НИОБИЯ ОКСИДЫ

O*Nb — Бинарные химические соединения — Каталог статей —

НИОБИЯ ОКСИДЫ

NbO

NbO2

Nb2O3

Nb2O5

Из оксидов ниобия наиболее известны монооксид NbO, диоксид NbO2, пентаоксид диниобия Nb2O5. При нагревании на воздухе или в кислороде все низшие оксиды окисляются до Nb2O5.

Прокаливание в токе водорода ведет к восстановлению Nb2O5 до NbO2 и затем до NbO. Серый NbO  имеет металлический вид и хорошо проводит электрический ток. Сине-черная NbO2 образуется в результате восстановления Nb2O5 водородом при 12000С.

Низшие окислы ниобия (и тантала) могут получены при 11000С в вакууме  по схеме

M2O5 + 3C = 2MO + 3CO

Nb2O5 + 3C = 2NbO + 3CO

Nb2O5

Nb2O5 –бесцветные кристаллы, Тпл =   1510С,    ∆Н0=  — 1897,9 кДж/моль, полупроводник.

В компактном виде ниобий начинает окисляться на воздухе выше 2000С. В виде порошка при нагревании выше 9000С он соединяется с кислородом, образуя Nb2O5. 

Ниобий встречается в природе в виде минерала колумбита M(NbO3)2 (M= Fe, Mn) и Nb2O5. Технология переработки руд V, Nb, Ta  довольно сложна. Для получения свободных металлов может быть использовано взаимодействие их окислов с металлическим кальцием, например

Nb2O5 + 5Ca = 2Nb + 5CaO

Реакции начинаются при нагревании исходных смесей и протекают с большим выделением тепла.

Бесцветный Nb2O5 тугоплавок и в воде почти нерастворим. Отвечающий ему гидроксид растворим не только в крепких растворах щелочей, но и в сильных кислотах, что указывает на его амфотерность. Пятиокись ниобия известна в двух модификациях.

Nb2O5 не растворяется в воде  и почти не растворяется в кислотах, кроме фтористоводородной, с которой образуется H2NbF7 или H2NbOF5.

Водородом Nb2O5 восстанавливается до низших оксидов, с NH3  при 530-8300С образует NbN, с Cl2 при 1000-10600С и с CCl4 при 2300С –оксихлориды и пентахлорид ниобия.

При нагревании Nb2O5 с другими оксидами получают многочисленные ниобаты.

Получают Nb2O5 прокаливанием гидроксида Nb(V) при 600-10000С, гидролизом NbCl5, сжиганием ниобия или его карбида в кислороде.

Nb2O5 – промежуточный продукт при получении Nb, его сплавов, NbC  и др. соединений, компонент огнеупоров, керметов, керамики, стекол с высоким коэффициентом преломления, не пропускающих ИК излучение.

NbO

Монооксид NbO – серые кристаллы, Тпл =  19450С, обладает металлической проводимостью, температура перехода в сверхпроводящее состояние 1,5 К. Около 23300С интенсивно испаряется с диспропорционированием на Nb и O2, что используется при рафинировании Nb методом электроннолучевой плавки.

Получают NbO восстановлением Nb2O5 водородом около 10300С или спеканием смеси Nb и Nb2O5 в вакууме при 1130-13300С.

NbO2

Диоксид NbO2 – черные кристаллы, Тпл =  19170С, ∆Н0=   -795,38 кДж/моль, полупроводник.

 ПолучаютNbO2  спеканием смеси Nb2O5 и Nb  в вакууме при 11300С или как промежуточный продукт при восстановлении Nb2O5 водородом.

Оксид ниобия(II) — бинарное неорганическое соединение, окисел металла ниобия с формулой NbO, чёрные кристаллы, не растворимые в воде.

Получение

  • Пропускание паров окситрихлорида ниобия(V) над магнием:
  • Восстановление водородом под давлением 150 ат оксида ниобия(V):
  • Спекание смеси ниобия и окситрихлорида ниобия(V) в вакууме:

Физические свойства

Оксид ниобия(II) образует чёрные кристаллы кубической сингонии, пространственная группа F m3m, параметры ячейки a = 0,42101 нм, Z = 3.

Не растворяется в воде.

Обладает металлической проводимостью, при 1,5°К переходит в сверхпроводящее состояние.

Химические свойства

  • Разлагается при сильном нагревании в вакууме:
  • Реагирует с кислородом при нагревании на воздухе:
  • Реагирует с хлором при нагревании:

 

Оксид ниобия(III) — бинарное неорганическое соединение, окисел металла ниобия с формулой Nb2O3, чёрно-синие кристаллы, не растворимые в воде.

Получение

Восстановление оксида ниобия(V) водородом или металлическим магнием: При спекании в атмосфере азота с углём образует нитрид ниобия: При спекании в инертной атмосфере с углём образует карбид ниобия:

Оксид ниобия(III) образует чёрно-синие кристаллы.

Не растворяется в воде.

Окисляется при нагревании на воздухе:

Оксид ниобия(IV) — неорганическое соединение, окисел металла ниобия с формулой NbO2, чёрные кристаллы, не растворимые в воде.

Получение

Восстановление оксида ниобия(V) водородом: Реагирует с хлором: Восстанавливается водородом: Физические свойства

Оксид ниобия(IV) образует чёрные кристаллы тетрагональной сингонии,

Не растворяется в воде.

Окисляется при нагревании на воздухе: Спекание смеси ниобия и оксида ниобия(V):

Оксид ниобия(V) — неорганическое соединение, оксид металла ниобия с формулой Nb2O5, белые тугоплавкие кристаллы, термически устойчивые, не растворимые в воде.

Получение

Сжигание ниобия в кислороде: Реагирует с хлором в присутствии восстановителей: Восстанавливается водородом: Реагирует с карбонатами щелочных металлов при спекании: Реагирует с растворами щелочей: С фторидом калия в разбавленной плавиковой кислотой: Реагирует с концентрированной плавиковой кислотой:

При нормальных условиях стабильна форма β-Nb2O5.

Из раствора осаждается в виде гидрата Nb2O5•n H2O, который более реакционноспособный. После прокаливания (выше 500°С) становится химически пассивным.

Не растворяется в воде, р ПР = 20,14.

Разлагается при сильном нагревании в вакууме, превращаясь в тёмно-синий оксид нестехиометрического состава:

Оксид ниобия(V) образует белые кристаллы нескольких (не менее 10) кристаллических модификаций:

Ниобий

НИОБИЯ ОКСИДЫ

Существует довольно большое количество элементов, которые при соединении с другими веществами образуют сплавы с особыми эксплуатационными качествами.

Примером можно назвать ниобий – элемент, который получил сначала название «колумбий» (по названию реки, где он впервые найден), но после был переименован.

Ниобий – металл с довольно необычными свойствами, о которых далее поговорим подробнее.

Ниобий

Получение элемента

При рассмотрении свойств ниобия следует отметить, что содержание этого металла на тонну породы относительно невелико, составляет примерно 18 грамм. Именно поэтому после его открытия было предпринято довольно много попыток получения металла искусственным путем. За счет близкого химического состава это вещество достаточно часто добывается вместе с танталом.

Месторождения ниобия расположены практически по всему миру. Примером назовем рудники в Конго, Руанде, Бразилии и в многих других странах. Однако этот элемент нельзя назвать распространенным, во многих регионах он практически не встречается даже в малой концентрации.

Химический элемент ниобий

Относительно небольшая концентрация вещества в земной породе усугубляется сложностями, возникающими при его получении из концентрата. Стоит учитывать, что ниобий НБШ получить можно только из породы, которая насыщена танталом. Особенностями производственного процесса назовем нижеприведенные моменты:

  1. Для начала на завод поставляется концентрированная руда, которая проходит несколько этапов очистки. При производстве ниобия проводится разделение получаемой руды на чистые элементы, среди которых и тантал.
  2. Завершающий процесс переработки заключается в рафинировании металла.

Несмотря на возникающие сложности при добыче и переработке рассматриваемой руды, с каждым годом объем производства рассматриваемого сплава существенно возрастает. Это связано с тем, что металл обладает исключительными эксплуатационными качествами и получил большое распространение в самых различных отраслях промышленности.

Оксиды ниобия

Рассматриваемый химический элемент может стать основой различных соединений. Самым распространенным можно назвать пятиокись ниобия. Среди особенностей данного соединения можно отметить нижеприведенные моменты:

  1. Оксид ниобия представлен белым кристаллическим порошком, который имеет кремовый оттенок.
  2. Вещество не растворяется в воде.
  3. Получаемое вещество сохраняет свою структуру при смешивании с большинства кислотами.

Ниобиевый штабик

К особенностям пентаоксида ниобия также можно отнести следующие свойства:

  1. Повышенная прочность.
  2. Высокая тугоплавкость. Вещество способно выдерживать температуру до 1490 градусов Цельсия.
  3. При нагреве поверхность окисляется.
  4. Реагирует на воздействие хлора, может восстанавливаться водородом.

Гидроксид ниобия в большинстве случаев применяется для получения высоколегированных марок стали, которые обладают довольно привлекательными эксплуатационными качествами.

Ниобий имеет химические свойства схожие с химическими свойствами тантала. Рассматривая основные характеристики ниобия, нужно уделить внимание нижеприведенным моментам:

  1. Устойчивость к воздействию различных видов коррозии. Сплавы, получаемые при внедрении данного элемента в состав, обладают высокими коррозионностойкими качествами.
  2. Рассматриваемый химический элемент демонстрирует высокий показатель температуры плавления. Как показывает практика, у большинства сплавов температура плавления более 1 400 градусов Цельсия. это усложняет процесс обработки, но делает металлы незаменимы в различных сферах деятельности.
  3. Основные физические свойства также характеризуются легкостью сваривания получаемых сплавов.
  4. При отрицательных температурах структура элемента остается практически неизменной, что позволяет сохранить эксплуатационные свойства металла.
  5. Особое строение атома ниобия определяет сверхпроводящие качества материала.
  6. Атомная масса составляет 92,9, валентность зависит от особенностей состава.

Ниобий НБШ

Основным достоинством вещества считается именно тугоплавкость. Именно поэтому он стал применяться в самых различных отраслях промышленности. Плавление вещества проходит при температуре около 2 500 градусов Цельсия.

Некоторые сплавы и вовсе плавятся при рекордной температуре 4 500 градусов Цельсия. Плотность вещества достаточно высокая, составляет 8,57 грамма на кубический сантиметр.

Стоит учитывать, что металл характеризуется парамагнитностью.

На кристаллическую решетку не оказывают воздействия следующие кислоты:

  1. серная;
  2. соляная;
  3. фосфорная;
  4. хлорная.

Не оказывает воздействие на металл и водные растворы хлора. При определенном воздействии на металл на его поверхности образуется диэлектрическая оксидная пленка. Именно поэтому металл стал использоваться при производстве миниатюрных высокоемкостных конденсаторов, которые также изготавливаются из более дорогостоящего тантала.

Применение ниобия

Изготавливаются самые различные изделия из ниобия, большая часть которых связана с выпуском авиационной техники. Примером можно назвать применение ниобия в изготовлении деталей, которые устанавливаются при сборе ракет или самолетов. Кроме этого, можно выделить следующее применение данного элемента:

  1. Производство элементов, из которых изготавливают радарные установки.
  2. Как ранее было отмечено, для получения более дешевых емкостных электрических конденсаторов может применяться рассматриваемый сплав.
  3. Катоды, аноды из фольги тоже изготавливают при применении рассматриваемого элемента, что связано с высокой жаропрочностью.
  4. Часто можно встретить конструкции мощных генераторных ламп, которые имеют внутри сетку. Для того чтобы эта сетка выдержала воздействие высокой температуры ее изготавливают из рассматриваемого сплава.

Ниобиевые втулки

Высокие физические и химические качества определяют применение ниобия при производстве труб для транспортировки жидких металлов. Кроме этого, сплавы применяются для получения контейнеров самого различного предназначения.

Сплавы с ниобием

Рассматривая подобные сплавы следует учитывать, что часто этот элемент применяется для производства феррониобия. Этот материал получил широкое применение в литейных отраслях индустрии, а также при изготовлении электронных покрытий. В состав входит:

  1. железо;
  2. ниобий с танталом;
  3. кремний;
  4. алюминий;
  5. углерод;
  6. сера;
  7. фосфор;
  8. титан.

Концентрация основных элементов может варьироваться в достаточно большом диапазоне, от чего и зависят эксплуатационные качества материала.

https://www.youtube.com/watch?v=fFuA8XC8tIM

Альтернативным сплавов феррониобия можно назвать ниобий 5ВМЦ. При его получении в качестве легирующих элементов используется вольфрам, цирконий и молибден. В большинстве случаев этот спав используется для производства полуфабрикатов.

В заключение отметим, что ниобий в некоторых странах применяется при производстве монет. Это связано с достаточно высокой стоимостью материала. При массовом выпуске сплавов, которые в качестве основного элемента имеют в составе ниобий, создаются своеобразные слитки.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть