Значения слова ниобий

м.
Металл серовато-белого цвета, принадлежащий к числу очень редких элементов.

(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 (Nb ₂O₅ = 77,97%), содержащая, кроме того, закись марганца (MnО = 3,28%) и еще MgO, PbO, ZrO ₂, SnO₂ и WO ₃. 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 K ₂NbF₇, которая хорошо растворима и кристаллизуется в блестящих иголках; соответственное соединение тантала трудно растворяется. Ниобиевая кислота, гидрат HNbO ₃, получается из NbCl ₅ или NbOCl ₃ действием 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. Na ₂HNbO₄.6Н ₂O, пиросоли — K₃HNb₂O₇.6H₂O, метасоли — Mg(NbO₃)₂, KNbO₃.2H₂ O и более слoжные — K ₈Nb₆O₁₉.16H₂ O. При накаливании смеси Nb ₂O₅ с 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 NbC l₅ в токе, углекислого газа над N ₂O₅, 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 NbCl ₅ медленно 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 NbOCl ₃ и окись углерода (Роско). Существуют низшие кислородные соединения; NbO получается при действии натрия на K ₂NbOF₅; при накаливании Nb ₂O₅ в струе водорода возникает NbO ₂. Металлический Н. получен при сильном накаливании смеси паров NbCl ₅ с 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 Nb ₂O₅ углем в электрической печи привело к металлу, содержащему углерод и азот (А. Ларссон, 1896).

С. С. Колотов. Δ.

один из открытых химиками металлов.

(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 , 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 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 . Плотность 8,57 г/см3 (20 ╟C); tпл 2500 ╟C; tkип 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 tпл), 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 ╥ 10-8ом ╥ 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 4d45s

1. 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(tпл 1512 ╟С, цвет белый), нестехеометрические NbO2,47 и NbO2,42, двуокись NbO2 (tпл 2080 ╟С, цвет чёрный), окись NbO (tпл 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 NbH0,7 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: a-фаза ≈ твёрдый раствор внедрения углерода в Н., содержащий до 2 ат.% С при 2335 ╟С; b-фаза ≈ Nb2C, d-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 , карбид , 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.