Ниобий — химический элемент V группы¶

Ниобий — химический элемент 5-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы V группы), 5-го периода периодической системы, с атомным номером 41. Обозначается символом Nb. Относится к переходным металлам. Простое вещество ниобий — тугоплавкий металл серебристо-серого цвета с температурой плавления 2477 °C.

¶Общие сведения

Название происходит от имени Ниобы — дочери Тантала в древнегреческой мифологии; это отражает химическое сходство ниобия с танталом, из-за которого их долго не могли разделить.

¶История

В 1801 году английский химик Чарльз Хэтчетт обнаружил в минерале колумбите оксид неизвестного элемента и назвал его «колумбием». В 1844 году немецкий химик Генрих Розе выделил из танталита два оксида и дал одному из них имя «ниобий». Спор о тождестве колумбия и ниобия длился десятилетиями и был окончательно решён в 1866 году, когда подтвердилось, что это один и тот же элемент. Металлический ниобий в чистом виде впервые получил в 1864 году Кристиан Бломстранд путём восстановления хлорида. Название «ниобий» закрепилось как официальное (в США до 1950-х годов использовали «колумбий»).

¶Нахождение в природе

Ниобий — рассеянный элемент, в земной коре его содержится около 20 г/т (кларк). Собственных минералов немного; главные промышленные — колумбит-танталит (Fe, Mn)(Nb, Ta)₂O₆ и пирохлор. Крупные месторождения находятся в Бразилии (штат Минас-Жерайс), Канаде, Австралии, Нигерии, Демократической Республике Конго. Бразилия обеспечивает значительную долю мирового производства.

¶Физические и химические свойства

Ниобий — тугоплавкий, пластичный металл. Обладает высокой коррозионной стойкостью благодаря плотной оксидной плёнке. При обычной температуре устойчив к действию воздуха и многих кислот; растворяется в плавиковой и смеси азотной с плавиковой кислотой. Характерные степени окисления: +5 (наиболее устойчивая), +3, +2, +4. Высшая степень окисления +5 отвечает образованию оксида Nb₂O₅ и ниобатов. Ниобий проявляет сверхпроводимость: температура перехода для чистого металла около 9,2 К — один из самых высоких показателей среди элементарных сверхпроводников.

¶Получение

Металл получают из концентратов в несколько стадий. Сначала руду обогащают и переводят ниобий в раствор, отделяя от тантала (например, экстракцией или ионообменными методами). Затем получают оксид Nb₂O₅, который восстанавливают алюминием (алюминотермия) или углеродом. Для получения особо чистого металла применяют электронно-лучевую зонную плавку или восстановление галогенидов. Компактный ниобий выпускают в виде слитков, прутков, листов.

¶Применение

• Металлургия. Основной потребитель — производство микролегированных сталей: добавка ниобия (0,01–0,1 %) повышает прочность, улучшает свариваемость и хладостойкость. Используется в жаропрочных и нержавеющих сплавах.
• Сверхпроводящие материалы. Сплавы ниобия (Nb-Ti, Nb₃Sn) применяются для изготовления сверхпроводящих магнитов — в ускорителях частиц, томографах, установках термоядерного синтеза (ИТЭР).
• Атомная и космическая техника. Ниобий и его сплавы идут на детали ядерных реакторов, оболочки тепловыделяющих элементов, элементы ракетных двигателей благодаря тугоплавкости и малому сечению захвата нейтронов.
• Электроника и оптика. Используется в конденсаторах, в качестве геттера в вакуумных приборах, для покрытий и в ювелирном деле (анодированный ниобий даёт цветные плёнки).

¶Биологическая роль и безопасность

Ниобий не играет известной биологической роли в организме человека. Его соединения относятся к умеренно токсичным; пыль металла при вдыхании может вызывать раздражение дыхательных путей, поэтому при работе соблюдают меры защиты.