niyobyum - Niobium

Niyobyum,  41 Nb
Altıgen faset ile gri parlayan kristaller yığını
niyobyum
Telaffuz / N b i'nin ə m / ( Ny OH -Ar-əm )
Dış görünüş gri metalik, oksitlendiğinde mavimsi
Standart atom ağırlığı A r, std (Nb) 92.906 37 (1)
Periyodik tablodaki niyobyum
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrensiyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgium Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessin Oganesson
V

Nb

Ta
zirkonyumniyobyummolibden
Atom numarası ( Z ) 41
Grup grup 5
Dönem 5. dönem
Engellemek   d-blok
Elektron konfigürasyonu [ Kr ] 4d 4 5s 1
Kabuk başına elektron 2, 8, 18, 12, 1
Fiziki ozellikleri
Faz de  STP sağlam
Erime noktası 2750  K ​(2477 °C, ​4491 °F)
Kaynama noktası 5017 K ​(4744 °C, ​8571 °F)
Yoğunluk ( rt yakın  ) 8.57 g / cc 3.
Füzyon ısısı 30  kJ/mol
Buharlaşma ısısı 689,9 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi 24.60 J/(mol·K)
Buhar basıncı
P  (Pa) 1 10 100 1 bin 10 bin 100 bin
de  T  (K) 2942 3207 3524 3910 4393 5013
atomik özellikler
oksidasyon durumları -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 (hafif asidik bir oksit)
elektronegatiflik Pauling ölçeği: 1.6
iyonlaşma enerjileri
atom yarıçapı ampirik: 146  pm
kovalent yarıçap 164±6 pm
Spektral bir aralıktaki renkli çizgiler
niyobyumun spektral çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum ilkel
Kristal yapı vücut merkezli kübik (bcc)
Niyobyum için kübik vücut merkezli kristal yapı
Ses hızı ince çubuk 3480 m/s (20 °C'de)
Termal Genleşme 7,3 µm/(m⋅K)
Termal iletkenlik 53,7 W/(m⋅K)
elektrik direnci 152 nΩ⋅m (0 °C'de)
Manyetik sıralama paramanyetik
Gencin modülü 105 GPa
Kayma modülü 38 GPa
toplu modül 170 GPa
Poisson oranı 0.40
Mohs sertliği 6.0
Vickers sertliği 870-1320 MPa
Brinell sertliği 735–2450 MPa
CAS numarası 7440-03-1
Tarih
adlandırma Yunan mitolojisinde Niobe'den sonra Tantalus'un kızı ( tantalum )
keşif Charles Hatchett (1801)
İlk izolasyon Christian Wilhelm Blomstrand (1864)
tarafından ayrı bir unsur olarak kabul edilmiştir . Heinrich Gül (1844)
Niyobyumun ana izotopları
İzotop Bolluk Yarı ömür ( t 1/2 ) çürüme modu Ürün
90 Nb 15 saat β + 90 Zr
91 Nb 680 yıl ε 91 Zr
91 m Nb 61 gün O 91 Nb
92 Nb iz 3.47×10 7  yıl ε 92 Zr
y -
92m1 Nb 10 gün ε 92 Zr
y -
93 Nb 100% kararlı
93m Nb 16 yaşında O 93 Nb
94 Nb iz 20,3×10 3  yıl β - 94 Ay
y -
95 Nb 35 gün β - 95 Ay
y -
95m Nb 4 gün O 95 Nb
96 Nb 24 saat β - 96 Ay
Kategori Kategori: Niyobyum
| Referanslar

Niyobyum olarak da bilinen, Kolombiyum , a, kimyasal element ile sembolü Nb (eski Cb) ve atom numarası Niyobyum açık gri, kristallidir ve 41. sünek geçiş metali . Saf niyobyum, saf titanyumunkine benzer bir Mohs sertlik derecesine sahiptir ve demire benzer sünekliğe sahiptir . Niyobyum dünya atmosferinde çok yavaş oksitlenir , bu nedenle nikele hipoalerjenik bir alternatif olarak mücevheratta kullanılır . Niyobyum genellikle piroklor ve kolumbit minerallerinde bulunur , bu nedenle eski adı "kolumbiyum"dur. Adını gelen Yunan mitolojisinde , özellikle Niobe kızıydı Tantalos , adaşı tantal . İsim, iki element arasındaki fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki büyük benzerliği yansıtarak onları ayırt etmeyi zorlaştırıyor.

İngiliz kimyager Charles Hatchett , 1801'de tantala benzer yeni bir element bildirdi ve ona columbium adını verdi. 1809'da İngiliz kimyager William Hyde Wollaston yanlış bir şekilde tantal ve columbiumun aynı olduğu sonucuna vardı. Alman kimyager Heinrich Rose 1846'da tantal cevherlerinin niyobyum adını verdiği ikinci bir element içerdiğini belirledi. 1864 ve 1865'te, bir dizi bilimsel bulgu, niyobyum ve columbiumun (tantaldan farklı olarak) aynı element olduğunu ve bir yüzyıl boyunca her iki ismin de birbirinin yerine kullanıldığını netleştirdi. Niyobyum, 1949'da resmi olarak elementin adı olarak kabul edildi, ancak columbium adı Amerika Birleşik Devletleri'nde metalurjide mevcut kullanımda kaldı.

20. yüzyılın başlarına kadar niyobyumun ilk kez ticari olarak kullanılması değildi. Brezilya niyobyum ve önde gelen üreticisi Feroniobyum , bir alaşım demir ile% 60-70 niyobyum. Niyobyum çoğunlukla alaşımlarda, en büyük kısmı ise gaz boru hatlarında kullanılanlar gibi özel çeliklerde kullanılır . Bu alaşımlar maksimum %0,1 içermesine rağmen, niyobyumun küçük yüzdesi çeliğin gücünü arttırır. Niyobyum içeren süper alaşımların sıcaklık kararlılığı, jet ve roket motorlarında kullanımı için önemlidir .

Niyobyum çeşitli süper iletken malzemelerde kullanılır. Bu süper-iletken alaşımlar , aynı zamanda, anti titanyum ve kalay , yaygın olarak kullanılan süper-iletken mıknatıslar arasında MR görüntüleme cihazları . Niyobyumun diğer uygulamaları arasında kaynak, nükleer endüstriler, elektronik, optik, nümizmatik ve mücevher bulunur. Son iki uygulamada, anotlama ile üretilen düşük toksisite ve yanardönerlik oldukça istenen özelliklerdir. Niyobyum, teknoloji açısından kritik bir unsur olarak kabul edilir .

Tarih

Belirgin bir gömlek yakalı ve kravatlı bir adamın oval siyah beyaz resmi
Charles Hatchett , Connecticut, ABD'de keşfedilen bir mineralde columbium elementini tanımladı .
Kucağında bir çocukla eğilen bir kadının marmor heykelinin siyah beyaz görüntüsü
Giorgio Sommer tarafından Niobe'yi temsil eden Helenistik bir heykelin resmi

Niyobyum edildi tanımlanan İngiliz kimyacı tarafından Charles Hatchett 1801. O İngiltere'ye gönderilmişti bir mineral numunede yeni bir öğe bulundu yılında Connecticut John Winthrop FRS (torunu tarafından 1734 yılında, Amerika Birleşik Devletleri John Winthrop Genç ) ve mineral adlı Kolumbit ve Columbia'dan sonra yeni element columbium , Amerika Birleşik Devletleri'nin şiirsel adı. Kolumbiyum Hatchett tarafından keşfedilen muhtemelen tantal yeni elemanının bir karışımıdır.

Daha sonra, columbium (niyobyum) ve yakından ilişkili tantal arasındaki fark konusunda önemli bir kafa karışıklığı vardı. 1809, İngiliz kimyager William Hyde Wollaston yoğunlukta 5,918 g / cc ile iki kolumbiyum-Kolumbit türetilen oksitleri göre 3 ve Tantal tantalit 8 üzerinden bir yoğunluğa g / cm, 3 , ve sonucuna iki oksitler rağmen yoğunluktaki önemli fark aynıydı; böylece tantalum adını korudu. Bu sonuç, Alman kimyager tarafından 1846 yılında reddedildiğini Heinrich Rose tantalit numunede iki farklı unsurların bulunduğunu ileri sürdü, ve çocukları sonra bunları adlı Tantalos : niyobyum (den Niobe ) ve pelopium (den Pelops ). Bu karışıklık, tantal ve niyobyum arasında gözlenen minimal farklılıklardan kaynaklandı. İddia edilen yeni elementler pelopium , ilmenium ve dianium aslında niyobyum veya niyobyum ve tantal karışımları ile aynıydı.

Tantal ve niyobyum arasındaki farklar, 1864'te Christian Wilhelm Blomstrand ve Henri Étienne Sainte-Claire Deville'in yanı sıra 1865'te bazı bileşiklerin formüllerini belirleyen Louis J. Troost ve son olarak İsviçreli kimyager Jean Charles Galissard tarafından kesin olarak gösterildi. de Marignac , 1866'da, hepsi sadece iki unsurun olduğunu kanıtladı. İlmenium ile ilgili makaleler 1871 yılına kadar görünmeye devam etti.

De Marignac, 1864'te niyobyum klorürü hidrojen atmosferinde ısıtarak indirgediğinde metali hazırlayan ilk kişi oldu . De Marignac, 1866'ya kadar daha büyük bir ölçekte tantal içermeyen niyobyum üretebilse de , ilk ticari uygulama olan akkor lamba filamanlarında niyobyumun kullanılması 20. yüzyılın başlarına kadar değildi . Bu kullanım, niyobyumun daha yüksek bir erime noktasına sahip olan tungsten ile değiştirilmesiyle hızla modası geçmiş oldu . Niyobyumun çeliğin gücünü arttırdığı ilk olarak 1920'lerde keşfedildi ve bu uygulama onun baskın kullanımı olmaya devam ediyor. 1961 yılında, Amerikan fizikçi Eugene Kunzler de ve iş arkadaşları Bell Labs keşfetti niyobyum-kalay yüksek akımları desteklemek için o ilk malzemesi yapmak, güçlü elektrik akımlarının ve manyetik alanların varlığında sergi süperiletkenliği devam ve faydalı yüksek- için gerekli alanlar güç mıknatısları ve elektrik güç makineleri . Bu keşif, yirmi yıl sonra, dönen makineler, parçacık hızlandırıcılar ve parçacık detektörleri için büyük, güçlü elektromıknatıslar oluşturmak üzere bobinlere sarılmış uzun çok telli kabloların üretimini mümkün kıldı .

Öğeyi adlandırma

Columbium ("Cb" sembolü), orijinal olarak Hatchett tarafından 1801'de metali keşfetmesi üzerine bahşedilen isimdi. Bu isim, cevherin tip örneğinin Amerika'dan ( Kolombiya ) geldiğini yansıtıyordu . Bu isim Amerikan dergilerinde kullanımda kaldı - American Chemical Society tarafından 1953'ten itibaren columbium ile yayınlanan son makale - Avrupa'da niyobyum kullanıldı. Bu karışıklığı sona erdirmek için, 1949'da Amsterdam'daki 15. Kimya Birliği Konferansı'nda 41. element için niyobyum adı seçildi. Bir yıl sonra bu isim, 100 yıl sonra Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC) tarafından resmen kabul edildi. columbium adının kronolojik önceliğine rağmen tartışmalıdır . Bu bir çeşit uzlaşmaydı; IUPAC , Kuzey Amerika kullanımına göre volfram yerine tungsten kabul etti ; ve Avrupa kullanımına göre columbium yerine niyobyum . Birçok ABD kimya derneği ve devlet kuruluşu tipik olarak resmi IUPAC adını kullanırken, bazı metalürji uzmanları ve metal toplulukları hala orijinal Amerikan adı olan " columbium "u kullanmaktadır .

özellikleri

Fiziksel

Niyobyum a, parlak , gri, sünek , paramanyetik metal olarak grup 5 arasında periyodik tablonun en dış bir elektron konfigürasyonu olan, (tabloya bakınız) kabukları (Bu çevresinde gözlenebilmektedir grubu 5. atipik rutenyum , (44) rodyum (45) ve paladyum (46).)

Z eleman Elektron/kabuk sayısı
23 vanadyum 2, 8, 11, 2
41 niyobyum 2, 8, 18, 12, 1
73 tantal 2, 8, 18, 32, 11, 2
105 dubnium 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2

Mutlak sıfırdan erime noktasına kadar vücut merkezli bir kübik kristal yapıya sahip olduğu düşünülse de , üç kristalografik eksen boyunca termal genleşmenin yüksek çözünürlüklü ölçümleri, kübik bir yapı ile tutarsız olan anizotropileri ortaya çıkarır. Bu nedenle, bu alanda daha fazla araştırma ve keşif beklenmektedir.

Niyobyum , kriyojenik sıcaklıklarda bir süper iletken haline gelir . Atmosferik basınçta, 9,2 K'da temel süperiletkenlerin en yüksek kritik sıcaklığına sahiptir  . Niyobyum, herhangi bir elementin en büyük manyetik penetrasyon derinliğine sahiptir. Ek olarak, vanadyum ve teknesyum ile birlikte üç temel Tip II süper iletkenden biridir . Süper iletken özellikler, büyük ölçüde niyobyum metalinin saflığına bağlıdır.

Çok saf olduğunda nispeten yumuşak ve sünektir, ancak kirlilikler onu daha da zorlaştırır.

Metal, termal nötronlar için düşük bir yakalama kesitine sahiptir ; bu nedenle nötron şeffaf yapılarının istendiği nükleer endüstrilerde kullanılır.

Kimyasal

Metal, oda sıcaklığında uzun süre havaya maruz kaldığında mavimsi bir renk alır. Elemental formda yüksek bir erime noktasına (2.468 °C) rağmen, diğer refrakter metallerden daha düşük bir yoğunluğa sahiptir. Ayrıca korozyona dayanıklıdır, süper iletkenlik özellikleri sergiler ve dielektrik oksit katmanları oluşturur.

Niyobyum, periyodik tablodaki öncülü zirkonyumdan biraz daha az elektropozitif ve daha kompaktken , lantanit büzülmesinin bir sonucu olarak boyut olarak daha ağır tantal atomlarıyla hemen hemen aynıdır . Sonuç olarak, niyobyumun kimyasal özellikleri, periyodik tabloda niyobyumun hemen altında görünen tantalınkilere çok benzer . Korozyon direnci tantal kadar üstün olmasa da, daha düşük fiyat ve daha fazla bulunabilirlik, niyobyumu kimya fabrikalarındaki tekne astarları gibi daha az zorlu uygulamalar için çekici kılmaktadır.

izotoplar

Yerkabuğundaki niyobyum , 93 Nb kararlı bir izotop içerir . 2003 yılına kadar, atomik kütleleri 81 ile 113 arasında değişen en az 32 radyoizotop sentezlenmişti. Bunların en kararlısı 34.7 milyon yıllık yarı ömre sahip 92 Nb'dir . En az kararlı olanlardan biri, tahmini yarı ömrü 30 milisaniye olan 113 Nb'dir. Stabil 93 Nb'den daha hafif olan izotoplar, bazı istisnalar dışında, β + bozunması ile bozunma eğilimindedir ve daha ağır olanlar, β - bozunması ile bozunma eğilimindedir . 81 Nb, 82 Nb ve 84 Nb minör β sahip + gecikmeli proton salınımı bozunma yolları, 91 tarafından Nb bozunmaktadır elektron yakalama ve pozitron emisyon ve 92 hem Nb bozunmaktadır β + ve β - çürümesi.

Atom kütlesi 84 ile 104 arasında değişen en az 25 nükleer izomer tanımlanmıştır. Bu aralıkta sadece 96 Nb, 101 Nb ve 103 Nb izomer içermez. Niyobyum izomerlerinin en kararlısı , 16.13 yıllık yarı ömre sahip 93m Nb'dir . En az kararlı izomer, 103 ns yarı ömrü ile 84m Nb'dir . Niyobyumun tüm izomerleri , küçük bir elektron yakalama dalı olan 92m1 Nb hariç , izomerik geçiş veya beta bozunması ile bozunur .

oluşum

Niyobyumun 20 ppm ile  yerkabuğundaki en yaygın 34. element olduğu tahmin edilmektedir . Bazıları, Dünya'daki bolluğun çok daha fazla olduğunu ve elementin yüksek yoğunluğunun onu Dünya'nın çekirdeğinde yoğunlaştırdığını düşünüyor. Serbest element doğada bulunmaz, ancak niyobyum minerallerde diğer elementlerle kombinasyon halinde oluşur. Niyobyum içeren mineraller genellikle tantal da içerir. Örnekler arasında columbite ( (Fe,Mn)(Nb,Ta) bulunur.
2
Ö
6
) ve kolumbit-tantalit (veya koltan , (Fe,Mn)(Ta,Nb)
2
Ö
6
). Columbite-tantalite mineralleri (en yaygın türler columbite-(Fe) ve tantalite-(Fe), burada "-(Fe)" demirin manganez gibi diğer elementler üzerindeki hakimiyeti hakkında bilgi veren Levinson son ekidir) en çok şu şekilde bulunur: pegmatit intrüzyonlarında ve alkali intruzif kayalarda yardımcı mineraller . Kalsiyum , uranyum , toryum ve nadir toprak elementlerinin niyobatları daha az yaygındır . Bu tür niyobatlara örnek olarak piroklor ( (Na,Ca)
2
not
2
Ö
6
(OH,F))
) (şimdi, nispeten yaygın bir örneği olan bir grup adı, örneğin fluorcalciopyrochlore) ve öksenit (doğru olarak euxenite-(Y) olarak adlandırılır) ( (Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta) ,Ti)
2
Ö
6
). Bu büyük niyobyum birikintileri, karbonatitler ( karbonat - silikat magmatik kayaçlar ) ile ilişkili ve piroklorun bir bileşeni olarak bulunmuştur.

Şu anda çıkarılan en büyük üç piroklor yatağı, ikisi Brezilya'da ve biri Kanada'da 1950'lerde bulundu ve hala niyobyum mineral konsantrelerinin başlıca üreticileri. Büyük mevduat bir carbonatite saldırı içinde barındırılan Araxa , devlet Minas Gerais aracılığıyla CBMM (aittir, Brezilya, Companhia Brasileira de Vfetalurgia e Mineracao ); diğer aktif Brezilya yatağı Goiás eyaleti Catalão yakınlarında bulunuyor ve Çin Molibden'e ait ve yine bir karbonatit müdahalesi içinde barındırılıyor. Bu iki maden birlikte dünya arzının yaklaşık %88'ini üretiyor. Brezilya'da ayrıca Amazonas eyaleti São Gabriel da Cachoeira yakınlarında büyük ama hâlâ kullanılmamış bir maden yatağının yanı sıra özellikle Roraima eyaletinde birkaç küçük yatak bulunuyor .

Üçüncü en büyük niyobyum üreticisi, Magris Resources'a ait olan ve Chicoutimi , Quebec, Kanada yakınlarındaki Saint-Honoré'de bulunan karbonatit barındıran Niobec madenidir . Dünya arzının %7 ila %10'unu üretir.

Üretme

Brezilya, dünya niyobyum üretiminin %90'ını temsil eden kırmızı renkli ve niyobyum dünya üretiminin %5'ini temsil eden koyu mavi renkli Kanada ile gri ve beyaz dünya haritası
2006'dan 2015'e kadar niyobyum üreticileri

Diğer minerallerden ayrıldıktan sonra tantal Ta 2 O 5 ve niyobyum Nb 2 O 5 karışık oksitleri elde edilir. İşlemedeki ilk adım, oksitlerin hidroflorik asit ile reaksiyonudur :

Ta 2 O 5 + 14 HF → 2 H 2 [TaF 7 ] + 5 H 2 O
Nb 2 O 5 + 10 HF → 2 H 2 [NbOF 5 ] + 3 H 2 O

De Marignac tarafından geliştirilen ilk endüstriyel ölçekli ayırma, kompleks niyobyum ve tantal florürlerin , dipotasyum oksipentafloroniobat monohidratın (K 2 [NbOF 5 ]·H 2 O) ve dipotasyum heptaflorotantalatın (K 2 [TaF 7 ]) farklı çözünürlüklerinden yararlanır . Su. Daha yeni işlemler, sikloheksanon gibi organik çözücüler ile sulu çözeltiden florürlerin sıvı ekstraksiyonunu kullanır . Karmaşık niyobyum ve tantalum fluorürler ayrı ekstre edilir , organik bir çözücü , su ile ve ya ilavesiyle çökeltildi potasyum florür , bir potasyum üretilmesi için florür kompleksinin, veya çökeltilmiş amonyak pentoksit gibi:

H 2 [NbOF 5 ] + 2 KF → K 2 [NbOF 5 ]↓ + 2 HF

Bunu takiben:

2 H 2 [NbOF 5 ] + 10 NH 4 OH → Nb 2 O 5 ↓ + 10 NH 4 F + 7 H 2 O

Metalik niyobyuma indirgeme için çeşitli yöntemler kullanılır . Elektroliz K bir erimiş karışımın 2 [NbOF 5 ] ve sodyum klorür biridir; diğeri ise florürün sodyum ile indirgenmesidir . Bu yöntemle, nispeten yüksek saflıkta bir niyobyum elde edilebilir. Büyük ölçekli üretimde, Nb 2 O 5 hidrojen veya karbon ile indirgenir. Gelen aluminotermik reaksiyon , bir karışımı , demir oksit ve niyobyum oksit ile reaksiyona sokulur alüminyum :

3 Nb 2 O 5 + Fe 2 O 3 + 12 Al → 6 Nb + 2 Fe + 6 Al 2 O 3

Reaksiyonu arttırmak için sodyum nitrat gibi az miktarda oksitleyici eklenir. Sonuç, çelik üretiminde kullanılan bir demir ve niyobyum alaşımı olan alüminyum oksit ve ferroniyobyumdur . Ferroniyobyum, %60 ila %70 arasında niyobyum içerir. Demir oksit olmadan, niyobyum üretmek için alüminotermik işlem kullanılır. Süper iletken alaşımların derecesine ulaşmak için daha fazla saflaştırma gereklidir . Vakum altında elektron ışını eritme , niyobyumun iki ana dağıtıcısı tarafından kullanılan yöntemdir.

2013 itibariyle, Brezilya'dan CBMM , dünya niyobyum üretiminin yüzde 85'ini kontrol ediyordu. Amerika Birleşik Devletleri Jeolojik Araştırmalar üretim 2006 yılında 44.500 tona, 2005 yılında 38.700 ton yükselmiştir Dünya Çapında kaynakları 4400000 ton olduğu tahmin edilmektedir tahmin ediyor. 1995 ve 2005 arasındaki on yıllık dönemde, üretim, 1995'te 17.800 tondan başlayarak iki katından fazla arttı. 2009 ve 2011 arasında, üretim yılda 63.000 tonda sabit kaldı, 2012'de yılda sadece 50.000 tona düştü. .

Maden üretimi (t) (USGS tahmini)
Ülke 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
 Avustralya 160 230 290 230 200 200 200 ? ? ? ? ? ? ?
 Brezilya 30.000 22.000 26.000 29.000 29.900 35.000 40.000 57.300 58.000 58.000 58.000 58.000 45.000 53.100
 Kanada 2.290 3.200 3.410 3,280 3.400 3310 4.167 3.020 4.380 4330 4420 4.630 4.710 5.260
 Kongo DR ? 50 50 13 52 25 ? ? ? ? ? ? ? ?
 Mozambik ? ? 5 34 130 34 29 ? ? ? ? ? ? ?
 Nijerya 35 30 30 190 170 40 35 ? ? ? ? ? ? ?
 Ruanda 28 120 76 22 63 63 80 ? ? ? ? ? ? ?
Dünya 32.600 25.600 29.900 32.800 34.000 38.700 44.500 60.400 62.900 62.900 62.900 63.000 50,100 59.400

Malawi'nin Kanyika Mevduatında ( Kanyika madeni ) daha az miktar bulunur .

Bileşikler

Birçok yönden niyobyum, tantal ve zirkonyuma benzer . Çoğu ametal ile yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girer; ile flor , oda sıcaklığında; ile klor , 150 ° C'de ve hidrojen , 200 ° C ; ve 400 °C'de nitrojen ile, sıklıkla interstisyel ve stokiyometrik olmayan ürünlerle. Metal 200° C'de havada oksitlenmeye başlar . Kaynaşmış alkaliler ve aqua regia , hidroklorik , sülfürik , nitrik ve fosforik asitler dahil asitler tarafından korozyona karşı dayanıklıdır . Niyobyum, hidroflorik asit ve hidroflorik/nitrik asit karışımları tarafından saldırıya uğrar .

Niyobyum, +5 ila -1 arasındaki tüm formal oksidasyon durumlarını sergilemesine rağmen, en yaygın bileşiklerde niyobyum +5 durumunda bulunur. Karakteristik olarak, 5+'den daha düşük oksidasyon durumlarındaki bileşikler, Nb–Nb bağı sergiler. Sulu çözeltilerde, niyobyum sadece +5 oksidasyon durumunu sergiler. Ayrıca hidrolize eğilimlidir ve sulu Nb oksidin çökelmesi nedeniyle hidroklorik , sülfürik , nitrik ve fosforik asitlerin seyreltik çözeltilerinde zar zor çözünür . Nb(V) ayrıca çözünür polioksoniyobat türlerinin oluşumundan dolayı alkali ortamlarda az çözünür.

Oksitler, niyobatlar ve sülfürler

Niyobyum oluşturan oksitler olarak , oksitlenme + 5 ( Nb 2 O 5 ), + 4 ( Nbo 2 ), +3 ( Nb
2
Ö
3
) ve daha nadir oksidasyon durumu, +2 ( NbO ). En yaygın olanı, neredeyse tüm niyobyum bileşiklerinin ve alaşımlarının öncüsü olan pentoksittir. Niobatlar, pentoksitin bazik hidroksit çözeltilerinde çözülmesi veya alkali metal oksitlerde eritilmesiyle üretilir . Örnekler lityum niyobat (LiNbO 3 ) ve lantan niyobattır (LaNbO 4 ). Lityum niyobatta trigonal olarak bozulmuş perovskite benzeri bir yapı bulunurken, lantan niyobat yalnız NbO içerir.3−
4
iyonlar. Katmanlı niyobyum sülfür (NbS 2 ) de bilinmektedir.

Malzemeler, 350 °C'nin üzerinde niyobyum(V) etoksitin termal bozunmasıyla üretilen ince bir niyobyum(V) oksit kimyasal buhar biriktirme filmi veya atomik katman biriktirme süreçleri ile kaplanabilir .

Halideler

Küçük bir parça sarı kristal içeren siyah bir yüzeyde cam izleyin
Kısmen hidrolize olmuş (beyaz malzeme) bir niyobyum pentaklorür (sarı kısım) örneği.
Dimer olarak var olan niyobyum pentaklorürün top ve çubuk modeli

Niyobyum, +5 ve +4 oksidasyon durumlarında halojenürler ve çeşitli substoikiometrik bileşikler oluşturur . Pentahalidler ( NbX
5
) oktahedral Nb merkezlerine sahiptir. Niyobyum pentaflorür (NbF 5 ) erime noktası 79.0 °C olan beyaz bir katıdır ve niyobyum pentaklorür (NbCl 5 ) sarı renklidir (soldaki resme bakın) 203.4 °C erime noktasına sahiptir. Her ikisi de hidrolize örneğin NbOCl olarak oksitlerin ve oksihalitler, vermek üzere 3 . Pentaklorür, niyobosen diklorür ( (C) gibi organometalik bileşikleri üretmek için kullanılan çok yönlü bir reaktiftir.
5
H
5
)
2
NbCl
2
).
Tetrahalidler ( NbX
4
) Nb-Nb bağları olan koyu renkli polimerlerdir; örneğin, siyah higroskopik niyobyum tetraflorür (NbF 4 ) ve kahverengi niyobyum tetraklorür (NbCl 4 ).

Niyobyumun anyonik halojenür bileşikleri, kısmen pentahalidlerin Lewis asiditesine bağlı olarak iyi bilinmektedir . En önemlisi, Nb ve Ta'nın cevherlerden ayrılmasında bir ara madde olan [NbF 7 ] 2− 'dir . Bu heptaflorür, oksopentaflorürü, tantal bileşiğinden daha kolay bir şekilde oluşturma eğilimindedir. Diğer halojenür kompleksleri arasında oktahedral [NbCl 6 ] :

Nb 2 Cl 10 + 2 Cl → 2 [NbCl 6 ]

Düşük atom numaralı diğer metallerde olduğu gibi, çeşitli indirgenmiş halojenür küme iyonları bilinmektedir, başlıca örnek [Nb 6 Cl 18 ] 4−'dir .

Nitrürler ve karbürler

Niyobyumun diğer ikili bileşikleri , düşük sıcaklıklarda bir süper iletken haline gelen ve kızılötesi ışık için dedektörlerde kullanılan niyobyum nitrürü (NbN) içerir . Ana niyobyum karbür , kesici takım uçlarında ticari olarak kullanılan son derece sert , refrakter , seramik bir malzeme olan NbC'dir .

Uygulamalar

Sarı lekeli üç parça metalik folyo
bir niyobyum folyo

2006 yılında çıkarılan 44.500 ton niyobyumun tahminen %90'ı yüksek kaliteli yapısal çelikte kullanıldı. İkinci en büyük uygulama süper alaşımlardır . Niyobyum alaşımlı süper iletkenler ve elektronik bileşenler, dünya üretiminin çok küçük bir payını oluşturuyor.

Çelik üretimi

Niobyum , içinde niyobyum karbür ve niyobyum nitrür oluşturduğu çelik için etkili bir mikro alaşım elementidir . Bu bileşikler tane incelmesini iyileştirir ve yeniden kristalleşmeyi ve çökelme sertleşmesini geciktirir. Bu etkiler sırayla tokluğu, mukavemeti, şekillendirilebilirliği ve kaynaklanabilirliği arttırır. Mikroalaşımlı paslanmaz çeliklerde , niyobyum içeriği, modern otomobillerde yapısal olarak yaygın olarak kullanılan yüksek mukavemetli düşük alaşımlı çeliklere küçük (%0,1'den az) ancak önemli bir katkıdır . Niyobyum bazen oldukça yüksek miktarlarda aşınmaya dayanıklı makine bileşenleri ve bıçaklar için, Crucible CPM S110V paslanmaz çelikte %3 gibi yüksek miktarlarda kullanılır.

Aynı niyobyum alaşımları genellikle boru hattı yapımında kullanılır.

süper alaşımlar

Arka planda ay olan Apollo Servis Modülünün görüntüsü
Apollo 15 CSM , niyobyum-titanyum alaşımından yapılmış karanlık roket nozulu ile ay yörüngesinde

Nikel, kobalt ve demir bazlı süper alaşımlarda , jet motoru bileşenleri, gaz türbinleri , roket alt tertibatları, turbo şarj sistemleri, ısıya dayanıklı ve yanma ekipmanı gibi uygulamalar için %6.5'e varan oranlarda niyobyum miktarları kullanılmaktadır . Niyobyum, süper alaşımın tane yapısı içinde bir sertleşme γ''-fazını çökeltir.

Bir örnek süper alaşım, kabaca %50 nikel , %18.6 krom , %18.5 demir , %5 niyobyum, %3.1 molibden , %0.9 titanyum ve %0.4 alüminyumdan oluşan Inconel 718'dir . Bu süper alaşımlar, örneğin Gemini programı için gelişmiş hava çerçevesi sistemlerinde kullanıldı . Apollo Servis Modülünün nozulu için başka bir niyobyum alaşımı kullanıldı . Niyobyum 400 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda oksitlendiğinden, bu uygulamalarda alaşımın kırılgan hale gelmesini önlemek için koruyucu bir kaplama gereklidir.

Niyobyum bazlı alaşımlar

C-103 alaşımı ortaklaşa tarafından 1960'ların başında geliştirilen Wah Chang Corporation'ın ve Boeing Co DuPont , Union Carbide Corp., General Electric geliştiriyorlardı Co. ve diğer bazı şirketlerin Nb-baz alaşımlar büyük ölçüde tarafından tahrik, aynı anda Soğuk Savaş ve Uzay Yarışı . %89 niyobyum, %10 hafniyum ve %1 titanyumdan oluşur ve Apollo Ay Modüllerinin ana motoru gibi sıvı roket itici memeleri için kullanılır .

Merlin Vakum başlığı

SpaceX tarafından Falcon 9 roketinin üst aşaması için geliştirilen Merlin Vacuum serisi motorların nozulu, bir niyobyum alaşımından yapılmıştır.

Niyobyumun oksijenle reaktivitesi , üretimin maliyetini ve zorluğunu önemli ölçüde artıran bir vakum veya inert atmosferde çalışmasını gerektirir . Vakum ark yeniden eritme (VAR) ve elektron ışını eritme (EBM), o zamanlar yeni süreçler, niyobyum ve diğer reaktif metallerin gelişimini sağladı. C-103 verdi projesi ile "Cı-dizisi", birçok 256 deney niyobyum alaşımları gibi 1959'da başlamıştır (muhtemelen dan c olumbium) düğme olarak eritilir ve içine yuvarlanabilir ki levha . Wah Chang, ticari kullanıma sokmak istediği nükleer dereceli zirkonyum alaşımlarından rafine edilmiş bir hafniyum envanterine sahipti . C-serisi alaşımların 103. deneysel bileşimi olan Nb-10Hf-1Ti, şekillendirilebilirlik ve yüksek sıcaklık özelliklerinin en iyi kombinasyonuna sahipti. Wah Chang, 1961'de C-103'ün ilk 500 lb ısısını EBM ve VAR kullanarak levhaya külçe olarak üretti. Amaçlanan uygulamalar türbin motorlarını ve sıvı metal ısı eşanjörlerini içeriyordu . O dönemden rakip niyobyum alaşımları arasında Fansteel Metallurgical Corp.'dan FS85 (Nb-10W-28Ta-1Zr), Wah Chang ve Boeing'den Cb129Y (Nb-10W-10Hf-0.2Y), Cb752 (Nb-10W-2.5Zr) vardı. Superior Tube Co.'dan Union Carbide ve Nb1Zr.

süper iletken mıknatıslar

Ortasında erkek boyutunda bir delik ve hemen önünde bir sedye bulunan, oda yüksekliğinde sarı-gri tıbbi makine
Niyobyum süper iletken alaşım kullanan 3- tesla klinik manyetik rezonans görüntüleme tarayıcısı

Niyobyum-germanyum ( Nb
3
Ge
), niyobyum-kalay ( Nb
3
Sn
) ve ayrıca niyobyum-titanyum alaşımları süper iletken mıknatıslar için tip II süper iletken tel olarak kullanılır . Bu süper iletken mıknatıslar, manyetik rezonans görüntüleme ve nükleer manyetik rezonans aletlerinin yanı sıra parçacık hızlandırıcılarda kullanılır . Örneğin, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı 600 ton süper iletken iplik kullanırken, Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör tahmini 600 ton Nb 3 Sn dizisi ve 250 ton NbTi dizisi kullanır. Yalnızca 1992'de, niyobyum-titanyum tel ile 1 milyar ABD dolarından fazla klinik manyetik rezonans görüntüleme sistemi inşa edildi.

Diğer süper iletkenler

Niyobyumdan yapılmış 1.3 GHz 9 hücreli süper iletken radyo frekansı boşluğu Fermilab'da sergileniyor

Süper-iletken radyo frekansı (SRF) 'de kullanılan boşluklar serbest elektron lazerleri FLASH (gaz projesinin doğrusal iptal Tesla'dan sonucu) ve XFEL saf niyobyum yapılır. Fermilab'daki bir kriyomodül ekibi, saf niyobyumdan yapılmış 1.3 GHz dokuz hücreli SRF boşlukları geliştirmek için FLASH projesindeki aynı SRF teknolojisini kullandı. Boşluklar , Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcının 30 kilometrelik (19 mil) doğrusal parçacık hızlandırıcısında kullanılacaktır . Aynı teknoloji kullanılacak LCLlerden-II de Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi ve PIP-II Fermilab'da.

Süper iletken niyobyum nitrür bolometrelerin yüksek hassasiyeti, onları THz frekans bandında elektromanyetik radyasyon için ideal bir dedektör yapar . Bu dedektörler test edildi milimetre altı Teleskobu , Güney Kutbu Teleskobu , Alıcı Lab Teleskobu ve en APEX ve şimdi gemide HIFI enstrüman kullanılan Herschel Uzay Gözlemevi .

Diğer kullanımlar

elektroseramik

Bir ferroelektrik olan lityum niyobat , cep telefonlarında ve optik modülatörlerde ve yüzey akustik dalga cihazlarının imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır . Lityum tantalat ve baryum titanat gibi ABO 3 yapı ferroelektriklerine aittir . Niyobyum kapasitörler , tantal kapasitörlere alternatif olarak mevcuttur , ancak tantal kapasitörler hala baskındır. Niyobyum, daha yüksek bir kırılma indeksi elde etmek için cama eklenir , bu da daha ince ve daha hafif düzeltici camları mümkün kılar .

Hipoalerjenik uygulamalar: ilaç ve mücevher

Niyobyum ve bazı niyobyum alaşımları fizyolojik olarak inert ve hipoalerjeniktir . Bu nedenle niyobyum, kalp pili gibi protez ve implant cihazlarında kullanılmaktadır. Sodyum hidroksit ile muamele edilen niyobyum , osseointegrasyona yardımcı olan gözenekli bir tabaka oluşturur .

Titanyum, tantal ve alüminyum gibi, niyobyum da hipoalerjenik özelliğinin oldukça arzu edildiği mücevherler için çok çeşitli yanardöner renkler üretmek üzere ısıtılabilir ve anotlanabilir ("reaktif metal anotlama ") .

Nümismatik

Niyobyum, hatıra paralarında, genellikle gümüş veya altınla birlikte değerli bir metal olarak kullanılır. Örneğin, Avusturya 2003'ten başlayarak bir dizi gümüş niyobyum euro madeni para üretti ; bu madeni paralardaki renk , ışığın ince bir anodize oksit tabakası tarafından kırınımı ile yaratılır . 2012 yılında, madalyonun merkezinde çok çeşitli renkler gösteren on madeni para mevcuttur: mavi, yeşil, kahverengi, mor, menekşe veya sarı. İki örnek daha 2004 Avusturya 25€'luk 150 Yıllık Semmering Alpine Demiryolu hatıra parası ve 2006 Avusturya 25€'luk Avrupa Uydu Navigasyonu hatıra parasıdır . Avusturya darphanesi Letonya için 2004'te başlayan benzer bir dizi madeni para üretti ve bir tanesi 2007'de takip etti. 2011'de Kanada Kraliyet Darphanesi , niyobyumun seçici olarak oksitlendiği Hunter's Moon adlı 5 dolarlık gümüş ve niyobyum madeni para üretimine başladı. hiçbir iki madeni paranın tamamen aynı olmadığı benzersiz yüzeyler yaratmak.

Dışı gümüşi kenarlı, koyu yeşil buhurlu sikke.  Jant okur: Republik Österreich 25 Euro.  Merkez, elektrikli ve buharla çalışan bir lokomotifi gösterir.
150 Yıllık Semmering Alpine Demiryolu Parası, niyobyum ve gümüşten yapılmıştır

Başka

Yüksek basınçlı sodyum buharlı lambaların ark tüpü contaları , bazen %1 zirkonyum ile alaşımlanmış niyobyumdan yapılır ; niyobyum, sinterlenmiş alümina ark tüp seramiği ile eşleşen, çok benzer bir termal genleşme katsayısına sahiptir; bu , çalışma lambasının içinde bulunan sıcak sıvı sodyum ve sodyum buharı tarafından kimyasal saldırıya veya indirgenmeye direnen yarı saydam bir malzemedir .

Niyobyum, bazı stabilize paslanmaz çelik sınıfları için ark kaynağı çubuklarında ve daha sonra genellikle platin ile kaplanmış olan bazı su tanklarındaki katodik koruma sistemleri için anotlarda kullanılır.

Niyobyum, propanın seçici oksidasyonu ile akrilik asit üretimi için yüksek performanslı heterojen katalizörlerin önemli bir bileşenidir.

Niyobyum, Parker Solar Probe'un solar korona parçacıkları reseptör modülünün yüksek voltajlı telini yapmak için kullanılır .

Önlemler

niyobyum
Tehlikeler
NFPA 704 (ateş elmas)
0
0
0

Niyobyumun bilinen bir biyolojik rolü yoktur. Niyobyum tozu gözleri ve cildi tahriş edici ve potansiyel bir yangın tehlikesi olsa da, daha büyük ölçekte elementer niyobyum fizyolojik olarak inerttir (ve dolayısıyla hipoalerjeniktir) ve zararsızdır. Takılarda sıklıkla kullanılır ve bazı tıbbi implantlarda kullanım için test edilmiştir.

Niyobyum içeren bileşikler çoğu insan tarafından nadiren karşılaşılır, ancak bazıları zehirlidir. Suda çözünür iki kimyasal olan niyobatlara ve niyobyum klorüre kısa ve uzun süreli maruz kalma, sıçanlarda test edilmiştir. Niyobyum pentaklorür veya niobates tek bir enjeksiyon ile muamele edilen sıçanlar, bir gösteren ortalama letal dozun (LD 50 , 10 ve 100 mg / kg arasında). Oral uygulama için toksisite daha düşüktür; Sıçanlarda bir çalışma LD vermiştir 50 940 mg / kg, yedi gün sonra yapıldı.

Referanslar

Dış bağlantılar