Nb.

Н. открыт в 1801 английским учёным Ч. Хатчетом (1765—1847) в минерале, найденном в Колумбии, и назван им «колумбием». В 1844 немецкий химик Г. Розе (1795 — 1864) обнаружил «новый» элемент и назвал его «ниобием» в честь дочери Тантала Ниобы (См. Ниоба), чем подчеркнул сходство между Н. и Танталом. Позднее было установлено, что Н. тот же элемент, что и колумбий.

Распространение в природе. Среднее содержание Н. в земной коре (кларк) 2·10^-3% по массе. Только в щелочных изверженных породах — нифелиновых сиенитах и др., содержание Н. повышено до 10^-2—10^-1%. В этих породах и связанных с ними пегматитах, карбонатитах, а также в гранитных пегматитах обнаружено 23 минерала Н. и около 130 др. минералов, содержащих повышенные количества Н. Это в основном сложные и простые окислы. В минералах Nb связан с редкоземельными элементами и с Та, Ti, Ca, Na, Th, Fe, Ba (тантало-ниобаты, титанаты и др.). Из 6 промышленных минералов наиболее важны пирохлор (См. Пирохлоры) и Колумбит. Промышленные месторождения Н. связаны с массивами щелочных пород (например, на Кольском полуострове), их корами выветривания, а также с гранитными пегматитами. Важное значение имеют и россыпи тантало-ниобатов.

В биосфере геохимия Н. изучена плохо. Установлено только, что в районах щелочных пород, обогащенных Н., он мигрирует в виде соединений с органическими и др. комплексами. Известны минералы Н., образующиеся при выветривании щелочных пород (мурманит, герасимовскит и др.). В морской воде лишь около 1 · 10^-9% Н. по массе.

В 60-е гг. 20 в. ежегодно в мире добывалось около 1300 т Н., что по сравнению с кларком свидетельствует о его слабом использовании (слабее большинства металлов).

Физические и химические свойства. Кристаллическая решётка Н. объёмноцентрированная кубическим с параметром а = 3,294 Å. Плотность 8,57 г/см³(20 °C); t_пл 2500 °C; t_kип 4927 ^oC; давление пара (в мм рт. ст., 1 мм рт. ст. = 133,3 н/м²) 1 · 10^-5 (2194 °С), 1 · 10^-4 (2355 °С), 6 · 10^-4 (при t_пл), 1 · 10^-3 (2539 °С). Теплопроводность в вт/(м·К) при 0 °С и 600 °С соответственно 51,4 и 56,2, то же в кал/(см·сек·°С) 0,125 и 0,156. Удельное объёмное электрическое сопротивление при 0°С 15,22 · 10^-8 ом·м(15,22 · 10^-6ом·см). температура перехода в сверхпроводящее состояние 9,25 К. Н. парамагнитен. Работа выхода электронов 4,01 эв.

Чистый Н. легко обрабатывается давлением на холоду и сохраняет удовлетворительные механические свойства при высоких температурах. Его предел прочности при 20 и 800 °С соответственно равен 342 и 312 Мн/м², то же в кгс/мм² 34,2 и 31,2; относительное удлинение при 20 и 800 °С соответственно 19,2 и 20,7%. Твёрдость чистого Н. по Бринеллю 450, технического 750—1800 Мн/м². Примеси некоторых элементов, особенно водорода, азота, углерода и кислорода, сильно ухудшают пластичность и повышают твёрдость Н.

По химическим свойствам Н. близок к танталу. Оба они чрезвычайно устойчивы (тантал более чем Н.) на холоду и при небольшом нагревании к действию многих агрессивных сред. Компактный Н. заметно окисляется на воздухе только выше 200 °С. На Н. действуют: хлор выше 200 °С, водород при 250 °С (интенсивно при 360 °С), азот при 400 °С. Практически не действуют на Н. очищенные от примеси кислорода жидкие Na, К и их сплавы, Li, Bi, Pb, Hg, Sn, применяемые в качестве жидкометаллических теплоносителей в атомных реакторах.

Н. устойчив к действию многих кислот и растворов солей. На него не действуют царская водка, соляная и серная кислоты при 20 °С, азотная, фосфорная, хлорная кислоты, водные растворы аммиака. Плавиковая кислота, её смесь с азотной кислотой и щёлочи растворяют Н. В кислых электролитах на Н. образуется анодная окисная плёнка с высокими диэлектрическими характеристиками, что позволяет использовать Н. и его сплавы с Ta взамен дефицитного чистого Та для изготовления миниатюрных электролитических конденсаторов большой ёмкости с малыми токами утечки.

Конфигурация внешних электронов атома Nb 4d⁴5s¹. Наиболее устойчивы соединения пятивалентного Н., но известны и соединения со степенями окисления +4, +3, +2 и +1, к образованию которых Н. склонен более, чем тантал. Например, в системе Н. — кислород установлены фазы: пятиокись Nb₂O₅(t_пл1512 °С, цвет белый), нестехеометрические NbO_2,47 и NbO_2,42, двуокись NbO₂ (t_пл 2080 °С, цвет чёрный), окись NbO (t_пл 1935 °С, цвет серый) и твёрдый раствор кислорода в Н. NbO₂ — полупроводник; NbO, сплавленная в слиток, обладает металлическим блеском и электропроводностью металлического типа, заметно испаряется при 1700 °С, интенсивно — при 2300—2350 °С, что используют для вакуумной очистки Н. от кислорода; Nb₂O₅ имеет кислотный характер; ниобиевые кислоты не выделены в виде определённых химических соединений, но известны их соли — Ниобаты.

С водородом Nb образует твёрдый раствор внедрения (до 10 ат.% Н) и гидрид состава от NbH_0,7 до NbH. Растворимость водорода в Nb (в г/см³) при 20 °С 104, при 500 °С 74,4, при 900 °С 4,0. Поглощение водорода обратимо: при нагревании, особенно в вакууме, водород выделяется; это используют для очистки Nb от водорода (сообщающего металлу хрупкость) и для гидрирования компактного Nb: хрупкий гидрид измельчают и дегидрируют в вакууме, получая чистый порошок Н. для электролитич. конденсаторов. Растворимость азота в Н. составляет (% по массе) 0,005, 0,04 и 0,07 соответственно при 300, 1000 и 1500 °С. Рафинируют Н. от азота нагреванием в глубоком вакууме выше 1900 °С или вакуумной плавкой. Высший нитрид NbN светло-серого цвета с желтоватым оттенком; температура перехода в сверхпроводящее состояние 15,6 К. С углеродом при 1800—2000 °С Nb образует 3 фазы: α-фаза — твёрдый раствор внедрения углерода в Н., содержащий до 2 ат.% С при 2335 °С; β-фаза — Nb₂C, δ-фаза — NbC. С галогенами Н. даёт галогениды, оксигалогениды и комплексные соли. Из них наиболее важны и лучше других изучены пентафторид NbF₅, пентахлорид NbCl₅, окситрихлорид NbOCI₃, фторониобат калия K₂NbF₇ и оксифторониобат калия K₂NbOF₇ · H₂O. Небольшое различие в давлении паров NbCl₅ и TaCl₅ используют для их весьма полного разделения и очистки методом ректификации.

Получение и применение. Руды Nb — обычно комплексные и бедны Nb, хотя их запасы намного превосходят запасы руд Та (см. Ниобиевые руды). Рудные концентраты содержат Nb₂O₅: пирохлоровые — не менее 37%, лопаритовые — 8%, колумбитовые — 30—60%. Большую их часть перерабатывают алюмино- или силикотермическим восстановлением на феррониобий (40—60% Nb) и ферротанталониобий. Металлический Nb получают из рудных концентратов по сложной технологии в три стадии: 1) вскрытие концентрата, 2) разделение Nb и Ta и получение их чистых химических соединений, 3) восстановление и рафинирование металлического Н. и его сплавов. Основные промышленные методы производства Nb и сплавов — алюминотермический, натриетермический, карботермический: из смеси Nb₂O₅ и сажи вначале получают при 1800 °С в атмосфере водорода карбид, затем из смеси карбида и пятиокиси при 1800—1900 °С в вакууме — металл; для получения сплавов Н. в эту смесь добавляют окислы легирующих металлов (см. Ниобиевые сплавы); по другому варианту Н. восстанавливают при высокой температуре в вакууме непосредственно из Nb₂O₅ сажей. Натриетермическим способом Н. восстанавливают натрием из K₂NbF₇, алюминотермическим— алюминием из Nb₂O₅. Компактный металл (сплав) производят методами порошковой металлургии, спекая спрессованные из порошков штабики в вакууме при 2300 °С, либо электроннолучевой и вакуумной дуговой плавкой; монокристаллы Nb высокой чистоты — бестигельной электроннолучевой зонной плавкой.

Применение и производство Н. быстро возрастают, что обусловлено сочетанием таких его свойств, как тугоплавкость, малое сечение захвата тепловых нейтронов (1,15 б), способность образовывать жаропрочные, сверхпроводящие и др. сплавы, коррозионная стойкость, геттерные свойства, низкая работа выхода электронов, хорошие обрабатываемость давлением на холоду и свариваемость. Основные области применения Н.: ракетостроение, авиационная и космическая техника, радиотехника, электроника, хим. аппаратостроение, атомная энергетика. Из чистого Н. или его сплавов изготовляют детали летательных аппаратов; оболочки для урановых и плутониевых тепловыделяющих элементов; контейнеры и трубы для жидких металлов; детали электрических конденсаторов; «горячую» арматуру электронных (для радарных установок) и мощных генераторных ламп (аноды, катоды, сетки и др.); коррозионноустойчивую аппаратуру в химической промышленности. Ниобием легируют др. цветные металлы, в том числе уран. Н. применяют в криотронах — сверхпроводящих элементах вычислительных машин, а станнид Nb₃Sn и сплавы Nb с Ti и Zr — для изготовления сверхпроводящих соленоидов. Nb и сплавы с Ta во многих случаях заменяют Ta, что даёт большой экономический эффект (Nb дешевле и почти вдвое легче, чем Ta). Феррониобий вводят в нержавеющие хромоникелевые стали для предотвращения их межкристаллитной коррозии и разрушения и в стали др. типов для улучшения их свойств. Применяют и соединения Н.: Nb₂O₅ (катализатор в химической промышленности; в производстве огнеупоров, керметов, специальных стекол), нитрид (См. Нитриды), карбид (См. Карбиды), Ниобаты.

Лит.: Зеликман А. Н., Меерсон Г. А., Металлургия редких металлов, М., 1973; Ниобий, тантал и их сплавы, пер. с англ., М., 1966; Недюха И. М., Черный В. Г., Ниобий — металл космической эры, Киев, 1965; Ниобий и тантал. Сб. [переводных ст.], под ред. О. П. Колчина, М., 1961; Филянд М. А., Семенова Е. И., Свойства редких элементов [Справочник], 2 изд., М., 1964.

О. П. Колчин.

1. нио́бий;
2. нио́бии;
3. нио́бия;
4. нио́биев;
5. нио́бию;
6. нио́биям;
7. нио́бий;
8. нио́бии;
9. нио́бием;
10. нио́биями;
11. нио́бии;
12. нио́биях.

НИОБИЙ, один из открытых химиками металлов.

-я, м.

Химический элемент, твердый, тугоплавкий и ковкий металл серовато-белого цвета.

[лат. niobium]

м.

Твердый тугоплавкий металл серовато-белого цвета, принадлежащий к числу редких элементов и используемый при производстве химически- и жаростойких сортов стали.

НИОБИЙ (лат. Niobium) - Nb, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 41, атомная масса 92,9064. Назван от имени Ниобы - дочери мифологического Тантала (близость свойств Nb и Ta). Светло-серый тугоплавкий металл, плотность 8,57 г/см³

НИОБИЙ (Niobium), Nb, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 41, атомная масса 92,9064; металл, tпл 2477 шC. Ниобий используют для легирования сталей, получения жаропрочных, твердых и других сплавов. Ниобий открыт английским химиком Ч. Хатчетом в 1801.

муж.;
хим. niobiumм. хим. niobium.

columbium, niobium

м. хим.

niobium m

м. хим.

niobio m

м.

niobio

НИОБИЙ

(Niobium), Nb, - хим. <элемент побочной подгруппы V группы периодич. системы элементов, ат. номер41, ат. масса 92,9064. В природе представлен одним стабильным нуклидом ⁹³Nb.Электронная конфигурация внеш. оболочек 4s²4p⁶4d⁴5s¹.Энергии последовательных ионизации равны 6,88, 13,90 и 28,1 эВ. Металлнч. <радиус 0,147 нм, радиус ионов Nb⁴⁺ и Nb⁵⁺, соответственно,0,077 и 0,069 нм. Значение электроотрицательности 1,6.

В свободном виде - серебристо-серый металл, <решётка кубич. объёмиоцентрированная, постоянная решётки а =0,330021нм. Плотность 8,570 кг/дм ³, t _пл= 2469 °С (подр. данным, 2500 °С), t _кип, по разл. данным, от 4760до 4927 °С. Теплота плавления 27,6 кДж/моль, теплота испарения 661 кДж/моль, <темп-pa Дебая 223 - 276,2 К. Работа выхода электрона 3,99 эВ. Уд. электрич. <сопротивление Н. чистотой 99,9% составляет 0,15 мкОм*м (при 300 К), температурныйкоэф. сопротивления 3,95-10^-3 К ^-1 (273 - 373 К).Темп-pa перехода в сверхпроводящее состояние 9,25 К. Парамагнитен, магн. <восприимчивость 2,20-10^-9 (при 298 К). Коэф. теплового линейногорасширения 7,08*10^-6 К-¹ (300 К), теплопроводность53,2 Вт/м*К (при 373 К).

Модуль нормальной упругости при растяжении110 ГПа (293 К), модуль сдвига 37,5 ГПа, твёрдость по Бринеллю (293 К)- отожжённого листа 735 МПа, литого 750 МПа.

В хим. соединениях проявляет степени окисленияот +1 до +5 (наиб. характерная +5). При комнатной темп-ре металлич. Н. <устойчив к воздействию воздуха и кислот (кроме плавиковой). Способен поглощать(особенно в порошкообразном состоянии) Н ₂, N₂ и О ₂.

Н. входит в состав сплавов, являющихсяжаропрочными и конструкц. материалами для реакторостроения, хим. промышленностии др. областей. Используется для легирования сталей (феррониобий) и сплавовцветных металлов. Входит в состав сверхпроводящих сплавов (с оловом Nb₃Sn,германием Nb₃Ge и др.). Как химически стойкий материал служитдля изготовления теплообменников, конденсаторов и др. В качестве радиоакт. <индикатора наиб. значение имеет -радиоактивный ⁹⁵Nb( Т _1/2 = 35,0 сут), образующийся при -распаде ⁹⁵Zr - продукта деления в ядерных реакторах.

С. С. Бердоносоа.

НИОБИЙ (символ Nb), блестящий серо-белый переходный химический элемент, металл. Открыт в 1801 г. Встречается, как правило, в пирохлорных рудах. Будучи мягким и ковким металлом, ниобий применяется в производстве специальных нержавеющий сталей и сплавов для ракет и реактивных двигателей. Свойства: атомный номер 41, атомная масса 92,9064; плотность 8,57; температура плавления 2468 С, температура кипения 4742 С; наиболее распространенный изотоп ⁹³Nb (100%).

(от имени Ниобы- дочери Тантала в др.-греч. мифологии; лат. Niobium) Nb, хим. элемент V гр. периодич. системы, ат. н. 41, ат. м. 92,9064. В природе один стабильный изотоп ⁹³Nb. Поперечное сечение захвата тепловыx нейтронов 1,15^.10^-28 м ². Конфигурация внеш. электронных оболочек атома 4s²4p⁶4d⁴5s¹; степени окисления + 5, реже + 4, +3, + 2 и + 1; энергии ионизации при последоват. переходе от Nb⁰ к Nb⁷⁺ равны соотв. 6,882, 14,320, 25,05, 38,3, 50,6, 103 и 124,6 эВ; сродство к электрону 1,13 эВ; работа выхода электрона 4,01 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,6; атомный радиус 0,145 нм, ионные радиусы (в скобках указано координац. число) Nb²⁺ 0,085 нм (6), Nb³⁺ 0,086 нм (6), Nb⁴⁺ 0,082 нм (6), 0,092 нм (8), Nb^{5 +} 0,062 нм (4), 0,078 нм (6), 0,083 нм (7), 0,088 нм (8).

Содержание в земной коре 2^.10^-3% по массе. Встречается в природе обычно вместе с Та. Наиб. важные минералы -колумбит-танталит, пирохлор и лопарит. Колумбит-танталит (Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆ содержит 82-86% оксидов Nb и Та. При содержании Н. выше, чем Та, минерал наз. колумбитом, при обратном соотношении - танталитом. Пирохлор (Na,Ca,Ce)₂(Nb,Ti)₂(OH,F)O₆ обычно содержит 37,5-65,6% Nb₂O₅; лопарит (Na,Ce,Ca,SrXNb,Ti)O₃-8-10% Nb₂O₅. Минералы Н. слабо парамагнитны и радиоактивны из-за примесей U и Th.

Колумбит встречается в изверженных пегматитах, биотитах и щелочных гранитах, иногда-в россыпных месторождениях (Нигерия), его часто добывают как побочный продукт обогащения оловянных концентратов. Пирохлор содержится в карбонатитах, щелочных породах (Канада), нефелин-сиенитовых пегматитах, в элювиальных продуктах выветривания сиенито-карбонатитов (Бразилия). Крупные залежи лопарита имеются в СССР.

Общие мировые запасы Н. (без СССР) оценивались (1980) в 18 млн. т, в пром. месторождениях-ок. 3,4 млн. т (из них 3,2 млн. т в Бразилии).

Свойства. Н. -блестящий серебристо-серый металл; кри-сталлич. решетка объемноцентрир. кубическая типа a-Fe, а= 0,3294 нм, z= 2, пространств. группа Im3m; т. пл. 2477 °С, т. кип. ок. 4760 °С; плотн. 8,57 г/см ³; С ⁰ _р 24,44Дж/(моль ^. К); DH⁰ _пл 31,0 кДж/моль (2477 °С), DH⁰ _возг 720кДж/моль (0 К), DH⁰ _исп 662 кДж/моль (4760 °С); S⁰₂₉₈ 36,27 ДжДмольХК); ур-ние температурной зависимости давления пара над жидким Н.: lgр(Па) = 13,877-40169/T (2304 <= Т<=2596 К); температурный коэф. линейного расширения 7,1^.10^-6 К ^-1 (0-100 °С); теплопроводность 52,3 Вт/(м ^. К) при 20 °С и 65,2 Вт/(м ^. К) при 600 °С; r 1,522^.10^-9 Ом ^. м при 0°С, температурный коэф. r 3,95 х х 10^-3 К ^-1 (0-100°С). Н. парамагнитен, уд. магн. восприимчивость + 2,28^.10^-6 (18 °С). Т-ра перехода в сверхпрово-дящее состояние 9,28 К.