Nióbio (Nb): estrutura, propriedades, usos, obtenção - Ciência - 2023

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Nióbio (Nb): estrutura, propriedades, usos, obtenção - Ciência
Nióbio (Nb): estrutura, propriedades, usos, obtenção - Ciência

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o nióbio É um elemento químico que pertence ao grupo V da tabela periódica. Pertence aos metais da segunda série de transição. Seu símbolo químico é Nb. A maioria de suas características e comportamento correspondem aos de um metal, no entanto, algumas de suas propriedades químicas no estado de oxidação +5 são muito semelhantes às de um não metal.

Quando foi descoberta, em 1801, recebeu o nome de columbio, em homenagem a Cristóvão Colombo, por fazer parte de uma amostra mineral trazida da América para a Inglaterra.

Durante algum tempo, o columbium (Cb) e o tântalo (Ta) foram considerados o mesmo elemento, até que depois de muitas dificuldades as diferenças entre eles foram identificadas.

O columbium era então, devido à sua semelhança com o tântalo, denominado nióbio, termo derivado de Niobe, filha de Tântalo, personagem da mitologia grega condenada à frustração eterna e filho do deus Júpiter. Na indústria metalúrgica dos Estados Unidos, o nióbio ainda é chamado de columbium.


É um metal refratário, portanto resiste a temperaturas muito altas sem derreter ou decompor. Depois de fundido, pode ser misturado em qualquer proporção com o ferro.

Portanto, é utilizado na produção de aço para diversas aplicações, incluindo a aviação e a indústria aeroespacial. Também é usado em implantes ósseos devido à sua biocompatibilidade com tecidos vivos.

Estrutura e configuração eletrônica

A configuração eletrônica deste elemento é:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d4 5s1,

ou também:

[Kr] 4d4 5s1,


Esta configuração explica que seu estado de oxidação mais firme é +5, pois quando perde 5 elétrons de suas camadas mais externas (4d4 5s1) adquire a configuração estável do criptônio de gás nobre (Kr). No entanto, também possui outras valências.

A estrutura cristalina do nióbio é centrada cúbica, o que significa que 8 átomos estão localizados formando um cubo e no centro deste também há um átomo.

Nomenclatura

  • Nióbio, símbolo químico Nb
  • Columbium, símbolo químico Cb

Propriedades

Número atômico

41

Estado físico

Sólido metálico com glitter prata.

Peso atômico

92,9


Ponto de fusão

2477 ºC

Ponto de ebulição

4741 ºC

Densidade

8,57 g / cm3

Solubilidade

Quando está no estado líquido, ou seja, derretido, é completamente miscível com o ferro. É insolúvel em água.

Propriedades quimicas

Possui alta resistência à corrosão e muitas substâncias químicas. Por este motivo é muito resistente aos ácidos, porém, é atacado pelo ácido fluorídrico (HF) e reage vigorosamente com uma mistura deste com o ácido nítrico (HNO3).

Dissolve-se lentamente em hidróxido de sódio fundido (NaOH) ou hidróxido de potássio (KOH), mas é resistente a soluções de amônia (NH3).

O estado de oxidação +5 é o que gera os compostos mais estáveis ​​deste elemento, como flúor, tartarato, oxalato e peróxido. No entanto, também possui compostos com outras valências.

Propriedades mecânicas

Dependendo de sua pureza, pode ser muito dúctil, ou seja, pode sofrer deformações facilmente, permitindo a obtenção de até mesmo fios. Porém, à medida que o alongamento do material aumenta, ele se torna mais duro e resistente, perdendo a ductilidade, mas sem ser quebradiço.

É um material altamente resistente ao calor, suportando altíssimas temperaturas sem derreter ou decompor-se, mantendo suas propriedades mecânicas, portanto pertence à classe dos metais refratários.

Outras propriedades

Possui propriedades supercondutoras, ou seja, quando resfriado abaixo de uma determinada temperatura, não oferece resistência à passagem da corrente elétrica, tornando-se um condutor elétrico perfeito.

Obtendo

As fontes mais importantes desse elemento são os minerais columbita, também chamados de niobita ou ferro-columbita, e o pirocloro. A columbita também contém tântalo (Ta), então o Nb deve ser separado desse metal.

Um dos métodos de extração é baseado na diferença de pontos de ebulição entre o cloreto de Nb e Ta. Começamos tratando o mineral com gás cloro (Cl2), de modo que os cloretos de metal são formados.

Em seguida, é realizada uma destilação; cloreto de tântalo (TaCl5) tem um ponto de ebulição de 236 ° C, enquanto NbCl5 ferve a 248 ° C. Portanto, quando a mistura é aquecida, o cloreto de tântalo é recuperado primeiro e depois o cloreto de nióbio.

O Nb também é gerado como subproduto durante a extração do estanho.

Formulários

Na indústria metalúrgica

É muito útil na fabricação de aço, no qual em altas temperaturas se combina com carbono e nitrogênio para formar partículas muito finas de carboneto de nióbio (NbC) e nitreto de nióbio (NbN).

Portanto, sua presença no referido material ajuda a controlar o tamanho do grão e melhorar a resistência à corrosão.

Também aumenta a resistência mecânica das ligas, principalmente em baixas temperaturas, tornando-se útil na indústria de aviação, onde é utilizado em foguetes e motores a jato. Como vantagem adicional nesta aplicação, dentre os metais refratários é o de menor densidade.

Suas ligas são utilizadas em vigas para construção de estruturas e plataformas de extração de petróleo e em gasodutos e oleodutos. Algumas das ligas de nióbio com aço cromo molibdênio são usadas em aplicações de alta temperatura, como caldeiras.

Ele também tem utilidade em aço para ferramentas resistente ao desgaste e à abrasão. E devido à sua elevada ductilidade pode ser utilizado em processos de conformação, entre os quais podemos citar a prensagem, dobragem e estampagem.

Em eletroímãs

Devido às suas propriedades supercondutoras, ele é usado para fazer ímãs supercondutores que são usados ​​em aceleradores de partículas, usados ​​por pesquisadores em física de partículas subatômicas.

Esses ímãs também são usados ​​em equipamentos de ressonância magnética nuclear para análise de estruturas de compostos químicos e em scanners de ressonância magnética, que são usados ​​para obter imagens internas do corpo humano para fins de diagnóstico médico.

Em óculos para lentes

Os óxidos de nióbio são adicionados às preparações de lentes corretivas de vidro para aumentar seu índice de refração e permitir vidros mais finos.

Outros aplicativos

Através do processo de anodização, uma densa camada de óxido com certas substâncias é aplicada a esse metal, o que permite que ele brilhe com cores atraentes e, dessa forma, fios decorativos são fabricados e também inseridos nas moedas.

O nióbio produz vasos de evaporação resistentes à corrosão que são úteis na tecnologia de revestimento. Cadinhos especiais também são fabricados.

Também é utilizado em materiais que são utilizados para implantes ósseos, por ser altamente biocompatível com os tecidos do corpo humano.

Referências

  1. Royal Society of Chemistry. (2020). Tabela periódica. Nióbio. Recuperado de rsc.org.
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