Niobio
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| Generalità | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nome, Simbolo, Numero atomico | niobio, Nb, 41 | ||||||||
| Serie chimica | metalli di transizione | ||||||||
| Gruppo, Periodo, Blocco | 5, 5 , d | ||||||||
| Densità, Durezza | 8570 kg/m3, 6 | ||||||||
| Aspetto | metallo grigio Immagine mancante Nb,41.jpg aspetto del niobio | ||||||||
| Proprietà atomiche | |||||||||
| Peso atomico | 92,90638 amu | ||||||||
| Raggio atomico (calc.) | 145 (198) pm | ||||||||
| Raggio covalente | 137 pm | ||||||||
| Raggio di van der Waals | nessun dato | ||||||||
| Configurazione elettronica | [Kr]4d4 5s1 | ||||||||
| elettroni (e-) per livello energetico | 2, 8, 18, 12, 1 | ||||||||
| Stati di ossidazione | 5, 3 (debolmente acido) | ||||||||
| Struttura cristallina | cubica a corpo centrato | ||||||||
| Proprietà fisiche | |||||||||
| Stato a temperatura ambiente | solido | ||||||||
| Punto di fusione | 2750 K (2477°C) | ||||||||
| Punto di ebollizione | 5017 K (4744°C) | ||||||||
| Volume molare | 10,83×10-6 m3/mol | ||||||||
| Calore di evaporazione | 696,6 kJ/mol | ||||||||
| Calore di fusione | 26,4 kJ/mol | ||||||||
| Tensione di vapore | 0,0755 Pa a 2741 K | ||||||||
| Velocità del suono | 3480 m/s a 293,15 K | ||||||||
| Varie | |||||||||
| Elettronegatività | 1,6 (scala di Pauling) | ||||||||
| Calore specifico | 265 J/(kg*K) | ||||||||
| Conducibilità elettrica | 6,93 106/(m·ohm) | ||||||||
| Conducibilità termica | 53,7 W/(m*K) | ||||||||
| Energia di prima ionizzazione | 652,1 kJ/mol | ||||||||
| Energia di seconda ionizzazione | 1380 kJ/mol | ||||||||
| Energia di terza ionizzazione | 2416 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quarta ionizzazione | 3700 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quinta ionizzazione | 4877 kJ/mol | ||||||||
| Energia di sesta ionizzazione | 9847 kJ/mol | ||||||||
| Energia di settima ionizzazione | 12100 kJ/mol | ||||||||
| Isotopi più stabili | |||||||||
| iso | NA | TD | DM | DE | DP | ||||
| 91Nb | sintetico | 680 anni | ε | 1,253 | 91Zr | ||||
| 92Nb | sintetico | 3,47×107 anni | β- ε | 0,356 2,006 | 92Mo 92Zr | ||||
| 93Nb | 100% | Nb è stabile con 52 neutroni | |||||||
| meta | sintetico | 16,13 anni | IT | 0,031 | |||||
| 94Nb | sintetico | 20.300 anni | β- | 2,045 | 94Mo | ||||
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iso = isotopo | |||||||||
Il niobio, noto in passato anche col nome di columbio, è l'elemento chimico di numero atomico 41. Il suo simbolo è Nb. È un metallo di transizione raro, tenero, duttile, di colore grigio. Si estrae dalla niobite e viene principalmente impiegato nella produzione di leghe metalliche speciali ed in saldature ad elevata resistenza.
| Indice |
Caratterstiche
Il niobio è un metallo duttile grigio lucente che assume una sfumatura bluastra quando rimane esposto all'aria a temperatura ambiente per tempi prolungati. La proprietà chimiche del niobio sono sostanzialmente simili a quelle del tantalio, che appartiene al suo stesso gruppo della tavola periodica degli elementi.
Anche a temperature non elevate, viene lavorato in atmosfera inerte, dato che già a 200°C tende a subire ossidazione.
I suoi stati di ossidazione più comuni sono +2, +3 e +5.
Applicazioni
Il niobio ha molteplici applicazioni: è un componente di alcuni acciai inossidabili e di leghe di metalli non ferrosi; molte di queste leghe sono contraddisitnte da una elevata robustezza e sono impiegate nella realizzazione di condotti. Tra gli altri usi rientrano
- l'impiego nell'idustria nucleare, per via della sua bassa sezione d'urto con i neutroni termici
- la realizzazione di elettrodi per la saldatura ad arco di numerosi acciai speciali
- solitamente in lega, per via del suo colore blu è usato anche come motivo estetico in piercing e gioielleria
- in leghe ad alta purezza con ferro, nichel e cobalto viene impiegato in ambito aeronautico ed aerospaziale per la realizzazione di parti di motori jet, parti di razzi e strutture resistenti alle alte temperature. Nelle missioni del Programma Gemini si è fatto ampio uso di questo materiale
- l'uso in alternativa al tantalio nei condensatori, ancora allo studio.
Il niobio diventa un superconduttore quando viene raffreddato al di sotto della sua temperatura critica, 9,3 K, che è tra le più alte tra i semiconduttori elementari. Oltre a ciò, il niobio è uno dei tre elementi superconduttori di tipo II (gli altri sono il vanadio ed il tecnezio), ovvero superconduttori che rimangono tali anche quando sono sottoposti all'azione di un intenso campo magnetico. Leghe niobio-stagno e niobio-titanio sono usate per produrre gli avvolgimenti di magneti superconduttori capaci di produrre campi magnetici di elevatissima intensità.
Storia
Il niobio (dal personaggio della mitologia greca di Niobe, figlia di Tantalo) è stato scoperto da Charles Hatchett nel 1801, che lo chiamò columbio. Hatchett trovò il niobio nei minerali di columbite spediti in Inghilterra attorno al 1750 da John Winthrop, primo governatore del Connecticut. Per molto tempo fu difficile distinguerlo dal tantalio, fino a quando Heinrich Rose e Jean Charles Galissard de Marignac lo riscoprirono nel 1846. Dato che Rose non era al corrente del precedente lavoro di Hatchett, diede all'elemento il nuovo nome di niobio. Nel 1864 Christian Blomstrand fu il primo a pttenere il metallo in forma pura scaldando il suo cloruro in atmosfera di idrogeno.
Dopo circa un secolo di controversia sul nome, nel 1950 la IUPAC decise di adottare ufficialmente il nome di niobio. L'uso del vecchio nome è tuttavia occasionalmente usato nell'industria metallurgica statunitense ancora oggi.
Disponibilità
Il niobio non si trova mai allo stato nativo. I minerali in cui compare sono la niobite (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6, la niobite-tantalite (Fe, Mn)(Ta, Nb)2O6, il pirocloro NaCaNb2O6F, e l'eussenite (Y, Ca, Ce, U, Th)(Nb, Ta, Ti)2O6.
I minerali che contengono niobio contengono spesso anche tantalio. Grandi giacimenti di niobio sono satti trovati associati alle carbonatiti (rocce carbon-silicatiche) come costituenti del pirocloro. Brasile e Canada sono i principali produttori di minerali di niobio; altri siti con consistenti riserve di minerali di niobio sono in Nigeria, nella Repubblica Democratica del Congo ed in Russia.
Isotopi
Il niobio che si trova in natura è composto da un solo isotopo, 93Nb. Il radioisotopo più stabile noto è 92Nb, che ha un'emivita di 34,7 milioni di anni. Seguono 94Nb (20.300 anni) e 91Nb (680 anni). Ne esiste amche un meta-stato avente energia di 0,031 MeV la cui emivita è di 16,13 anni.
Del niobio sono stati identificati altri 23 isotopi radioattivi, la mggiora parte di essi si dimezza in meno di due ore con l'eccezione di 95Nb (35 giorni), 96Nb (23,4 ore) e 90Nb (14,6 ore).
Gli isotopi più leggeri dello stabile 93Nb decadono principalmente attraverso la cattura elettronica, quelli più pesanti invece preferiscono il decadimento beta. 104Nb, 109Nb e 110Nb decadono invece inizialmente tramite l'emissione di neutroni.
Precauzioni
I composti del niobio sono abbastanza rari da incontrare nella quotidianità; sono tuttavia tossici e dovrebbero essere maneggiati con la necessaria cautela. La polvere di niobio metallico irrita la pelle e gli occhi e può incendiarsi.
Il niobio non ha un ruolo biologico conosciuto.
Collegamenti esterni
in inglese
- Los Alamos National Laboratory – Niobium
- WebElements.com – Niobium
- EnvironmentalChemistry.com – Niobium
- Tantalum-Niobium International Study Center
- High purity Niobium Metal Crystals – smart-elements.com
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