История открытия ниобия кратко

Обновлено: 02.07.2024

Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal

Минералы, содержащие ниобий

Где вы прописаны?

Посылка с берегов Колумбии

. В середине XVII века в бассейне реки Колумбии (Северная Америка) был найден тяжелый черный минерал с золотистыми прожилками слюды. Вместе с другими камнями, собранными в различных частях Нового Света, этот минерал (названный впоследствии колумбитом) был отправлен в Англию в Британский музей.

150 лет спустя

Без малого 150 лет пролежал камень под стеклом на стенде музея, числясь в списке экспонатов образцом железной руды. Но вот в 1801 году известный уже в то время химик Чарльз Хетчет заинтересовался этим красивым минералом. Анализ показал, что в камне действительно содержались железо, марганец, кислород, но наряду с ними имелся и какой-то незнакомый элемент, образующий вещество со свойствами кислотного окисла. Новый элемент Хетчет назвал колумбием.

Два открытия

"Учинить ему новый допрос. "

В честь богини печали

"Колумбисты" примиряются с судьбой

Водой не разольешь

Овчинка стоит выделки

Предсказание сбывается

Ниобий открыт в 1801 г. В Британский музей из Америки (штат Массачузетс) был прислан неизвестный минерал. Гатчет, который исследовал этот минерал, названный позднее колумбитом, вначале отождествлял его с сибирской хромовой рудой, но затем обнаружил, что кислота (окисел), образующаяся из щелочного сплава минерала, обладает совершенно иными свойствами, чем хромовая кислота Гатчету не удалось восстановить из окисла металл, однако он все же назвал его колумбием в честь Христофора Колумба и старинного названия Америки. Год спустя шведский химик Экеберг открыл в одной из финских руд новый элемент, названный им танталом (Tantalum), так как окисел этого металла оказался чрезвычайно устойчивым и не разрушался даже в избытке кислоты.

Он как бы не мог насытиться кислотой, подобно тому как мифический Тантал, наказанный Зевсом, стоя по горло в воде и терзаясь жаждой, не мог удовлетворить ее. Минерал, содержащий этот металл, был наименован танталитом. Однако в 1809 г. Волластон доказал, что колумбий Гатчета и тантал Экеберга представляют собой один и тот же металл, так как их окислы очень близки по удельному весу. Этот спорный вопрос разрешил Розе, который в 1844 г. в результате тщательного анализа колумбитов и танталитов различного происхождения установил, что в некоторых из них помимо тантала содержится еще один элемент, близкий по свойствам к танталу. Этот новый элемент Розе назвал ниобием (Niobium) по имени мифической Ниобы, дочери Тантала. Колумбий Гатчета оказался смесью ниобия и тантала. В России колумбий Гатчета заинтересовал химика-аналитика Т. Е. Ловиа, который начал исследование нового металла, но не успел его закончить, опубликовав о нем лишь заметку (1806). В русской литературе начала XIX в. колумбий Гатчета назывался колумб (Шерер, 1808), колумбий (Ловиц), тантал и ниобий (Гесс).

Только в 1950 ИЮПАК (Всемирная организация химиков) окончательно присвоила элементу №41 название ниобий. Металлический Nb первым получил в 1866 К. Бломстранд.

В конце XIX века французский химик Анри Муассан получил чистый ниобий электротермическим путем, восстанавливая окись ниобия углеродом в электропечи.

Названия металлов ниобия и тантала связаны со времен их открытия. Не зря их имена отнесены к одному мифологическому семейству — Танталу и его дочери Ниобы.

История

История ниобия связана с его вечным спутником — танталом.

Свойства

Элемент относится к тугоплавким металлам, в таблице Менделеева имеет № 41. Латинское название Niobium, в химических формулах обозначается символом Nb.

Некоторые характеристики:

цвет серебристо-серый;
кристаллическая структура решетки объемноцентрированая, кубическая;
состоит из стабильного изотопа Nb93;
отличается высокой хладоустойчивостью.
обладает парамагнитностью.

Химические свойства:

С большинством кислот не реагирует (кроме плавиковой и ее смеси с азотной).
Устойчив в расплавах многих металлов.
Реагирует с концентрированными едкими щелочами.
С повышением температуры окисляемость металла быстро возрастает.
При 9°К становится сверхпроводником.

Познавательно: ниобий и тантал — братья-близнецы. Они всегда рядом в рудах, и разделить их непросто. Проще всего отличить одинаковые кусочки металла по весу — плотность ниобия почти в 2 раза меньше, чем у тантала. К тому же тантал гораздо дороже нашего героя.

Плюсы и минусы

Достоинства	Недостатки
Устойчив к коррозии в агрессивных средах	Высокая цена
Завидные механические свойства (прочность, пластичность)	Руды металла редко встречаются
Высокая температура плавления	Малый модуль упругости

Где искать

Нахождение в природе ниобия почти всегда сопутствует минералам, содержащим тантал.

Месторождения рудных запасов имеют:

Австралия;
Бразилия;
Россия;
США;
Канада.

Известно около 100 ниобийсодержащих минералов; в их состав почти всегда входит и тантал.

Производство ниобия

Промышленные способы получения чистого металла:

алюмотермия;
карботермия;
натрийтермия.

Производство включает предварительную концентрацию руды и несколько стадий процессов:

Концентрат сплавляют с едким натром или содой; сплав выщелачивают.
В нерастворимый осадок выпадают Nb и Ta, которые разделяют.
Раздельно восстанавливают оксиды редких металлов.

Порошковый металл получают электроннолучевой, дуговой или вакуумной плавкой.

Сплавы

В сплавах применяют в качестве лигатуры:

Для повышения жаропрочности в соединения ниобия вводят вольфрам, цирконий, молибден.

Познавательно: детали из нержавейки в средах сильных кислот работают 2-3 месяца; детали из ниобия и его сплавов в этих средах трудятся 2-3 года.

Что делают из ниобия

Продукцию из ниобия и его сплавов потребляют:

электронная промышленность;
авиация;
ядерная физика;
металлургия.

Применение свойства сверхпроводимости в томографии, исследованиях на аппаратах МРТ в медицине помогают медикам в раннем обнаружении болезней.

Охлаждение квантовых компьютеров, кабели для Большого адронного коллайдера, огнеупоры, ТВЭЛы для ядерных устройств — везде работает наш герой и его сплавы.

Возможно применение металла в ювелирной промышленности. Его оксидные пленки, полученные с помощью электролиза, имеют множество ярких цветов; все зависит от электролита и температуры.

Интересно: несколько стран выпускают коллекционные монеты с сердцевиной, анодированной разноцветными сплавами ниобия.

Легирующие свойства металла придают сплавам тугоплавкость, прочность, устойчивость к коррозии.

Физикам-экспериментаторам не обойтись без соединений ниобия (химические формулы NbN, Nb3Sn, Nb3Ge, NbTi) — они обладают сверхпроводимостью.

Купить металл

Цена ниобиевого порошка на 20.09.2020 составляла 17000 руб/кг.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Сковорода бы стоила из таких сплавов от 30 до 50 тыс.руб

Мне очень хочется что все россияне готовили себе и своим детям на безопасных сковородках выплавленных из : сплава- титана, циркония, тантала только тогда нация будет здоровой но к сожалению никто такую посуду не производит в путинской России руководство проводит антинародную политику, я прошу дорого господина чемезова самого достойного россиянина создать в Ростехе предприятие производящее для всех россиян — сковородки , кастрюли, ножи, ложки, вилки , терки, мясорубки, чайники, из обсолютно безопасного на планете единственного сплава без железа , без ядовитого хрома и никеля , без тефлонового ядовитейшего покрытия пластмассового которое травит всех россиян и их детей и из этой отравы все граждане покупают сковородки . А нужно делать только из — сплава : титана 30%+ цирконий 50%+ тантал 20% , такая посуда и сковородка ничего вредного в еду совсем не выделяет , не ржавеет никогда и можно давать гарантию — 500 — 1000 лет. Юрий тимашов 29 лет Кубань .

Благодаря этому металлу возможна работа Большого адронного коллайдера. Ниобий редок, его утилитарные свойства ценят ученые и производственники.

Что представляет собой

Ниобий – это химический элемент (№ 41 в таблице Д.Менделеева).

Блестящее серебристо-сероватое вещество с типичными для металла свойствами:

На воздухе покрывается пленкой-оксидом.
По структуре кристаллическая решетка – куб.
Относится к металлам тугоплавкой группы.

По составу это один стабильный изотоп. Человеком создано еще 32. Они радиоактивны, самый долгоживущий Nb-92 распадается почти 35 миллионов лет.

Международное обозначение и формула – Nb (Niobium).

История открытия

Знакомство людей с металлом состоялось на заре 19 века благодаря европейским химикам:

Еще интереснее история названия:

Нахождение в природе

Чистый ниобий на планете не выявлен. Нахождение элемента в природе представлено рассеянной формой либо минералами (более сотни). Из них промышленный интерес представляют пирохлор, лопарит, колумбит-танталит.

Ниобиевые минералы всегда залегают в земной коре на пару с танталовыми. Такое соседство обусловлено сходством физических свойств этих элементов. Отличить ниобий от тантала возможно только на спецоборудовании.

Тонна земной коры содержит 18 г ниобия, литр морской воды – 10−5 мг.

Физико-химические характеристики

Ученые выявили физические и химические свойства элемента:

Прочность.
Тугоплавкость (почти 2500°C).
Стойкость к коррозии даже в агрессивных средах.
Пластичность, легкость сварки.

Элемент отличает химическая стойкость, кислоты на него влияют мало. Растворителей единицы: насыщенная серная либо плавиковая, крепкие едкие щелочи.

При термовоздействии образуются оксиды, галогениды, другие соединения ниобия.

Месторождения, добыча

Запасами руды располагают Австралия, Канада, Бразилия. Особенно богата Африка (Конго, Мозамбик, Нигерия, Руанда).

Российские месторождения сосредоточены на Кольском полуострове.

Добыча от года растет, но глобальные объемы не превышают сотни тысяч тонн ежегодно.

Технология получения

Руды небогаты на ниобиевую составляющую, поэтому их обогащают.

Кристаллы Ниобия

Далее рудный концентрат восстанавливают при высоких температурах.

Процесс получения металла:

Концентрат вскрывается.
Тантал и ниобий разделяются.
Генерируются их чистые соединения.
Металл либо сплавы восстанавливаются.
Рафинируются.

В зависимости от материала-восстановителя используют алюмо-, натрий- либо карботермический способы получения. Процесс происходит в вакууме при температурах порядка 2000°С.

Компактные модификации металла либо сплава создают методами порошковой металлургии. Для этого порошок спрессовывают, затем спекают в вакууме при 2300°C. Либо применяют дуговую плавку.

Производство особо чистого кристаллического ниобия базируется на электронно-лучевой плавке.

Где используется

Металлургия выпускает продукцию двух категорий: ниобий как металл (чистота от 99%) и сплавы – с молибденом, цирконием, вольфрамом, углеродом.

Металлурги передают продукт химикам, атомщикам, электронщикам, строителям самолетов, ракет.

Достоинства металла – тугоплавкость, устойчивость к коррозии, легкость обработки – дополняет еще одно.

Это проверенный легирующий компонент. От долей до нескольких процентов к составу разительно улучшают параметры продукции из сталей и сплавов:

Основные сферы использования металла:

Ниобием снабжены ускорители Большого адронного коллайдера. Из сплава его с титаном изготовлен кабель-оболочка для сверхпроводящих магнитов этого устройства.

Сплав металла с серебром идет на коллекционные монеты, выпускаемые Центральными банками нескольких стран.

Применение элемента усложняют недостатки: редкость в природе и высокая цена.

Цена редкого металла запредельна (тыс. руб./кг)

Порошок – 3,65 – 21,7.
Штабики, прутки, слитки – 8,1.
Фольга – 125 – 143,7.
Стружка – 0,65.

Он дешевле тантала, но в разы дороже вольфрама и молибдена.

Воздействие на человека

Соединения ниобия опасны. Особо токсична пыль: от нее слезятся глаза, появляется дерматит. Попадание в организм чревато патологией внутренних органов, параличом рук и ног.

На воздухе мелкий порошок способен воспламениться.

По стандартам РФ, содержание ниобия в воде не должно превышать 0,00001 г на литр.

Для предприятий, занятых производством металла и его соединений, свои стандарты. ПДК ниобия, оксида, нитрида в воздухе рабочих зон – 10 мг на кубометр.

Читайте также: