№41 Ниобий

История открытия:

В 1801 г. английский химик Хэтчетт (Hatchett) в полученном из Северной Америки минерале открыл окисел неизвестного металла. Новый элемент он назвал в честь родины минерала колумбием, а сам минерал колумбитом. Позднее этот элемент принимали за тантал, открытый в 1802 г. Экебергом. Однако Розе (Rose, 1844) пришел к выводу, что в том, что принималось за тантал и его соединения, есть примесь очень похожего, но отличающегося от него по весу элемента. Он назвал этот элемент ниобием по имени дочери Тантала Ниобеи. Розе был первым, получившим чистую окись ниобия. Старое название Колумбии иногда еще употребляют в английской и американской литературе.

Получение:

Для разложения минералов ниобия лучше всего использовать сплавление их с гидросульфатом калия. При этом окиси ниобия и тантала остаются в виде нерастворимого в воде остатка, который растворяют в плавиковой кислоте и разделяют дробной кристаллизацией двойных фторидов калия.
Изящный метод разложения предложен Муассаном (Moissan). Он заключается в том, что измельченный в порошок, смешанный с сахарным углем минерал нагревают в течение нескольких минут в электропечи сильным током. В результате окиси ниобия и тантала переходят в растворимые в плавиковой кислоте карбиды, а большая часть примесей других веществ улетучивается.
Техническое получение металлического ниобия осуществляется в настоящее время главным образом обменным разложением карбида ниобия с окисью ниобия при температуре около 2000° в высоком вакууме.
Попытка выделить ниобий электролитическим путем не привела к удовлетворительным результатам.

Физические свойства:

Ниобий - металл средней твердости, серого цвета, а на полированной поверхности блестяще-белый, немного менее ковкий и значительно ниже плавящийся, чем тантал. Температура кипения его также значительно ниже, чем тантала, и вследствие этого металлический ниобий в отличие от тантала сильно распыляется при накаливании в вакууме.

Химические свойства:

Ниобий устойчив на воздухе и нагретый в компактном состоянии тускнеет только на поверхности. Однако в виде опилок при нагревании выше 900° он полностью сгорает до пятиокиси Nb₂O₅. В токе хлора при красном калении он энергично сгорает с образованием пентахлорида NbCl₅. При нагревании ниобий реагирует также с серой и селеном. С большинством металлов он сплавляется с трудом. С железом, однако, Nb образует в разных отношениях твердые растворы. С алюминием образуется соединение NbAl₃.
Плавиковая кислота медленно разъедает ниобий. Все другие кислоты, в том числе царская водка, на него не действуют. Не растворяется он также и в щелочах. Напротив, растворяется в расплавленных гидроксидах щелочных металлов, а в порошкообразном состоянии в расплавленной селитре даже воспламеняется.
Неспособность растворяться в кислотах-окислителях объясняется тем, что он чрезвычайно сильно пассивируется в растворах окислителей. В соприкосновении с разбавленной серной кислотой он проводит электрический ток только в том случае, если является катодом.

Важнейшие соединения:

Подавляющее большинство соединений ниобия являются производными пятивалентного ниобия, несмотря на то что он может находиться и в более низких степенях окисления, а именно четыре, три и два. Важнейшими соединениями ниобия являются ниобиевая кислота, ниобаты (мета- MNbO₃, орто- M₃NbO₄ и M₅NbO₅), фторониобат, пентафторид ниобия, нитрид ниобия (NbN).

Применение:

Ниобий и его сплавы - конструкционный материал для деталей реактивных двигателей, газовых турбин, хим. аппаратуры, электронных приборов, сверхпроводящих устройств. Ниобаты - сегнето и пьезоэлектрики, лазерные материалы. Нитрид, галлид, силицид, германид ниобия - сверхпроводники.

А. Машошина