ნიობიუმის სტრუქტურული ქიმიური ფორმულა.

თუ გვერდზე შეცდომას აღმოაჩენთ, აირჩიეთ და დააჭირეთ Ctrl + Enter

ნიობიუმი

კაცობრიობა დიდი ხანია იცნობს ელემენტს, რომელიც პერიოდული ცხრილის 41-ე უჯრედს იკავებს. მისი ამჟამინდელი სახელი, ნიობიუმი, თითქმის ნახევარი საუკუნით ახალგაზრდაა. ისე მოხდა, რომ No41 ელემენტი ორჯერ გაიხსნა. პირველად, 1801 წელს, ინგლისელმა მეცნიერმა ჩარლზ ჰეჩეტმა გამოიკვლია ამერიკიდან ბრიტანეთის მუზეუმში გაგზავნილი ნამდვილი მინერალის ნიმუში. ამ მინერალიდან მან გამოყო ადრე უცნობი ელემენტის ოქსიდი. ჰეჩეტმა ახალ ელემენტს კოლუმბიუმი დაარქვა, რითაც აღნიშნა მისი საზღვარგარეთული წარმოშობა. და შავ მინერალს კოლუმბიტი ერქვა.

ერთი წლის შემდეგ, შვედმა ქიმიკოსმა ეკებერგმა გამოყო კიდევ ერთი ახალი ელემენტის ოქსიდი კოლუმბიტიდან, სახელად ტანტალი. მსგავსება ნაერთებს შორის კოლუმბია და ტანტალი იმდენად დიდი იყო, რომ 40 წლის განმავლობაში ქიმიკოსთა უმეტესობას სჯეროდა, რომ ტანტალი და კოლუმბი ერთი და იგივე ელემენტია.

1844 წელს გერმანელმა ქიმიკოსმა ჰაინრიხ როუზმა გამოიკვლია ბავარიაში ნაპოვნი კოლუმბიტის ნიმუშები. მან კვლავ აღმოაჩინა ორი ლითონის ოქსიდი. ერთ-ერთი მათგანი იყო უკვე ცნობილი ტანტალის ოქსიდი. ოქსიდები მსგავსი იყო და, ხაზს უსვამდა მათ მსგავსებას, როზმა დაასახელა მეორე ოქსიდის შემქმნელ ელემენტს ნიობიუმი, მითოლოგიური მოწამე ტანტალუსის ქალიშვილის ნიობის სახელით.

თუმცა, როუზმა, ჰეჩეტის მსგავსად, ვერ შეძლო ამ ელემენტის თავისუფალ მდგომარეობაში მიღება.

მეტალის ნიობიუმი პირველად მხოლოდ 1866 წელს მიიღო შვედმა მეცნიერმა ბლომსტრანდმა ნიობიუმის ქლორიდის წყალბადით შემცირების დროს. მე-19 საუკუნის ბოლოს. ნაპოვნია კიდევ ორი ​​გზა ამ ელემენტის მისაღებად. ჯერ მოისანმა მოიპოვა იგი ელექტრო ღუმელში, ამცირებდა ნიობიუმის ოქსიდს ნახშირბადით, შემდეგ კი გოლდშმიდტმა შეძლო იგივე ელემენტის შემცირება ალუმინის საშუალებით.

ხოლო No41 ელემენტს სხვადასხვა ქვეყანაში განაგრძობდა სხვაგვარად ეძახდნენ: ინგლისსა და აშშ-ში - კოლუმბიაში, სხვა ქვეყნებში - ნიობიუმს. წმინდა და გამოყენებითი ქიმიის საერთაშორისო კავშირმა (IUPAC) ამ დაპირისპირებას წერტილი დაუსვა 1950 წელს. გადაწყდა, რომ ელემენტის "ნიობიუმის" სახელი ყველგან დაკანონებულიყო და სახელი "კოლუმბიტი" მიენიჭა ნიობიუმის მთავარ მინერალს. მისი ფორმულა არის (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6.

ქიმიკოსის თვალით

ელემენტარული ნიობიუმი არის უკიდურესად ცეცხლგამძლე (2468°C) და მაღალი დუღილის (4927°C) ლითონი, ძალიან მდგრადია მრავალი აგრესიული გარემოს მიმართ. ყველა მჟავა, გარდა ჰიდროფლორინის მჟავისა, არ მოქმედებს მასზე. ჟანგვის მჟავები „აქცევს“ ნიობიუმს, ფარავს მას დამცავი ოქსიდის ფენით (Nb 2 O 5). მაგრამ მაღალ ტემპერატურაზე, ნიობიუმის ქიმიური აქტივობა იზრდება. თუ 150...200°C ტემპერატურაზე ლითონის მხოლოდ მცირე ზედაპირული ფენა იჟანგება, მაშინ 900...1200°C ტემპერატურაზე ოქსიდის ფირის სისქე მნიშვნელოვნად იზრდება.

ნიობიუმი აქტიურად რეაგირებს ბევრ არამეტალთან. ჰალოგენები, აზოტი, წყალბადი, ნახშირბადი და გოგირდი მასთან ერთად ქმნიან ნაერთებს. ამ შემთხვევაში, ნიობიუმს შეუძლია აჩვენოს სხვადასხვა ვალენტობა ორიდან ხუთამდე. მაგრამ ამ ელემენტის მთავარი ვალენტობა არის 5+. მარილში ხუთვალენტიანი ნიობიუმი შეიძლება იყოს როგორც კატიონის, ისე ერთ-ერთი ანიონური ელემენტის სახით, რაც მიუთითებს No41 ელემენტის ამფოტერულ ბუნებაზე.

ნიობიური მჟავების მარილებს ნიობატები ეწოდება. ისინი მიიღება გაცვლითი რეაქციების შედეგად, ნიობიუმის პენტოქსიდის სოდასთან შერწყმის შემდეგ:

Nb 2 O 5 + 3Na 2 CO 3 → 2Na 3 NbO 4 + 3CO 2.

საკმაოდ კარგად იქნა შესწავლილი რამდენიმე ნიობური მჟავის მარილები, ძირითადად მეტანიობიუმის HNbO 3 , ისევე როგორც დინიობატები და პენტანიობატები (K 4 Nb 2 O 7 , K 7 Nb 5 O 16 · მ H2O). ხოლო მარილები, რომლებშიც No41 ელემენტი მოქმედებს როგორც კატიონი, ჩვეულებრივ მიიღება მარტივი ნივთიერებების პირდაპირი ურთიერთქმედებით, მაგალითად 2Nb + 5Cl 2 → 2NbCl 5.

ნიობიუმის პენტაჰალიდების კაშკაშა ფერის ნემსის ფორმის კრისტალები (NbCl 5 ყვითელი, NbBr 5 მეწამულ-წითელი) ადვილად იხსნება ორგანულ გამხსნელებში - ქლოროფორმში, ეთერში, სპირტში. მაგრამ წყალში გახსნისას ეს ნაერთები მთლიანად იშლება და ჰიდროლიზდება ნიობატების წარმოქმნით:

NbCl 5 + 4H 2 O → 5HCl + H 3 NbO 4.

ჰიდროლიზის თავიდან აცილება შესაძლებელია წყალხსნარში ძლიერი მჟავის დამატებით. ასეთ ხსნარებში ნიობიუმის პენტაჰალიდები იხსნება ჰიდროლიზის გარეშე.

ნიობიუმი აყალიბებს ორმაგ მარილებს და რთულ ნაერთებს, ყველაზე ადვილად ფტორს. ფტორონიობატები ამ ორმაგი მარილების სახელია. ისინი მიიღება, თუ რომელიმე ლითონის ფტორს ემატება ნიობიური და ჰიდროფთორმჟავას ხსნარში.

რთული ნაერთის შემადგენლობა დამოკიდებულია ხსნარში მოხვედრილი კომპონენტების თანაფარდობაზე. ერთ-ერთი ამ ნაერთის რენტგენის დიფრაქციულმა ანალიზმა აჩვენა სტრუქტურა K 2 NbF 7 ფორმულის შესაბამისი. ასევე შეიძლება წარმოიქმნას ნიობიუმის ოქსო ნაერთები, მაგალითად, კალიუმის ოქსოფტორონიობატი K 2 NbOF 5 H 2 O.

ამ ინფორმაციით, რა თქმა უნდა, ელემენტის ქიმიური მახასიათებლები არ არის ამოწურული. დღეისათვის No41 ელემენტის უმნიშვნელოვანესი ნაერთებია მისი ნაერთები სხვა ლითონებთან.

ნიობიუმი და ზეგამტარობა

სუპერგამტარობის საოცარი ფენომენი, როდესაც გამტარის ტემპერატურა იკლებს, მასში ელექტრული წინააღმდეგობის მკვეთრი გაქრობა ხდება, პირველად დააფიქსირა ჰოლანდიელმა ფიზიკოსმა გ. კამერლინგ-ონესმა 1911 წელს. პირველი ზეგამტარი აღმოჩნდა ვერცხლისწყალი, მაგრამ არა ის, არამედ ნიობიუმი და ნიობიუმის ზოგიერთი მეტალის ნაერთები განზრახული იყო გამხდარიყო პირველი ტექნიკურად მნიშვნელოვანი სუპერგამტარი მასალა.

ზეგამტარების ორი მახასიათებელი პრაქტიკულად მნიშვნელოვანია: კრიტიკული ტემპერატურის მნიშვნელობა, რომლის დროსაც ხდება ზეგამტარობის მდგომარეობაზე გადასვლა და კრიტიკული მაგნიტური ველი (კამერლინგ ონესი ასევე აკვირდებოდა ზეგამტარობის დაკარგვას საკმარისად ძლიერი მაგნიტური ველის ზემოქმედებისას. ). 1975 წლის 1 იანვრის მდგომარეობით, კრიტიკული ტემპერატურის ზეგამტარის „რეკორდის მფლობელი“ იყო ნიობიუმის და გერმანიუმის მეტალთაშორისი ნაერთი Nb 3 Ge შემადგენლობით. მისი კრიტიკული ტემპერატურაა 23,2°K; ეს უფრო მაღალია ვიდრე წყალბადის დუღილის წერტილი. (ყველაზე ცნობილი ზეგამტარები ხდება ზეგამტარები მხოლოდ თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურაზე).

ზეგამტარობის მდგომარეობაში გადასვლის უნარი ასევე დამახასიათებელია ნიობიუმის სტანიდისთვის Nb 3 Sn, ნიობიუმის შენადნობებისთვის ალუმინის და გერმანიუმთან ან ტიტანთან და ცირკონიუმთან. ყველა ეს შენადნობები და ნაერთები უკვე გამოიყენება სუპერგამტარი სოლენოიდების, ისევე როგორც სხვა მნიშვნელოვანი ტექნიკური მოწყობილობების დასამზადებლად.

ლითონი ნიობიუმი

მეტალის ნიობიუმის მიღება შესაძლებელია მისი ნაერთების შემცირებით, როგორიცაა ნიობიუმის ქლორიდი ან კალიუმის ფტორ-ნიობატი, მაღალ ტემპერატურაზე:

K 2 NbF 7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF.

მაგრამ სანამ წარმოების ამ არსებითად საბოლოო ეტაპს მიაღწევს, ნიობიუმის მადანი გადამუშავების მრავალ ეტაპს გადის. პირველი მათგანი არის მადნის გამდიდრება, კონცენტრატების მოპოვება. კონცენტრატი შერწყმულია სხვადასხვა ნაკადით: კაუსტიკური სოდა ან სოდა. მიღებული შენადნობი გაჟღენთილია. მაგრამ ის მთლიანად არ იშლება. უხსნადი ნალექი არის ნიობიუმი. მართალია, აქ ის ჯერ კიდევ ჰიდროქსიდის შემადგენლობაშია, არ არის გამოყოფილი მისი ანალოგისაგან ქვეჯგუფში ტანტალი და არ არის გაწმენდილი ზოგიერთი მინარევებისაგან.

1866 წლამდე არ იყო ცნობილი ტანტალისა და ნიობიუმის გამოყოფის ინდუსტრიულად შესაფერისი მეთოდი. ამ უკიდურესად მსგავსი ელემენტების გამოყოფის პირველი მეთოდი შემოგვთავაზა ჟან ჩარლზ გალისარ დე მარინიაკმა. მეთოდი ეფუძნება ამ ლითონების რთული ნაერთების განსხვავებულ ხსნადობას და ეწოდება ფტორი. რთული ტანტალის ფტორიდი წყალში უხსნადია, მაგრამ ნიობიუმის ანალოგიური ნაერთი ხსნადია.

ფტორის მეთოდი რთულია და არ იძლევა ნიობიუმის და ტანტალის სრულ გამოყოფას. ამიტომ, ამ დღეებში იგი თითქმის არ გამოიყენება. იგი შეიცვალა სელექციური ექსტრაქციის, იონური გაცვლის, ჰალოიდების რექტიფიკაციის მეთოდებით და ა.შ. ეს მეთოდები გამოიყენება ხუთვალენტიანი ნიობიუმის ოქსიდის და ქლორიდის მისაღებად.

ნიობიუმის და ტანტალის გამოყოფის შემდეგ ხდება ძირითადი ოპერაციის აღდგენა. ნიობიუმის პენტოქსიდი Nb 2 O 5 მცირდება ალუმინის, ნატრიუმის, ჭვარტლის ან ნიობიუმის კარბიდით, რომელიც მიღებულია Nb 2 O 5 ნახშირბადთან რეაქციით; ნიობიუმის პენტაქლორიდი მცირდება ნატრიუმის ლითონის ან ნატრიუმის ამალგამით. ასე მიიღება ფხვნილი ნიობიუმი, რომელიც შემდეგ უნდა იქცეს მონოლითად, დამზადდეს პლასტმასის, კომპაქტური და დასამუშავებლად ვარგისი. სხვა ცეცხლგამძლე ლითონების მსგავსად, ნიობიუმის მონოლითი იწარმოება ფხვნილის მეტალურგიის მეთოდებით, რომლის არსი შემდეგია.

მიღებულ ლითონის ფხვნილს მაღალი წნევით (1 ტ/სმ2) წნეხვენ მართკუთხა ან კვადრატული განივი კვეთის ე.წ. ვაკუუმში 2300°C-ზე ეს ზოლები აგლომერდება და გაერთიანებულია ღეროებად, რომლებიც დნება ვაკუუმურ რკალის ღუმელებში და ამ ღუმელებში ღეროები მოქმედებს როგორც ელექტროდი. ამ პროცესს ეწოდება სახარჯო ელექტროდების დნობა.

ერთკრისტალური პლასტმასის ნიობიუმი წარმოიქმნება ჭურჭლისგან თავისუფალი ზონის ელექტრონული სხივის დნობით. მისი არსი იმაში მდგომარეობს, რომ ელექტრონების მძლავრი სხივი მიმართულია ფხვნილ ნიობიუმზე (გამორიცხულია დაჭერის და შედუღების ოპერაციები!), რომელიც დნება ფხვნილს. ლითონის წვეთები მიედინება ნიობიუმის ინგოტზე, რომელიც თანდათან იზრდება და ამოღებულია სამუშაო კამერიდან.

როგორც ხედავთ, ნიობიუმის გზა მადნიდან მეტალამდე ნებისმიერ შემთხვევაში საკმაოდ გრძელია, წარმოების მეთოდები კი რთული.

ნიობიუმი და ლითონები

ყველაზე ლოგიკურია ისტორიის დაწყება მეტალურგიით ნიობიუმის გამოყენების შესახებ, რადგან სწორედ მეტალურგიაში იპოვა მას ყველაზე ფართო გამოყენება. როგორც ფერადი მეტალურგიაში, ასევე შავი მეტალურგიაში.

ნიობიუმის შენადნობი ფოლადი აქვს კარგი კოროზიის წინააღმდეგობა. "Მერე რა? სხვა გამოცდილი მკითხველი იტყვის. ქრომი ასევე ზრდის ფოლადის კოროზიის წინააღმდეგობას და ის გაცილებით იაფია ვიდრე ნიობიუმი. ეს მკითხველი ერთდროულად მართალია და არასწორიც. არასწორი, რადგან ერთი რამ დამავიწყდა.

ქრომი-ნიკელის ფოლადი, ისევე როგორც ნებისმიერი სხვა, ყოველთვის შეიცავს ნახშირბადს. მაგრამ ნახშირბადი გაერთიანებულია ქრომთან და ქმნის კარბიდს, რაც ფოლადს უფრო მყიფეს ხდის. ნიობიუმს უფრო მეტი მიდრეკილება აქვს ნახშირბადთან, ვიდრე ქრომი. ამიტომ, როდესაც ნიობიუმი ემატება ფოლადს, ნიობიუმის კარბიდი აუცილებლად წარმოიქმნება. ნიობიუმთან შენადნობი ფოლადი იძენს მაღალ ანტიკოროზიულ თვისებებს და არ კარგავს ელასტიურობას. სასურველი ეფექტი მიიღწევა, როდესაც ტონა ფოლადს ემატება მხოლოდ 200 გრ ნიობიუმის ლითონი. ხოლო ნიობიუმი იძლევა ქრომ-მანგანუმის ფოლადის მაღალ აცვიათ წინააღმდეგობას.

ბევრი ფერადი ლითონი ასევე შერწყმულია ნიობიუმთან. ამრიგად, ალუმინი, რომელიც ადვილად იხსნება ტუტეებში, არ რეაგირებს მათთან, თუ მას მხოლოდ 0,05% ნიობიუმი დაემატება. და სპილენძი, რომელიც ცნობილია თავისი რბილობით, და მისი მრავალი შენადნობი, როგორც ჩანს, გამაგრებულია ნიობიუმით. ის ზრდის ლითონების სიმტკიცეს, როგორიცაა ტიტანი, მოლიბდენი, ცირკონიუმი, და ამავე დროს ზრდის მათ სითბოს წინააღმდეგობას და სითბოს წინააღმდეგობას.

ახლა ნიობიუმის თვისებებსა და შესაძლებლობებს აფასებს ავიაცია, მექანიკური ინჟინერია, რადიოინჟინერია, ქიმიური მრეწველობა და ბირთვული ენერგია. ყველა მათგანი გახდა ნიობიუმის მომხმარებელი.

ნიობიუმის ურანთან შესამჩნევი ურთიერთქმედების უნიკალურმა თვისებამ 1100°C-მდე ტემპერატურაზე და, გარდა ამისა, კარგი თბოგამტარობა, თერმული ნეიტრონების მცირე ეფექტური შთანთქმის ჯვარი, ნიობიუმი სერიოზულ კონკურენტად აქცია ალუმინის, ბერილიუმის და ცირკონიუმის აღიარებული ლითონებისთვის. ბირთვულ ინდუსტრიაში. გარდა ამისა, დაბალია ნიობიუმის ხელოვნური (გამოწვეული) რადიოაქტიურობა. აქედან გამომდინარე, მისი გამოყენება შესაძლებელია რადიოაქტიური ნარჩენების შესანახი კონტეინერების ან მათი გამოყენების დანადგარების დასამზადებლად.

ქიმიური მრეწველობა შედარებით ცოტა ნიობიუმს მოიხმარს, მაგრამ ეს მხოლოდ მისი დეფიციტით აიხსნება. აღჭურვილობა მაღალი სისუფთავის მჟავების წარმოებისთვის ზოგჯერ მზადდება ნიობიუმის შემცველი შენადნობებისგან და, ნაკლებად ხშირად, ფურცლის ნიობიუმისგან. ნიობიუმის უნარი, გავლენა მოახდინოს გარკვეული ქიმიური რეაქციების სიჩქარეზე, გამოიყენება, მაგალითად, ბუტადიენისგან ალკოჰოლის სინთეზში.

41-ე ელემენტის მომხმარებელი გახდა სარაკეტო და კოსმოსური ტექნოლოგიებიც. საიდუმლო არ არის, რომ ამ ელემენტის გარკვეული რაოდენობა უკვე ბრუნავს დედამიწის მახლობლად ორბიტაზე. რაკეტების ზოგიერთი ნაწილი და დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრების ბორტ აღჭურვილობა დამზადებულია ნიობიუმის შემცველი შენადნობებისა და სუფთა ნიობიუმისგან.

ნიობიუმის მინერალები

კოლუმბიტი (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6 იყო კაცობრიობისთვის ცნობილი ნიობიუმის პირველი მინერალი. და ეს იგივე მინერალი ყველაზე მდიდარია No41 ელემენტით. ნიობიუმის და ტანტალის ოქსიდები შეადგენს კოლუმბიტის წონის 80%-მდე. გაცილებით ნაკლებია ნიობიუმი პიროქლორში (Ca, Na) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (O, OH, F) და ლოპარიტში (Na, Ce, Ca) 2 (Nb, Ti) 2 O 6. საერთო ჯამში, ცნობილია 100-ზე მეტი მინერალი, რომლებიც შეიცავს ნიობიუმს. ასეთი წიაღისეულის მნიშვნელოვანი საბადოებია სხვადასხვა ქვეყანაში: აშშ, კანადა, ნორვეგია, ფინეთი, მაგრამ აფრიკის სახელმწიფო ნიგერია გახდა ნიობიუმის კონცენტრატების უდიდესი მიმწოდებელი მსოფლიო ბაზარზე. სსრკ-ს აქვს ლოპარიტის დიდი მარაგი; ისინი აღმოაჩინეს კოლას ნახევარკუნძულზე.

ვარდისფერი კარბიდი

ნიობიუმის მონოკარბიდი NbC არის პლასტიკური ნივთიერება დამახასიათებელი მოვარდისფრო ბზინვარებით. ეს მნიშვნელოვანი ნაერთი წარმოიქმნება საკმაოდ მარტივად, როდესაც მეტალის ნიობიუმი რეაგირებს ნახშირწყალბადებთან. კარგი ელასტიურობისა და მაღალი სითბოს წინააღმდეგობის კომბინაცია სასიამოვნო „გარე თვისებებთან“ აქცევს ნიობიუმის მონოკარბიდს ღირებულ მასალად საფარების წარმოებისთვის. ამ ნივთიერების ფენა მხოლოდ 0,5 მმ სისქით საიმედოდ იცავს ბევრ მასალას კოროზიისგან მაღალ ტემპერატურაზე, კერძოდ, გრაფიტს, რომელიც პრაქტიკულად დაუცველია სხვა საფარით. NbC ასევე გამოიყენება როგორც სტრუქტურული მასალა სარაკეტო მეცნიერებაში და ტურბინების წარმოებაში.

ნერვები ჯვარედინად არის დაკავშირებული ნიობიუმთან

ნიობიუმის მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობამ შესაძლებელი გახადა მისი გამოყენება მედიცინაში. ნიობიუმის ძაფები არ იწვევს ცოცხალ ქსოვილს გაღიზიანებას და კარგად ეკვრის მას. რეკონსტრუქციულმა ქირურგიამ წარმატებით გამოიყენა ასეთი ძაფები დახეული მყესების, სისხლძარღვების და ნერვების გასაკერებლად.

გარეგნობა არ ატყუებს

ნიობიუმს არა მხოლოდ აქვს ტექნოლოგიისთვის აუცილებელი თვისებების ნაკრები, არამედ საკმაოდ ლამაზადაც გამოიყურება. იუველირები ცდილობდნენ გამოეყენებინათ ეს თეთრი მბზინავი ლითონი საათის ყუთების დასამზადებლად. ნიობიუმის შენადნობები ვოლფრამით ან რენიუმით ზოგჯერ ცვლის კეთილშობილ ლითონებს: ოქრო, პლატინა, ირიდიუმი. ეს უკანასკნელი განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია, რადგან ნიობიუმ-რენიუმის შენადნობი არა მხოლოდ მეტალის ირიდიუმის მსგავსია, არამედ თითქმის აცვიათ მდგრადია. ეს საშუალებას აძლევდა ზოგიერთ ქვეყანას ძვირადღირებული ირიდიუმის გარეშე ეწარმოებინათ შადრევანი კალმების სამაგრი წვერები.

ნიობიუმი და შედუღება

ჩვენი საუკუნის 20-იანი წლების ბოლოს, ელექტრო და გაზის შედუღებამ დაიწყო მოქლონების ჩანაცვლება და კომპონენტებისა და ნაწილების დამაკავშირებელი სხვა მეთოდები. შედუღებამ გააუმჯობესა პროდუქციის ხარისხი, დააჩქარა და შეამცირა მათი შეკრების პროცესების ღირებულება. შედუღება განსაკუთრებით პერსპექტიული ჩანდა დიდი დანადგარების დამონტაჟებისთვის, რომლებიც მუშაობენ კოროზიულ გარემოში ან მაღალი წნევის ქვეშ. მაგრამ შემდეგ აღმოჩნდა, რომ უჟანგავი ფოლადის შედუღებისას შედუღების ნაკერს გაცილებით ნაკლები სიმტკიცე აქვს, ვიდრე თავად ფოლადი. ნაკერის თვისებების გასაუმჯობესებლად, "უჟანგავი ფოლადში" დაიწყო სხვადასხვა დანამატების შეტანა. მათგან საუკეთესო აღმოჩნდა ნიობიუმი.

დაუფასებელი ფიგურები

შემთხვევითი არ არის, რომ ნიობიუმი იშვიათ ელემენტად ითვლება: ის მართლაც იშვიათად და მცირე რაოდენობით გვხვდება, ყოველთვის მინერალების სახით და არასდროს მშობლიურ მდგომარეობაში. საინტერესო დეტალი: სხვადასხვა საცნობარო პუბლიკაციებში განსხვავებულია ნიობიუმის კლარკი (დედამიწის ქერქში). ეს ძირითადად იმით აიხსნება, რომ ბოლო წლებში აფრიკის ქვეყნებში აღმოაჩინეს ნიობიუმის შემცველი მინერალების ახალი საბადოები. მოცემულია შემდეგი მაჩვენებლები: 3,2·10 5% (1939), 1·10 3% (1949) და 2,4·10 3% (1954). მაგრამ უახლესი მაჩვენებლები ასევე არ არის შეფასებული: ბოლო წლებში აღმოჩენილი აფრიკის საბადოები აქ არ შედის. მიუხედავად ამისა, დადგენილია, რომ დაახლოებით 1,5 მილიონი ტონა მეტალის ნიობიუმის დნობა შესაძლებელია უკვე ცნობილი საბადოების მინერალებიდან.

კაცობრიობა დიდი ხანია იცნობს ელემენტს, რომელიც პერიოდული ცხრილის 41-ე უჯრედს იკავებს. მისი ამჟამინდელი სახელი, ნიობიუმი, თითქმის ნახევარი საუკუნით ახალგაზრდაა. ისე მოხდა, რომ No41 ელემენტი ორჯერ გაიხსნა. პირველად 1801 წელს ინგლისელმა მეცნიერმა ჩარლზ ჰეჩეტმა გამოიკვლია ამერიკიდან ბრიტანეთის მუზეუმში გაგზავნილი ნამდვილი მინერალის ნიმუში. ამ მინერალიდან მან გამოყო ადრე უცნობი ელემენტის ოქსიდი. ჰეჩეტმა ახალ ელემენტს კოლუმბიუმი დაარქვა, რითაც აღნიშნა მისი საზღვარგარეთული წარმოშობა. და შავ მინერალს კოლუმბიტი ერქვა.

ერთი წლის შემდეგ, შვედმა ქიმიკოსმა ეკებერგმა გამოყო კიდევ ერთი ახალი ელემენტის ოქსიდი კოლუმბიტიდან, სახელად ტანტალი. მსგავსება ნაერთებს შორის კოლუმბია და ტანტალი იმდენად დიდი იყო, რომ 40 წლის განმავლობაში ქიმიკოსთა უმეტესობას სჯეროდა, რომ ტანტალი და კოლუმბი ერთი და იგივე ელემენტია.

1844 წელს გერმანელმა ქიმიკოსმა ჰაინრიხ როუზმა გამოიკვლია ბავარიაში ნაპოვნი კოლუმბიტის ნიმუშები. მან კვლავ აღმოაჩინა ორი ლითონის ოქსიდი. ერთ-ერთი მათგანი იყო უკვე ცნობილი ტანტალის ოქსიდი. ოქსიდები მსგავსი იყო და, ხაზს უსვამდა მათ მსგავსებას, როზმა დაასახელა მეორე ოქსიდის შემქმნელ ელემენტს ნიობიუმი, მითოლოგიური მოწამე ტანტალუსის ქალიშვილის ნიობის სახელით.

თუმცა, როუზმა, ჰეჩეტის მსგავსად, ვერ შეძლო ამ ელემენტის თავისუფალ მდგომარეობაში მიღება.

მეტალის ნიობიუმი პირველად მხოლოდ 1866 წელს მიიღო შვედმა მეცნიერმა ბლომსტრანდმა ნიობიუმის ქლორიდის წყალბადით შემცირების დროს. მე-19 საუკუნის ბოლოს. ნაპოვნია კიდევ ორი ​​გზა ამ ელემენტის მისაღებად. ჯერ მოისანმა მოიპოვა იგი ელექტრო ღუმელში, ამცირებდა ნიობიუმის ოქსიდს ნახშირბადით, შემდეგ კი გოლდშმიდტმა შეძლო იგივე ელემენტის შემცირება ალუმინის საშუალებით.

ხოლო No41 ელემენტს სხვადასხვა ქვეყანაში განაგრძობდა სხვაგვარად ეძახდნენ: ინგლისსა და აშშ-ში - კოლუმბიაში, სხვა ქვეყნებში - ნიობიუმს. წმინდა და გამოყენებითი ქიმიის საერთაშორისო კავშირმა (IUPAC) ამ დაპირისპირებას წერტილი დაუსვა 1950 წელს. გადაწყდა, რომ ელემენტის "ნიობიუმის" სახელი ყველგან დაკანონებულიყო და სახელი "კოლუმბიტი" მიენიჭა ნიობიუმის მთავარ მინერალს. მისი ფორმულა არის (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6.

ქიმიკოსის თვალით

ელემენტარული ნიობიუმი არის უკიდურესად ცეცხლგამძლე (2468°C) და მაღალი დუღილის (4927°C) ლითონი, ძალიან მდგრადია მრავალი აგრესიული გარემოს მიმართ. ყველა მჟავა, გარდა ჰიდროფლორინის მჟავისა, არ მოქმედებს მასზე. ჟანგვის მჟავები „აქცევს“ ნიობიუმს, ფარავს მას დამცავი ოქსიდის ფირით (No. 205). მაგრამ მაღალ ტემპერატურაზე, ნიობიუმის ქიმიური აქტივობა იზრდება. თუ 150...200°C ტემპერატურაზე ლითონის მხოლოდ მცირე ზედაპირული ფენა იჟანგება, მაშინ 900...1200°C ტემპერატურაზე ოქსიდის ფირის სისქე მნიშვნელოვნად იზრდება.

ნიობიუმი აქტიურად რეაგირებს ბევრ არამეტალთან. ჰალოგენები, აზოტი, წყალბადი, ნახშირბადი და გოგირდი მასთან ერთად ქმნიან ნაერთებს. ამ შემთხვევაში, ნიობიუმს შეუძლია გამოავლინოს სხვადასხვა ვალენტობა - ორიდან ხუთამდე. მაგრამ ამ ელემენტის მთავარი ვალენტობა არის 5+. მარილში ხუთვალენტიანი ნიობიუმი შეიძლება იყოს როგორც კატიონის, ისე ერთ-ერთი ანიონური ელემენტის სახით, რაც მიუთითებს No41 ელემენტის ამფოტერულ ბუნებაზე.

ნიობიური მჟავების მარილებს ნიობატები ეწოდება. ისინი მიიღება გაცვლითი რეაქციების შედეგად, ნიობიუმის პენტოქსიდის სოდასთან შერწყმის შემდეგ:

Nb 2 O 5 + 3Na 2 CO 4 → 2Na 3 NbO 4 + 3CO 2.

საკმაოდ კარგად იქნა შესწავლილი რამდენიმე ნიობური მჟავის მარილები, ძირითადად მეტანიობიუმის HNbO 3 , ისევე როგორც დინიობატები და პენტანიობატები (K 4 Nb 2 O 7 , K 7 Nb 5 O 16 · მ H2O). ხოლო მარილები, რომლებშიც No41 ელემენტი მოქმედებს როგორც კატიონი, ჩვეულებრივ მიიღება მარტივი ნივთიერებების პირდაპირი ურთიერთქმედებით, მაგალითად 2Nb + 5Cl 2 → 2NbCl 5.

ნიობიუმის პენტაჰალიდების კაშკაშა ფერის ნემსის ფორმის კრისტალები (NbCl - ყვითელი, NbBr 5 - მეწამულ-წითელი) ადვილად იხსნება ორგანულ გამხსნელებში - ქლოროფორმში, ეთერში, სპირტში. მაგრამ წყალში გახსნისას ეს ნაერთები მთლიანად იშლება და ჰიდროლიზდება ნიობატების წარმოქმნით:

NbCl 5 + 4H 2 O → 5HCl + H 3 NbO 4.

ჰიდროლიზის თავიდან აცილება შესაძლებელია წყალხსნარში ძლიერი მჟავის დამატებით. ასეთ ხსნარებში ნიობიუმის პენტაჰალიდები იხსნება ჰიდროლიზის გარეშე.

ნიობიუმი აყალიბებს ორმაგ მარილებს და რთულ ნაერთებს, ყველაზე ადვილად ფტორს. ფტორონიობატები ამ ორმაგი მარილების სახელია. ისინი მიიღება, თუ რომელიმე ლითონის ფტორს ემატება ნიობიური და ჰიდროფთორმჟავას ხსნარში.

რთული ნაერთის შემადგენლობა დამოკიდებულია ხსნარში მოხვედრილი კომპონენტების თანაფარდობაზე. ერთ-ერთი ამ ნაერთის რენტგენოლოგიურმა ანალიზმა აჩვენა სტრუქტურა K 2 NbF 7 ფორმულის შესაბამისი. ასევე შეიძლება წარმოიქმნას ნიობიუმის ოქსონაერთები, მაგალითად, კალიუმის ოქსოფლუორინფობატი K 2 NbOF 5 H 2 O.

ამ ინფორმაციით, რა თქმა უნდა, ელემენტის ქიმიური მახასიათებლები არ არის ამოწურული. დღეს 41-ე ელემენტის ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაერთებია სხვა ლითონებთან.

ნიობიუმი და ზეგამტარობა

სუპერგამტარობის საოცარი ფენომენი, როდესაც გამტარის ტემპერატურა იკლებს, მასში ელექტრული წინააღმდეგობის მკვეთრი გაქრობა ხდება, პირველად დააფიქსირა ჰოლანდიელმა ფიზიკოსმა გ. კამერლინგ-ონესმა 1911 წელს. პირველი ზეგამტარი აღმოჩნდა ვერცხლისწყალი, მაგრამ არა ის, არამედ ნიობიუმი და ნიობიუმის ზოგიერთი მეტალის ნაერთები განზრახული იყო გამხდარიყო პირველი ტექნიკურად მნიშვნელოვანი სუპერგამტარი მასალა.

ზეგამტარების ორი მახასიათებელი პრაქტიკულად მნიშვნელოვანია: კრიტიკული ტემპერატურის მნიშვნელობა, რომლის დროსაც ხდება ზეგამტარობის მდგომარეობაზე გადასვლა და კრიტიკული მაგნიტური ველი (კამერლინგ ონესი ასევე აკვირდებოდა ზეგამტარობის დაკარგვას საკმარისად ძლიერი მაგნიტური ველის ზემოქმედებისას. ). 1975 წლის 1 იანვრის მდგომარეობით, ზეგამტარი - კრიტიკული ტემპერატურის „რეკორდსმენი“ იყო ნიობიუმის და გერმანიუმის მეტალთაშორისი ნაერთი, შემადგენლობით Nb 3 Ge. მისი კრიტიკული ტემპერატურაა 23,2°K; ეს უფრო მაღალია ვიდრე წყალბადის დუღილის წერტილი. (ყველაზე ცნობილი ზეგამტარები ხდება ზეგამტარები მხოლოდ თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურაზე).

ზეგამტარობის მდგომარეობაში გადასვლის უნარი ასევე დამახასიათებელია ნიობიუმის სტანიდისთვის Nb 3 Sn, ნიობიუმის შენადნობებისთვის ალუმინის და გერმანიუმთან ან ტიტანთან და ცირკონიუმთან. ყველა ეს შენადნობები და ნაერთები უკვე გამოიყენება სუპერგამტარი სოლენოიდების, ისევე როგორც სხვა მნიშვნელოვანი ტექნიკური მოწყობილობების დასამზადებლად.

ნიობიუმი - ლითონი

მეტალის ნიობიუმის მიღება შესაძლებელია მისი ნაერთების შემცირებით, როგორიცაა ნიობიუმის ქლორიდი ან კალიუმის ფტორ-ნიობატი, მაღალ ტემპერატურაზე:

K 2 NbF 7 + 5Na → Nb + 2KF + 5NaF.

მაგრამ სანამ წარმოების ამ არსებითად საბოლოო ეტაპს მიაღწევს, ნიობიუმის მადანი გადამუშავების მრავალ ეტაპს გადის. პირველი მათგანი არის მადნის გამდიდრება, კონცენტრატების მოპოვება. კონცენტრატი შერწყმულია სხვადასხვა ნაკადით: კაუსტიკური სოდა ან სოდა. მიღებული შენადნობი გაჟღენთილია. მაგრამ ის მთლიანად არ იშლება. უხსნადი ნალექი არის ნიობიუმი. მართალია, ის ჯერ კიდევ ჰიდროქსიდის შემადგენლობაშია, არ არის გამოყოფილი მისი ანალოგისგან ქვეჯგუფში - ტანტალი - და არ არის გაწმენდილი ზოგიერთი მინარევებისაგან.

1866 წლამდე არ იყო ცნობილი ტანტალისა და ნიობიუმის გამოყოფის ინდუსტრიულად შესაფერისი მეთოდი. ამ უკიდურესად მსგავსი ელემენტების გამოყოფის პირველი მეთოდი შემოგვთავაზა ჟან ჩარლზ გალისარ დე მარინიაკმა. მეთოდი ეფუძნება ამ ლითონების რთული ნაერთების განსხვავებულ ხსნადობას და ეწოდება ფტორი. რთული ტანტალის ფტორიდი წყალში უხსნადია, მაგრამ ნიობიუმის ანალოგიური ნაერთი ხსნადია.

ფტორის მეთოდი რთულია და არ იძლევა ნიობიუმის და ტანტალის სრულ გამოყოფას. ამიტომ, ამ დღეებში იგი თითქმის არ გამოიყენება. იგი შეიცვალა სელექციური ექსტრაქციის, იონური გაცვლის, ჰალოიდების რექტიფიკაციის მეთოდებით და ა.შ. ეს მეთოდები გამოიყენება ხუთვალენტიანი ნიობიუმის ოქსიდის და ქლორიდის მისაღებად.

ნიობიუმის და ტანტალის გამოყოფის შემდეგ ხდება ძირითადი ოპერაცია - შემცირება. ნიობიუმის პენტოქსიდი Nb 2 O 5 მცირდება ალუმინის, ნატრიუმის, ჭვარტლის ან ნიობიუმის კარბიდით, რომელიც მიღებულია Nb 2 O 5 ნახშირბადთან რეაქციით; ნიობიუმის პენტაქლორიდი მცირდება ნატრიუმის ლითონის ან ნატრიუმის ამალგამით. ასე მიიღება ფხვნილი ნიობიუმი, რომელიც შემდეგ უნდა იქცეს მონოლითად, დამზადდეს პლასტმასის, კომპაქტური და დასამუშავებლად ვარგისი. სხვა ცეცხლგამძლე ლითონების მსგავსად, ნიობიუმის მონოლითი იწარმოება ფხვნილის მეტალურგიის მეთოდებით, რომლის არსი შემდეგია.

მიღებულ ლითონის ფხვნილს მაღალი წნევით (1 ტ/სმ2) წნეხვენ მართკუთხა ან კვადრატული განივი კვეთის ე.წ. ვაკუუმში 2300°C-ზე ეს ზოლები აგლომერდება და გაერთიანებულია ღეროებად, რომლებიც დნება ვაკუუმურ რკალის ღუმელებში და ამ ღუმელებში ღეროები მოქმედებს როგორც ელექტროდი. ამ პროცესს ეწოდება სახარჯო ელექტროდების დნობა.

ერთკრისტალური პლასტმასის ნიობიუმი წარმოიქმნება ჭურჭლისგან თავისუფალი ზონის ელექტრონული სხივის დნობით. მისი არსი იმაში მდგომარეობს, რომ ელექტრონების მძლავრი სხივი მიმართულია ფხვნილ ნიობიუმზე (გამორიცხულია დაჭერის და შედუღების ოპერაციები!), რომელიც დნება ფხვნილს. ლითონის წვეთები მიედინება ნიობიუმის ინგოტზე, რომელიც თანდათან იზრდება და ამოღებულია სამუშაო კამერიდან.

როგორც ხედავთ, ნიობიუმის გზა მადნიდან მეტალამდე ნებისმიერ შემთხვევაში საკმაოდ გრძელია, წარმოების მეთოდები კი რთული.

ნიობიუმი და ლითონები

ყველაზე ლოგიკურია ისტორიის დაწყება მეტალურგიით ნიობიუმის გამოყენების შესახებ, რადგან სწორედ მეტალურგიაში იპოვა მას ყველაზე ფართო გამოყენება. როგორც ფერადი მეტალურგიაში, ასევე შავი მეტალურგიაში.

ნიობიუმის შენადნობი ფოლადი აქვს კარგი კოროზიის წინააღმდეგობა. "Მერე რა? – იტყვის სხვა გამოცდილი მკითხველი. „ქრომი ასევე ზრდის ფოლადის კოროზიის წინააღმდეგობას და ის გაცილებით იაფია ვიდრე ნიობიუმი“. ეს მკითხველი ერთდროულად მართალია და არასწორიც. არასწორი, რადგან ერთი რამ დამავიწყდა.

ქრომი-ნიკელის ფოლადი, ისევე როგორც ნებისმიერი სხვა, ყოველთვის შეიცავს ნახშირბადს. მაგრამ ნახშირბადი გაერთიანებულია ქრომთან და ქმნის კარბიდს, რაც ფოლადს უფრო მყიფეს ხდის. ნიობიუმს უფრო მეტი მიდრეკილება აქვს ნახშირბადთან, ვიდრე ქრომი. ამიტომ, როდესაც ნიობიუმი ემატება ფოლადს, ნიობიუმის კარბიდი აუცილებლად წარმოიქმნება. ნიობიუმთან შენადნობი ფოლადი იძენს მაღალ ანტიკოროზიულ თვისებებს და არ კარგავს ელასტიურობას. სასურველი ეფექტი მიიღწევა, როდესაც ტონა ფოლადს ემატება მხოლოდ 200 გრ ნიობიუმის ლითონი. და ნიობიუმი ანიჭებს მაღალ აცვიათ წინააღმდეგობას ქრომ-მანგანუმის ფოლადისაგან.

ბევრი ფერადი ლითონი ასევე შერწყმულია ნიობიუმთან. ამრიგად, ალუმინი, რომელიც ადვილად იხსნება ტუტეებში, არ რეაგირებს მათთან, თუ მას მხოლოდ 0,05% ნიობიუმი დაემატება. და სპილენძი, რომელიც ცნობილია თავისი რბილობით, და მისი მრავალი შენადნობი, როგორც ჩანს, გამაგრებულია ნიობიუმით. ის ზრდის ლითონების სიმტკიცეს, როგორიცაა ტიტანი, მოლიბდენი, ცირკონიუმი, და ამავე დროს ზრდის მათ სითბოს წინააღმდეგობას და სითბოს წინააღმდეგობას.

ახლა ნიობიუმის თვისებებსა და შესაძლებლობებს აფასებს ავიაცია, მექანიკური ინჟინერია, რადიოინჟინერია, ქიმიური მრეწველობა და ბირთვული ენერგია. ყველა მათგანი გახდა ნიობიუმის მომხმარებელი.

უნიკალური თვისება - ნიობიუმის ურანის შესამჩნევი ურთიერთქმედების არარსებობა 1100°C-მდე ტემპერატურაზე და, გარდა ამისა, კარგი თბოგამტარობა, თერმული ნეიტრონების მცირე ეფექტური შთანთქმის ჯვარი - ნიობიუმი აქცევს სერიოზულ კონკურენტად ლითონებს, რომლებიც აღიარებულია ბირთვულ სისტემაში. მრეწველობა - ალუმინი, ბერილიუმი და ცირკონიუმი. გარდა ამისა, დაბალია ნიობიუმის ხელოვნური (გამოწვეული) რადიოაქტიურობა. აქედან გამომდინარე, მისი გამოყენება შესაძლებელია რადიოაქტიური ნარჩენების შესანახი კონტეინერების ან მათი გამოყენების დანადგარების დასამზადებლად.

ქიმიური მრეწველობა შედარებით ცოტა ნიობიუმს მოიხმარს, მაგრამ ეს მხოლოდ მისი დეფიციტით აიხსნება. აღჭურვილობა მაღალი სისუფთავის მჟავების წარმოებისთვის ზოგჯერ მზადდება ნიობიუმის შემცველი შენადნობებისგან და, ნაკლებად ხშირად, ფურცლის ნიობიუმისგან. ნიობიუმის უნარი, გავლენა მოახდინოს გარკვეული ქიმიური რეაქციების სიჩქარეზე, გამოიყენება, მაგალითად, ბუტადიენისგან ალკოჰოლის სინთეზში.

41-ე ელემენტის მომხმარებელი გახდა სარაკეტო და კოსმოსური ტექნოლოგიებიც. საიდუმლო არ არის, რომ ამ ელემენტის გარკვეული რაოდენობა უკვე ბრუნავს დედამიწის მახლობლად ორბიტაზე. რაკეტების ზოგიერთი ნაწილი და დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრების ბორტ აღჭურვილობა დამზადებულია ნიობიუმის შემცველი შენადნობებისა და სუფთა ნიობიუმისგან.

ნიობიუმის მინერალები

კოლუმბიტი (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2 O 6 იყო კაცობრიობისთვის ცნობილი ნიობიუმის პირველი მინერალი. და ეს იგივე მინერალი ყველაზე მდიდარია No41 ელემენტით. ნიობიუმის და ტანტალის ოქსიდები შეადგენს კოლუმბიტის წონის 80%-მდე. გაცილებით ნაკლებია ნიობიუმი პიროქლორში (Ca, Na) 2 (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 (O, OH, F) და ლოპარიტში (Na, Ce, Ca) 2 (Nb, Ti) 2 O 6. საერთო ჯამში, ცნობილია 100-ზე მეტი მინერალი, რომლებიც შეიცავს ნიობიუმს. ასეთი წიაღისეულის მნიშვნელოვანი საბადოებია სხვადასხვა ქვეყანაში: აშშ, კანადა, ნორვეგია, ფინეთი, მაგრამ აფრიკის სახელმწიფო ნიგერია გახდა ნიობიუმის კონცენტრატების უდიდესი მიმწოდებელი მსოფლიო ბაზარზე. სსრკ-ს აქვს ლოპარიტის დიდი მარაგი; ისინი აღმოაჩინეს კოლას ნახევარკუნძულზე.

ვარდისფერი კარბიდი

ნიობიუმის მონოკარბიდი NbC არის პლასტიკური ნივთიერება დამახასიათებელი მოვარდისფრო ბზინვარებით. ეს მნიშვნელოვანი ნაერთი წარმოიქმნება საკმაოდ მარტივად, როდესაც მეტალის ნიობიუმი რეაგირებს ნახშირწყალბადებთან. კარგი ელასტიურობისა და მაღალი სითბოს წინააღმდეგობის კომბინაცია სასიამოვნო „გარე თვისებებთან“ აქცევს ნიობიუმის მონოკარბიდს ღირებულ მასალად საფარების წარმოებისთვის. ამ ნივთიერების ფენა მხოლოდ 0,5 მმ სისქით საიმედოდ იცავს ბევრ მასალას კოროზიისგან მაღალ ტემპერატურაზე, კერძოდ, გრაფიტს, რომელიც პრაქტიკულად დაუცველია სხვა საფარით. NbC ასევე გამოიყენება როგორც სტრუქტურული მასალა სარაკეტო მეცნიერებაში და ტურბინების წარმოებაში.

ნერვები ჯვარედინად არის დაკავშირებული ნიობიუმთან

ნიობიუმის მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობამ შესაძლებელი გახადა მისი გამოყენება მედიცინაში. ნიობიუმის ძაფები არ იწვევს ცოცხალ ქსოვილს გაღიზიანებას და კარგად ეკვრის მას. რეკონსტრუქციულმა ქირურგიამ წარმატებით გამოიყენა ასეთი ძაფები დახეული მყესების, სისხლძარღვების და ნერვების გასაკერებლად.

გარეგნობა არ ატყუებს

ნიობიუმს არა მხოლოდ აქვს ტექნოლოგიისთვის აუცილებელი თვისებების ნაკრები, არამედ საკმაოდ ლამაზადაც გამოიყურება. იუველირები ცდილობდნენ გამოეყენებინათ ეს თეთრი მბზინავი ლითონი საათის ყუთების დასამზადებლად. ნიობიუმის შენადნობები ვოლფრამით ან რენიუმით ზოგჯერ ცვლის კეთილშობილ ლითონებს: ოქრო, პლატინა, ირიდიუმი. ეს უკანასკნელი განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია, რადგან ნიობიუმ-რენიუმის შენადნობი არა მხოლოდ მეტალის ირიდიუმის მსგავსია, არამედ თითქმის აცვიათ მდგრადია. ეს საშუალებას აძლევდა ზოგიერთ ქვეყანას ძვირადღირებული ირიდიუმის გარეშე ეწარმოებინათ შადრევანი კალმების სამაგრი წვერები.

ნიობიუმი და შედუღება

ჩვენი საუკუნის 20-იანი წლების ბოლოს, ელექტრო და გაზის შედუღებამ დაიწყო მოქლონების ჩანაცვლება და კომპონენტებისა და ნაწილების დამაკავშირებელი სხვა მეთოდები. შედუღებამ გააუმჯობესა პროდუქციის ხარისხი, დააჩქარა და შეამცირა მათი შეკრების პროცესების ღირებულება. შედუღება განსაკუთრებით პერსპექტიული ჩანდა დიდი დანადგარების დამონტაჟებისთვის, რომლებიც მუშაობენ კოროზიულ გარემოში ან მაღალი წნევის ქვეშ. მაგრამ შემდეგ აღმოჩნდა, რომ უჟანგავი ფოლადის შედუღებისას შედუღების ნაკერს გაცილებით ნაკლები სიმტკიცე აქვს, ვიდრე თავად ფოლადი. ნაკერის თვისებების გასაუმჯობესებლად, "უჟანგავი ფოლადში" დაიწყო სხვადასხვა დანამატების შეტანა. მათგან საუკეთესო აღმოჩნდა ნიობიუმი.

დაუფასებელი ფიგურები

შემთხვევითი არ არის, რომ ნიობიუმი იშვიათ ელემენტად ითვლება: ის მართლაც იშვიათად და მცირე რაოდენობით გვხვდება, ყოველთვის მინერალების სახით და არასდროს მშობლიურ მდგომარეობაში. საინტერესო დეტალი: სხვადასხვა საცნობარო პუბლიკაციებში განსხვავებულია ნიობიუმის კლარკი (დედამიწის ქერქში). ეს ძირითადად იმით აიხსნება, რომ ბოლო წლებში აფრიკის ქვეყნებში აღმოაჩინეს ნიობიუმის შემცველი მინერალების ახალი საბადოები. The Chemist's Handbook, ტ. 1 (M., Chemistry, 1963) მოცემულია შემდეგი მაჩვენებლები: 3.2 10 –5% (1939), 1 10 –3% (1949) და 2, 4·10 –3% (1954). მაგრამ უახლესი მაჩვენებლები ასევე არ არის შეფასებული: ბოლო წლებში აღმოჩენილი აფრიკის საბადოები აქ არ შედის. მიუხედავად ამისა, დადგენილია, რომ დაახლოებით 1,5 მილიონი ტონა მეტალის ნიობიუმის დნობა შესაძლებელია უკვე ცნობილი საბადოების მინერალებიდან.

ქიმიური ელემენტი, რომელსაც ეწოდა ძველი ნიობის სახელი, ქალი, რომელმაც გაბედა ღმერთებზე სიცილი და ეს გადაიხადა შვილების სიკვდილით. ნიობიუმი წარმოადგენს კაცობრიობის გადასვლას ინდუსტრიულიდან ციფრულ წარმოებაზე; ორთქლის ლოკომოტივებიდან დაწყებული სარაკეტო გამშვებებით; ნახშირზე მომუშავე ელექტროსადგურებიდან ატომურ ენერგიამდე. ნიობიუმის გლობალური ფასი გრამზე საკმაოდ მაღალია, ისევე როგორც მასზე მოთხოვნა. უახლესი სამეცნიერო მიღწევების უმეტესობა მჭიდრო კავშირშია ამ ლითონის გამოყენებასთან.

ნიობიუმის ფასი გრამზე

ვინაიდან ნიობიუმის ძირითადი გამოყენება დაკავშირებულია ბირთვულ და კოსმოსურ პროგრამებთან, ის კლასიფიცირებულია, როგორც სტრატეგიული მასალა. გადამუშავება ბევრად უფრო ფინანსურად მომგებიანია, ვიდრე ახალი მადნების შემუშავება და მოპოვება, რაც ნიობიუმს მოითხოვს მეტალის მეორად ბაზარზე.

მისი ფასი განისაზღვრება რამდენიმე ფაქტორით:

• ლითონის სისუფთავე. რაც მეტია უცხოური მინარევები, მით უფრო დაბალია ფასი.
• მიწოდების ფორმა.
• მიწოდების ფარგლები. ლითონის ფასების პირდაპირპროპორციულია.
• ჯართის შეგროვების ადგილის მდებარეობა. თითოეულ რეგიონს აქვს ნიობიუმის განსხვავებული საჭიროება და, შესაბამისად, მისი ფასი.
• იშვიათი ლითონების არსებობა. შენადნობები, რომლებიც შეიცავს ელემენტებს, როგორიცაა ტანტალი, ვოლფრამი, მოლიბდენი, უფრო მაღალი ფასია.
• კოტირების მნიშვნელობა მსოფლიო ბირჟებზე. ეს მნიშვნელობები არის ფასების დადგენის საფუძველი.

ფასების მიმოხილვა მოსკოვში:

• ნიობიუმი NB-2. ფასი მერყეობს 420-450 რუბლს შორის. კგ-ზე.
• ნიობიუმის ნაჭრები. 500-510 რუბლი. კგ-ზე.
• ნიობიუმის დასტა NBSh00. განსხვავდება გაზრდილი ფასებით მინარევების უმნიშვნელო შემცველობის გამო. 490-500 რუბლი. კგ-ზე.
• ნიობიუმის ღერო NBSh-0. 450-460 რუბლი. კგ-ზე.
• ნიობიუმი NB-1 ღეროს სახით. ფასი 450-480 რუბლია. კგ-ზე.

მიუხედავად მაღალი ღირებულებისა, მსოფლიოში ნიობიუმზე მოთხოვნა კვლავ იზრდება. ეს ხდება მისი გამოყენების უზარმაზარი პოტენციალისა და ლითონის დეფიციტის გამო. 10 ტონა ნიადაგზე მხოლოდ 18 გრამი ნიობიუმია.

სამეცნიერო საზოგადოება აგრძელებს მუშაობას ასეთი ძვირადღირებული მასალის შემცვლელის პოვნასა და განვითარებაზე. მაგრამ ჯერჯერობით ამ მხრივ კონკრეტული შედეგი არ მიმიღია. ეს ნიშნავს, რომ უახლოეს მომავალში ნიობიუმის ფასის ვარდნა არ არის მოსალოდნელი.

ფასების დასარეგულირებლად და ბრუნვის სიჩქარის გასაზრდელად ნიობიუმის პროდუქტებზე მოცემულია შემდეგი კატეგორიები:

• ნიობიუმის ინგოტები. მათი ზომა და წონა სტანდარტიზებულია GOST 16099-70-ით. ლითონის სისუფთავიდან გამომდინარე, ისინი იყოფა 3 კლასად: ნიობიუმი NB-1, ნიობიუმი NB-2 და, შესაბამისად, ნიობიუმი NB-3.
• ნიობიუმის პერსონალი. მას აქვს უცხოური მინარევების უფრო მაღალი პროცენტი.
• ნიობიუმის ფოლგა. იწარმოება 0,01 მმ-მდე სისქეში.
• ნიობიუმის ჯოხი. TU 48-4-241-73-ის მიხედვით იგი მიეწოდება NbP1 და NbP2 კლასებში.

ნიობიუმის ფიზიკური თვისებები

ლითონი ნაცრისფერია თეთრი ელფერით. მიეკუთვნება ცეცხლგამძლე შენადნობების ჯგუფს. დნობის წერტილი არის 2500 ºС. დუღილის წერტილი 4927 ºС. განსხვავდება სითბოს წინააღმდეგობის გაზრდილი მნიშვნელობით. არ კარგავს თავის თვისებებს 900 ºС-ზე ზემოთ სამუშაო ტემპერატურაზე.

მექანიკური მახასიათებლები ასევე მაღალ დონეზეა. სიმკვრივეა 8570 კგ/მ3, იგივე მაჩვენებელი ფოლადისთვის არის 7850 კგ/მ3. მდგრადია მუშაობისთვის როგორც დინამიური, ასევე ციკლური დატვირთვის დროს. ჭიმვის სიმტკიცე - 34,2 კგ/მმ2. აქვს მაღალი პლასტიურობა. ფარდობითი დრეკადობის კოეფიციენტი მერყეობს 19-21%-ს შორის, რაც შესაძლებელს ხდის მისგან 0,1 მმ-მდე სისქის ნაგლინი ნიობიუმის ფურცლების მიღებას.

სიმტკიცე დაკავშირებულია ლითონის სისუფთავეს მავნე მინარევებისაგან და იზრდება მათი შემადგენლობით. სუფთა ნიობიუმს აქვს ბრინელის სიმტკიცე 450.

ნიობიუმი კარგად ექვემდებარება წნევით მკურნალობას -30 ºС-ზე დაბალ ტემპერატურაზე და ძნელად იჭრება.

თბოგამტარობა მნიშვნელოვნად არ იცვლება ტემპერატურის დიდი რყევებით. მაგალითად, 20 ºС-ზე არის 51.4 W/(m K), ხოლო 620 ºС-ზე ის იზრდება მხოლოდ 4 ერთეულით. ნიობიუმი ელექტრულ გამტარობაში კონკურენციას უწევს ისეთ ელემენტებს, როგორიცაა სპილენძი და ალუმინი. ელექტრული წინაღობა - 153,2 nOhm m განეკუთვნება ზეგამტარ მასალების კატეგორიას. ტემპერატურა, რომლის დროსაც შენადნობი გადადის ზეგამტარის რეჟიმში არის 9,171 კ.

უკიდურესად მდგრადია მჟავე გარემოს მიმართ. ისეთი ჩვეულებრივი მჟავები, როგორიცაა გოგირდის, ჰიდროქლორინის, ორთოფოსფორის, აზოტის, არანაირად არ მოქმედებს მის ქიმიურ სტრუქტურაზე.

250 ºС-ზე ზემოთ ტემპერატურაზე, ნიობიუმი იწყებს ჟანგბადით აქტიურ დაჟანგვას და ასევე შედის ქიმიურ რეაქციებში წყალბადისა და აზოტის მოლეკულებთან. ეს პროცესები ზრდის ლითონის მყიფეობას, რითაც ამცირებს მის სიმტკიცეს.

• არ ვრცელდება ალერგენულ მასალებზე. ადამიანის ორგანიზმში შეყვანილი არ იწვევს ორგანიზმის უარყოფის რეაქციას.
• ეს არის შედუღების პირველი ჯგუფის ლითონი. შედუღება მჭიდროა და არ საჭიროებს მოსამზადებელ ოპერაციებს. მდგრადია გატეხვის მიმართ.

შენადნობების სახეები

ამაღლებულ ტემპერატურაზე მექანიკური თვისებების მნიშვნელობიდან გამომდინარე, ნიობიუმის შენადნობები იყოფა:

1. დაბალი სიძლიერე. ისინი მოქმედებენ 1100-1150 ºС დიაპაზონში. მათ აქვთ შენადნობი ელემენტების მარტივი ნაკრები. ეს ძირითადად მოიცავს ცირკონიუმს, ტიტანს, ტანტალის, ვანადიუმს, ჰაფნიუმს. სიმტკიცე 18-24 კგ/მმ2. კრიტიკული ტემპერატურის ზღურბლის გავლის შემდეგ მკვეთრად ეცემა და სუფთა ნიობიუმის მსგავსი ხდება. მთავარი უპირატესობა არის მაღალი პლასტიკური თვისებები 30 ºС ტემპერატურაზე და კარგი სამუშაოდ ზეწოლის ქვეშ.
2. საშუალო სიძლიერე. მათი მუშაობის ტემპერატურა 1200-1250 ºС ფარგლებშია. ზემოაღნიშნული შენადნობის ელემენტების გარდა, ისინი შეიცავს ვოლფრამის, მოლიბდენის და ტანტალის მინარევებს. ამ დანამატების მთავარი მიზანია ტემპერატურის მატებასთან ერთად მექანიკური თვისებების შენარჩუნება. მათ აქვთ ზომიერი ელასტიურობა და ადვილად შეიძლება დამუშავდეს ზეწოლის ქვეშ. შენადნობის ნათელი მაგალითია ნიობიუმი 5VMC.
3. მაღალი სიმტკიცის შენადნობები. გამოიყენება 1300 ºС ტემპერატურაზე. მოკლევადიანი ზემოქმედებით 1500 ºС-მდე. ისინი განსხვავდებიან უფრო მაღალი სირთულის ქიმიური შემადგენლობით. 25% შედგება დანამატებისგან, რომელთა ძირითადი წილი არის ვოლფრამი და მოლიბდენი. ამ შენადნობების ზოგიერთი ტიპი ხასიათდება ნახშირბადის მაღალი შემცველობით, რაც დადებითად მოქმედებს მათ სითბოს წინააღმდეგობაზე. მაღალი სიმტკიცის ნიობიუმის მთავარი მინუსი არის დაბალი გამტარიანობა, რაც ართულებს დამუშავებას. და, შესაბამისად, სამრეწველო ნახევრად მზა პროდუქციის მოპოვება.

უნდა აღინიშნოს, რომ ზემოთ ჩამოთვლილი კატეგორიები პირობითი ხასიათისაა და იძლევა მხოლოდ ზოგად წარმოდგენას კონკრეტული შენადნობის გამოყენების მეთოდზე.

ასევე აღსანიშნავია ნაერთები, როგორიცაა ფერონიობიუმი და ნიობიუმის ოქსიდი.

ფერონიობიუმი არის ნიობიუმის ნაერთი რკინასთან, სადაც ამ უკანასკნელის შემცველობა 50%-ის დონეზეა. ძირითადი ელემენტების გარდა, მასში შედის ტიტანის, გოგირდის, ფოსფორის, სილიციუმის და ნახშირბადის მეასედი. ელემენტების ზუსტი პროცენტი სტანდარტიზებულია GOST 16773-2003.

ნიობიუმის პენტაქსიდი არის თეთრი კრისტალური ფხვნილი. არ არის მგრძნობიარე მჟავასა და წყალში დაშლის მიმართ. იგი წარმოიქმნება ჟანგბადის გარემოში ნიობიუმის დაწვით. სრულიად ამორფული. დნობის წერტილი 1500 ºС.

ნიობიუმის გამოყენება

ყველა ზემოაღნიშნული თვისება ლითონს უაღრესად პოპულარულს ხდის სხვადასხვა ინდუსტრიაში. მისი გამოყენების მრავალ გზას შორის გამოირჩევა შემდეგი პოზიციები:

• გამოიყენება მეტალურგიაში, როგორც შენადნობი ელემენტი. უფრო მეტიც, როგორც შავი, ასევე ფერადი შენადნობები შერწყმულია ნიობიუმთან. მაგალითად, უჟანგავი ფოლადის 12Х18Н10Т მისი მხოლოდ 0.02%-ის დამატება ზრდის მის ცვეთა წინააღმდეგობას 50%-ით. ნიობიუმით გაუმჯობესებული ალუმინი (0.04%) ხდება ტუტეზე სრულიად შეუღწევადი. ნიობიუმი მოქმედებს სპილენძზე, როგორც გამკვრივება ფოლადზე, ზრდის მის მექანიკურ თვისებებს სიდიდის რიგითობით. გაითვალისწინეთ, რომ ურანიც კი არის დოპირებული ნიობიუმით.
• ნიობიუმის პენტოქსიდი არის მთავარი კომპონენტი მაღალი ცეცხლგამძლე კერამიკის წარმოებაში. მან ასევე იპოვა გამოყენება თავდაცვის ინდუსტრიაში: სამხედრო ტექნიკის ჯავშანტექნიკის მინა, ოპტიკა დიდი რეფრაქციული კუთხით და ა.შ.
• ფერონიობიუმი გამოიყენება ფოლადების შენადნობისთვის. მისი მთავარი ამოცანაა კოროზიის წინააღმდეგობის გაზრდა.
• ელექტროტექნიკაში ისინი გამოიყენება კონდენსატორებისა და დენის გამსწორებლების დასამზადებლად. ასეთ კონდენსატორებს ახასიათებთ გაზრდილი ტევადობა და საიზოლაციო წინააღმდეგობა და მცირე ზომები.
• სილიციუმის და გერმანიუმის ნაერთები ნიობიუმთან ერთად ფართოდ გამოიყენება ელექტრონიკის სფეროში. მათგან მზადდება ზეგამტარი სოლენოიდები და დენის გენერატორების ელემენტები.

განმარტება

ნიობიუმი- პერიოდული ცხრილის ორმოცდამეერთე ელემენტი. აღნიშვნა - Nb ლათინური "niobium". მეხუთე პერიოდში განლაგებულია VBA ჯგუფი. ეხება ლითონებს. ბირთვული მუხტი არის 41.

დედამიწის ქერქი შეიცავს 0,002% (მასა) ნიობიუმს. ეს ელემენტი მრავალი თვალსაზრისით ჰგავს ვანადიუმს. თავისუფალ მდგომარეობაში არის ცეცხლგამძლე ლითონი, მყარი, მაგრამ არა მყიფე, მექანიკური დამუშავებისადმი მიდრეკილი (ნახ. 1. ნიობიუმის სიმკვრივეა 8,57 გ/სმ 3, დნობის წერტილი - 2500 o C.

ნიობიუმი სტაბილურია ბევრ აგრესიულ გარემოში. მასზე არ მოქმედებს მარილმჟავა და აკვა რეგია, რადგან ამ ლითონის ზედაპირზე წარმოიქმნება თხელი, მაგრამ ძალიან ძლიერი და ქიმიურად მდგრადი ოქსიდის ფილმი.

ბრინჯი. 1. ნიობიუმი. გარეგნობა.

ნიობიუმის ატომური და მოლეკულური მასა

განმარტება

ნივთიერების ფარდობითი მოლეკულური მასა (Mr)არის რიცხვი, რომელიც აჩვენებს, რამდენჯერ აღემატება მოცემული მოლეკულის მასას ნახშირბადის ატომის მასის 1/12-ზე და ელემენტის ფარდობითი ატომური მასა (A r)- რამდენჯერ მეტია ქიმიური ელემენტის ატომების საშუალო მასა ნახშირბადის ატომის მასის 1/12-ზე მეტი.

იმის გამო, რომ ნიობიუმი თავისუფალ მდგომარეობაში არსებობს მონოატომური Nb მოლეკულების სახით, მისი ატომური და მოლეკულური მასების მნიშვნელობები ემთხვევა ერთმანეთს. ისინი უდრის 92,9063-ს.

ნიობიუმის იზოტოპები

ცნობილია, რომ ბუნებაში ნიობიუმი გვხვდება ერთადერთი სტაბილური იზოტოპის სახით 93 Nb. მასური რიცხვია 93, ატომის ბირთვი შეიცავს ორმოცდაერთ პროტონს და ორმოცდათორმეტ ნეიტრონს.

არსებობს ცირკონიუმის ხელოვნური არასტაბილური იზოტოპები მასობრივი ნომრებით 81-დან 113-მდე, აგრეთვე ბირთვების ოცდახუთი იზომერული მდგომარეობა, რომელთა შორისაა ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპი 92 Nb, ნახევარგამოყოფის პერიოდით 34,7 მილიონი წელი.

ნიობიუმის იონები

ნიობიუმის ატომის გარე ენერგეტიკულ დონეზე არის ხუთი ელექტრონი, რომლებიც ვალენტურია:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 3 5s 2 .

ქიმიური ურთიერთქმედების შედეგად ნიობიუმი თმობს თავის ვალენტურ ელექტრონებს, ე.ი. არის მათი დონორი და იქცევა დადებითად დამუხტულ იონად:

Nb 0 -1e → Nb + ;

Nb 0 -2e → Nb 2+;

Nb 0 -3e → Nb 3+;

Nb 0 -4e → Nb 4+ ;

Nb 0 -5e → Nb 5+.

ნიობიუმის მოლეკულა და ატომი

თავისუფალ მდგომარეობაში ნიობიუმი არსებობს მონოატომური Nb მოლეკულების სახით. აქ მოცემულია ნიობიუმის ატომისა და მოლეკულის დამახასიათებელი თვისებები:

ნიობიუმის შენადნობები

ნიობიუმი არის მრავალი სითბოს მდგრადი და კოროზიისადმი მდგრადი შენადნობის ერთ-ერთი კომპონენტი. განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია სითბოს მდგრადი ნიობიუმის შენადნობები, რომლებიც გამოიყენება გაზის ტურბინების, რეაქტიული ძრავების და რაკეტების წარმოებაში.

ნიობიუმი ასევე შეყვანილია უჟანგავი ფოლადებში. ეს მკვეთრად აუმჯობესებს მათ მექანიკურ თვისებებს და კოროზიის წინააღმდეგობას. 1-დან 4%-მდე ნიობიუმის შემცველი ფოლადები ხასიათდება მაღალი თბოგამძლეობით და გამოიყენება როგორც მასალა მაღალი წნევის ქვაბების დასამზადებლად.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

მაგალითი 2

ვარჯიში

მიუთითეთ ნიობიუმის ვალენტურობა და დაჟანგვის მდგომარეობა ნაერთებში: Gd 2 Nb 2 O 7 და Pb(NbO 3) 2.

უპასუხე

ჟანგბადის შემცველ ნაერთებში ნიობიუმის ვალენტურობის დასადგენად, მკაცრად უნდა დაიცვან მოქმედებების შემდეგი თანმიმდევრობა. განვიხილოთ Gd 2 Nb 2 O 7-ის მაგალითი. განსაზღვრეთ ჟანგბადის ატომების რაოდენობა მოლეკულაში. უდრის 7 - მილი. ჩვენ ვიანგარიშებთ ჟანგბადის ვალენტურობის ერთეულების საერთო რაოდენობას: ჩვენ ვიანგარიშებთ გადოლინიუმის ვალენტურობის ერთეულების საერთო რაოდენობას: ჩვენ ვპოულობთ განსხვავებას ამ რაოდენობას შორის: განსაზღვრეთ ნაერთში ნიობიუმის ატომების რაოდენობა. უდრის 2-ს. ნიობიუმის ვალენტობაა IV (8/2 = 4). იმავე ნაერთში ნიობიუმის დაჟანგვის მდგომარეობის საპოვნელად, მის მნიშვნელობად ვიღებთ x და მხედველობაში მივიღებთ იმ ფაქტს, რომ მოლეკულის მუხტი არის 0: 2×3 + 2×x +7×(-2) = 0 ნიობიუმის ჟანგვის მდგომარეობაა +4. ანალოგიურად, ჩვენ განვსაზღვრავთ, რომ ნიობიუმის ვალენტობა და დაჟანგვის მდგომარეობა Pb(NbO 3) 2-ში უდრის IV და +1, შესაბამისად.