Большая Советская Энциклопедия.

Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Ниобий

(далее Н)(лат. Niobium), , элемент группы периодической системы номер 41, масса 92,9064; металл серо-стального цвета. Элемент имеет один природный изотоп 93.

  Н открыт в 1801 английским ученым 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 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 связан с редкоземельными элементами и с Та, , , , , , ( 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
  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 свойства. решетка Н объемноцентрированная кубическим с параметром а = 3,294 . Плотность 8,57 г/см3 (20 °); tпл 2500 °; tkип 4927 o; 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 объемное 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%. Твердость чистого Н по Бринеллю 450, технического 750—1800 Мн/м2. Примеси некоторых элементов, особенно и сильно ухудшают пластичность и повышают твердость Н
  По свойствам Н близок к Оба они чрезвычайно устойчивы ( 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: выше 200 °С, при 250 °С (интенсивно при 360 °С), при 400 °С. Практически не действуют на Н очищенные от примеси жидкие , К и их сплавы, , , , , , применяемые в качестве жидкометаллических теплоносителей в реакторах.

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

  Конфигурация внешних электронов 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 Например, в системе Н — установлены фазы: пятиокись 25(tпл 1512 °С, цвет белый), нестехеометрические 2,47 и 2,42, двуокись 2 (tпл 2080 °С, цвет черный), окись (tпл 1935 °С, цвет серый) и твердый раствор в Н 2 — полупроводник; , 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 25 имеет кислотный характер; кислоты не выделены в виде определенных соединений, но известны их соли — ниобаты.

  С образует твердый раствор внедрения (до 10 ат.% Н) и гидрид состава от 0,7 до . Растворимость в (в г/см3) при 20 °С 104, при 500 °С 74,4, при 900 °С 4,0. Поглощение обратимо: при нагревании, особенно в вакууме, выделяется; это используют для очистки от (сообщающего металлу хрупкость) и для гидрирования компактного : хрупкий гидрид измельчают и дегидрируют в вакууме, получая чистый порошок Н для электролитич. конденсаторов. Растворимость в Н составляет (% по массе) 0,005, 0,04 и 0,07 соответственно при 300, 1000 и 1500 °С. Рафинируют Н от нагреванием в глубоком вакууме выше 1900 °С или вакуумной плавкой. Высший нитрид светло-серого цвета с желтоватым оттенком; температура перехода в сверхпроводящее состояние 15,6 К. С при 1800—2000 °С образует 3 фазы: a-фаза — твердый раствор внедрения в Н содержащий до 2 ат.% С при 2335 °С; b-фаза — 2, d-фаза — . С галогенами Н дает галогениды, оксигалогениды и комплексные соли. Из них наиболее важны и лучше других изучены пентафторид 5, пентахлорид 5, окситрихлорид 3, 27 и оксифторониобат 27 · 2. Небольшое различие в давлении паров 5 и 5 используют для их весьма полного разделения и очистки методом ректификации.

  Получение и применение. Руды — обычно комплексные и бедны , хотя их запасы намного превосходят запасы руд Та (см. Ниобиевые руды). Рудные концентраты содержат 25: пирохлоровые — не менее 37%, лопаритовые — 8%, колумбитовые — 30—60%. Большую их часть перерабатывают алюмино- или силикотермическим восстановлением на феррониобий (40—60% ) и ферротанталониобий. Металлический получают из рудных концентратов по сложной технологии в три стадии: 1) вскрытие концентрата, 2) разделение и и получение их чистых соединений, 3) восстановление и рафинирование металлического Н и его сплавов. Основные промышленные методы производства и сплавов — алюминотермический, карботермический: из смеси 25 и сажи вначале получают при 1800 °С в атмосфере 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 25 сажей. способом Н восстанавливают из 27, алюминотермическим— из 25. Компактный металл (сплав) производят методами порошковой металлургии, спекая спрессованные из порошков штабики в вакууме при 2300 °С, либо электроннолучевой и вакуумной дуговой плавкой; монокристаллы 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, энергетика. Из чистого Н или его сплавов изготовляют детали летательных аппаратов; оболочки для и 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 промышленности. легируют др. цветные металлы, в том числе Н применяют в криотронах — сверхпроводящих элементах вычислительных машин, а станнид 3 и сплавы с и — для изготовления сверхпроводящих соленоидов. и сплавы с во многих случаях заменяют , что дает большой экономический эффект ( дешевле и почти вдвое легче, чем ). Феррониобий вводят в нержавеющие стали для предотвращения их межкристаллитной коррозии и разрушения и в стали др. типов для улучшения их свойств. Применяют и соединения Н 25 (катализатор в промышленности; в производстве огнеупоров, керметов, специальных стекол), нитрид, карбид, ниобаты.

  Лит.: Зеликман А. Н Меерсон Г. А., Металлургия редких металлов, М., 1973; и их сплавы, пер. с англ., М., 1966; Недюха И. М., Черный В. Г., — металл космической эры, Киев, 1965; и 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.

 


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 21.08.2017 13:23:22


13:09 В аварии с автобусом в Турции пострадали 11 россиян
13:07 Эксперт предрекла увеличение сроков выдачи виз в США для россиян до полугода
12:59 Журналист добавил в кофе майонез и вызвал омерзение в соцсетях
12:56 Синоптики объяснили грозы ускоренным потеплением в России
12:50 НАСА рассказало о трудностях в SpaceX
12:48 Президент «Зенита» раскрыл секрет преображения Кокорина