Niobio

Niobioa (edo kolunbioa) elementu kimiko bat da, Nb ikurra eta 41 zenbaki atomikoa dituena. Trantsizio-metala da, harikorra, grisa, biguna eta ez oso arrunta. Niobita mineralean ageri da eta aleazioetan erabiltzen da. Normalean altzairuak egiteko erabiltzen da, erresistentzia handiagoa izan dezaten.

Niobioa
41 Zirkonioa ← Niobioa → Molibdenoa
41 Nb                                                                                                                                                                                                                                           Taula periodikoa
Ezaugarri orokorrak
Izena, ikurra, zenbakia	Niobioa, Nb, 41
Serie kimikoa	trantsizio-metalak
Taldea, periodoa, orbitala	5, 5, d
Masa atomikoa	92,90638(2) g/mol
Konfigurazio elektronikoa	[Kr] 4d4 5s1
Elektroiak orbitaleko	2, 8, 18, 12, 1
Propietate fisikoak
Egoera	solidoa
Dentsitatea	(0 °C, 101,325 kPa) 8,57 g/L
Urtze-puntua	2.750 K (2.477 °C, 4.491 °F)
Irakite-puntua	5.017 K (4.744 °C, 8.571 °F)
Urtze-entalpia	30 kJ·mol−1
Irakite-entalpia	689,9 kJ·mol−1
Bero espezifikoa	(25 °C) 24,60 J·mol−1·K−1
Lurrun-presioa P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 2.942 3.207 3.524 3.910 4.393 5.013
Propietate atomikoak
Kristal-egitura	kubikoa, aurpegietan zentratua
Oxidazio-zenbakia(k)	5, 4[1], 3, 2[2], 1[3] (oxido azido ahula)
Elektronegatibotasuna	1,6 (Paulingen eskala)
Ionizazio-potentziala	1.a: 652,1 kJ/mol 2.a: 1.380 kJ/mol 3.a: 2.416 kJ/mol
Erradio atomikoa (batezbestekoa)	145 pm
Erradio atomikoa (kalkulatua)	198 pm
Erradio kobalentea	137 pm
Datu gehiago
Eroankortasun termikoa	(300 K) 53,7
Soinuaren abiadura	3.480 m/s
Isotopo egonkorrenak
Niobioaren isotopoak iso UN Sd-P D DE (MeV) DP 91Nb Sintetikoa 6,8x102 u ε - 91Zr 91mNb Sintetikoa 60,86 e IT 0,104e 91Nb 92Nb Sintetikoa 10,15 e ε - 92Zr γ 0,934 - 92Nb Sintetikoa 3,47x107 u ε - 92Zr γ 0,561, 0,934 - 93Nb %100 Nb egonkorra da 52 neutroirekin 93mNb Sintetikoa 16,13 u IT 0,031e 93Nb 94Nb Sintetikoa 2,03x104 u β- 0,471 94Mo γ 0,702, 0,871 - 95Nb Sintetikoa 34,991 e β- 0,159 95Mo γ 0,765 - 95mNb Sintetikoa 3,61 e IT 0,235 95Nb

Historia

Charles Hatchett izan zen niobioa aurkitu zuen kimikaria, baina columbium izena eman zion.

Niobioa Charles Hatchett kimikari ingelesak identifikatu zuen 1801ean.^[4][5][6] Elementu berri bat aurkitu zuen Connecticutetik Ingalaterrara bidalitako mineral batean. 1734 urtean bidali zuen John Winthropek (John Winthrop Youngeren biloba) eta Charlesek mineralari columbite izena eta elementuari columbium izena jarri zion, Ameriketako Estatu Batuetako izen poetiko Columbiaren omenez.^[7][8][9] Hatchettek aurkitutako kolonbioa ziurrenik elementu berriaren eta tantaloaren arteko nahasketa bat zen.

Hori dela eta, nahasketa handia izan zen^[10] columbium (niobioa) eta erlazioa handia duen tantalioaren artean. 1809an William Hyde Wollaston kimikari ingelesak kolonbio-kolonbita eta tantalio-tantalitatik deribatutako oxidoen dentsitateak alderatu zituen. Lehenak 5.918 g/cm3-ko dentsitatea zuen eta bigarrenak, 8 g/cm3-koa. Nahiz eta dentsitateen artean horrelako ezberdintasuna egon, bi oxidoak berdin-berdinak zirela ondorioztatu zuen eta beraz tantalio izena mantendu zuen bientzat.^[10] 1846. urtean Heinrich Rose kimikari alemaniarrak ondorio honen aurka eztabaidatu zuen. Bere argudio nagusia tantalitaren laginean bi elementu ezberdin zeudela zen eta hori dela eta, Tantaloren haurren izenak erabiliz izendatu zituen: niobioa (Niobetik) eta pelopioa (Pelopetik).^[11][12] Tantalo eta niobioaren artean behatu ziren desberdintasun minimoek sortu zuten nahasmen hau. Pelopium, ilmenium, eta dianium ustezko elementu berriak^[13], azkenean, niobioaren edo niobio eta tantaloaren nahasketen berdinak zirela frogatu ziren.^[14]

Niobio izena Niobe jainkosa grekotik dator, Tantaloren alaba

Tantalo eta niobioaren arteko ezberdintasunak 1864an Christian Wilhelm Blomstrand^[14] eta Henri Etienne Sainte-Claire Devillek, baita Louis J. Troostek 1865ean, frogatu zituzten definitiboki. Hainbat konposatuen formulak zehaztu zituen azken honek^[14][15]. Azkenik, 1866an, Jean Charles Galissard de Marignac kimikari suediarrak azkeneko ebidentziak aurkitu zituen.^[16] Lau kimikari hauen lanek bi elementu bakarrik zeudela frogatu zuten. Hala ere, ilmenium elementua aipatzen zuten artikuluak 1871 urtera arte jarraitu ziren ateratzen.^[17]

De Marignac izan zen metala prestatu zuen lehenengoa 1864 urtean. Horretarako, niobio kloruroa erreduzitu zuen hidrogenoa zuen atmosfera batean berotuz.^[18] Nahiz eta de Marignac 1866. urterako tantalio gabeko niobioa eskala handian ekoizteko gai baldin bazen ere, XX. mendearen hasierara arte niobioa ez zen komertzialki erabili. Komertzialki izan zuen lehen aplikazioa bonbillen filamentuetan izan zen.^[15] Erabilera hori azkar ordezkatua izan zen, tungstenoa erabiltzen hasi baitzen niobioaren ordez. Izan ere, tungstenoak urtze-puntu handiagoa du. Niobioak altzairuaren gogortasuna hobetzen duela 1920ko hamarkadan aurkitu zen lehenengo aldiz, eta aplikazio honek niobioaren erabilera nagusia izaten jarraitzen du gaur egun ere.^[15] 1961. urtean, Eugene Kunzler fisikari estatubatuarrak eta Bell Laborategietako bere lankideek aurkitu zuten niobio-eztainu aleazioak supereroankortasuna erakusten jarraitzen duela korronte elektriko eta eremu magnetiko indartsuak dauden egoeretan.^[19] Propietate honek bere erabilera zabaldu zuen: lehen materiala zen indar handiko iman eta elektrizitatea sortzeko tresnek behar dituzten korronte eta eremu altuak jasateko gai zena. Aurkikuntza honek, bi hamarkada beranduago, bobinetan bildutako hainbat haritako kable luzeen produkzioa ahalbidetu zuen. Era honetan, elektroiman indartsuak sortu ahal ziren, makina birakarietan, partikula azeleragailuetan eta partikula detektagailuetan erabiltzeko.^[19][20]

Izendatzea

Columbium (Cb ikurra "Cb")^[21] izan zen Hatchettek eman zion izena 1801. urtean metala aurkitu zuenean.^[5] Izenak islatzen zuen elementua aurkitu zuen mea motaren alea Amerikatik (Columbia) zetorrela^[22]. Izen hori Amerikako aldizkarietan erabiltzen jarraitu zen. Izenburuan Columbium izena erabiltzen zuen azken ikerketa 1953an argitaratu zuen Amerikako Kimikako Elkartea.^[23] Niobio izena berriz, Europan erabiltzen zen. Nahasmenarekin amaitzeko, niobio izena aukeratu zen 41. elementua izendatzeko 1949an Amsterdamen ospatu zen Kimikaren Batasunaren XV. Biltzarrean.^[24] Urtebete beranduago, izen hori Kimika Puru eta Aplikatuaren Nazioarteko Batasunak (IUPAC) ofizialki onartu zuen. Era honetan amaiera eman zitzaion 100 urte irauten zuen polemikari. Erakunde honek niobio izena aukeratu zuen, nahiz eta columbium izena kronologikoki lehena izan zen erabiltzen elementu hau izendatzeko.^[24] Baliteke aukera hau alde guztiak pozik uzteko egin izana^[24], izan ere IUPACek 74. elementua izendatzeko tungsteno izen ipar-amerikarra aukeratu zuen Europan erabiliagoa zen wolfram izenaren ordez, eta ondoren, Europan gehiago erabiltzen zen niobio izena columbiumaren ordez. Estatu Batuetako kimikako sozietate eta gobernu erakunde askok normalean IUPAC erakundeak jarritako izen ofiziala erabiltzen duten arren, metalurgiako kide eta metalaren inguruko elkarte batzuek jatorrizko izen amerikarra erabiltzen dute oraindik, "columbium".^[25][26][27]

Ezaugarriak

Ezaugarri fisikoak

Niobioa metal distiratsu, gris, harikor eta paramagnetiko bat da, taula periodikoaren 5. taldekoa. Hala ere, kanpoaldeko geruzetan duen elektroien konfigurazioa atipikoa da 5. talde honetarako.

Uste zabalduenen arabera, bere egitura kristal kubikoez osatua dago (zehazki, gorputzean zentratutako kuboez) zero absolututik bere urtze punturaino. Ala ere, azken aldian egin diren erresoluzio handiko neurketen arabera, hiru ardatz kristalografikoen artean dagoen hedadura termalak anisotropiak erakusten ditu, eta datu hauek ez lirateke bateragarriak estruktura kubiko batekin.^[28] Hori dela eta, ikerketa eta aurkikuntza gehiago espero dira arlo honetan.

Niobioa supereroalea denez, erresonantzia magnetiko bidezko irudigintzarako erabiltzen da

Niobioa supereroale bihurtzen da tenperatura kriogenikoetan. Presio atmosferikoan, oinarrizko supereroaleen artean tenperatura kritiko altuena du: 9.2 K.^[29] Niobioak, elementu guztien artean, penetrazio magnetiko sakonena dauka^[29]. Gainera, oinarrizko II motako supereroalea da. Mota honetako hiru elementu daude bakarrik: niobioa, banadioa eta teknezioa. Propietate supereroale hauek oso lotuak daude niobio metalaren purutasunarekin.^[30]

Oso purua denean, konparatiboki biguna eta harikorra da, baina ezpurutasunek gogorragoa egiten dute.^[31] Metalak neutroi termikoetarako harrapaketa txikia du^[32], eta hori dela eta neutroien gardentasun egiturak nahi dituzten industrietan nuklearretan erabiltzen dira.^[33]

Kimika

Metalak urdin kolore bat hartzen du airearekin kontaktuan badago giro-tenperaturan denbora luze batean zehar.^[34] Nahiz eta bere oinarrizko forman urtze puntu altua (2.468 ° C) duen arren, beste metal errefraktore batzuek baino dentsitate txikiagoa du. Gainera, korrosioarekiko erresistentea da, supereroaleen propietateak erakusten ditu eta oxido dielektriko geruzak sortzen ditu.

Taula periodikoan aurrean duen elementuarekin, zirkonioarekin, alderatuta, niobioak elektropositibotasun apur bat txikiagoa du eta trinkoagoa da. Astunagoak diren tantalo atomoekin alderatuta berriz, birtualki tamaina berdinekoa da, lantanoen kontrakzioaren ondorioz.^[31] Ondorioz, niobioaren propietate kimikoak tantaloaren oso antzekoak dira, taula periodikoan justu niobioaren azpian dagoen elementua.^[15] Nahiz eta korrosioarekiko erresistentzia ez den tantaloarena bezain altua, niobioaren prezio baxuagoak eta erabilgarritasun handiagoak erakargarria bihurtzen dute hain eskaera handiak ez dituzten aplikazioetarako. Adibidez, instalazio kimikoetako ontzien estalduretan erabiltzen da.^[31]

Isotopoak

Lurraren lurrazalean niobioaren isotopo egonkor bat dago, ⁹³Nb.^[35] 2003. urterako, gutxienez 32 isotopo erradiaktibo sintetizatu dira, 81 eta 113 bitarteko masa atomikoa dutenak. Horien artean egonkorrena ⁹²Nb da eta 34,7 milioi urteko semi-desintegrazio periodoa dauka. Egonkortasun txikiena duenetako bat ¹¹³Nb da, 30 milisegundoko semi-desintegrazio periodoa duela kalkulatzen dena. Egonkorra den ⁹³Nb isotopoa baino arinagoak direnak, β+ desintegrazioan desintegratu ohi dira, eta astunagoak direnak berriz, β-desintegrazioa jasaten dute desintegratzen direnean. Hala ere, badaude salbuespen batzuk: ⁸¹Nb, 82Nb eta ⁸⁴Nb isotopoek atzeratutako β + protoi emisio desintegrazioa dute, ⁹¹Nb isotopoaren desintegrazioa elektroi harrapaketa eta positroi emisio bidez gertatzen da, eta ⁹²Nb isotopoak β + eta β- desintegrazioak jasaten ditu.^[35]

Gutxienez 25 isomero nuklear deskribatu dira, 84 eta 104 bitarteko masa atomikoak dituztenak. Sorta horretan, soilik ⁹⁶Nb, ¹⁰¹Nb eta ¹⁰³Nb isotopoek ez dute isomerorik. Niobioaren isomero egonkorrena ^93mNb da eta 16,13 urteko semi-desintegrazio periodoa du. Niobioaren isomero guztiak isomero trantsizioaren edo beta desintegrazioaren eraginez desintegratzen dira, ^92m1Nb izan ezik. Honek elektroi harrapaketa jasaten du.^[35]

Erreferentzia

Kanpo estekak

• Datuak: Q1046
• Multimedia: Niobium / Q1046

1. Niobium: niobium(IV) fluoride compound data. WebElements.com (Noiz kontsultatua: 2007-12-10).
2. Niobium: niobium(II) oxide compound data. WebElements.com (Noiz kontsultatua: 2007-12-10).
3. Niobium: niobium(I) chloride compound data. Bernath.UWaterloo.ca (Noiz kontsultatua: 2007-12-10).
4. (Ingelesez) Britain), Royal Society (Great. (1802). Philosophical Transactions of the Royal Society of London. W. Bowyer and J. Nichols for Lockyer Davis, printer to the Royal Society (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
5. (Ingelesez) A Journal of Natural Philosophy, Chemistry, and the Arts. 1802 (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
6. Hatchett, Charles. (1802). «Eigenschaften und chemisches Verhalten des von Charlesw Hatchett entdeckten neuen Metalls, Columbium» Annalen der Physik 11: 120–122.  doi:10.1002/andp.18020110507. ISSN 0003-3804. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
7. (Ingelesez) Noyes, William Albert. (1918). A Textbook of Chemistry. H. Holt (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
8. (Ingelesez) The Mining Magazine: Devoted to Mines, Mining Operations, Metallurgy, &c., &c. 1853 (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
9. «Charles Hatchett FRS (1765–1847), Chemist and Discoverer of Niobium» royalsocietypublishing.org  doi:10.1098/rsnr.2003.0216. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
10. «On the identity of Columbium and Tantalum» royalsocietypublishing.org  doi:10.1098/rstl.1809.0017. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
11. Rose, Heinrich. (1844). «Ueber die Zusammensetzung der Tantalite und ein im Tantalite von Baiern enthaltenes neues Metall» Annalen der Physik 139: 317–341.  doi:10.1002/andp.18441391006. ISSN 0003-3804. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
12. Rose, Heinrich. (1847). «Ueber die Säure im Columbit von Nordamerika» Annalen der Physik 146: 572–574.  doi:10.1002/andp.18471460410. ISSN 0003-3804. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
13. (Ingelesez) Kobell, Fr V.. (1860). «Ueber eine eigenthümliche Säure, Diansäure, in der Gruppe der Tantal- und Niob- verbindungen» Journal für Praktische Chemie 79 (1): 291–303.  doi:10.1002/prac.18600790145. ISSN 1521-3897. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
14. (Alemanez) Hermann, R.; Troost, L.; Deville, H.; Blomstrand; Marignac. (1866-12-01). «Tantalsäure, Niobsäure, (Ilmensäure) und Titansäure» Zeitschrift für analytische Chemie 5 (1): 384–389.  doi:10.1007/BF01302537. ISSN 1618-2650. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
15. K., Gupta, C.. (1994). Extractive metallurgy of niobium. CRC Press ISBN 0849360714. PMC 28063997. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
16. (Frantsesez) «Annales de chimie et de physique» Gallica 1866 (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
17. (Ingelesez) Hermann, R.. (1871). «Fortgesetzte Untersuchungen über die Verbindungen von Ilmenium und Niobium, sowie über die Zusammensetzung der Niobmineralien» Journal für Praktische Chemie 3 (1): 373–427.  doi:10.1002/prac.18710030137. ISSN 1521-3897. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
18. «Niobium» nautilus.fis.uc.pt (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
19. Geballe, Theodore H.. (1993-10-01). «Superconductivity: From physics to technology» Physics Today 46: 52–56.  doi:10.1063/1.881384. ISSN 0031-9228. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
20. Matthias, B. T.; Geballe, T. H.; Geller, S.; Corenzwit, E.. (1954-09-01). «Superconductivity of Nb3Sn» Physical Review 95: 1435–1435.  doi:10.1103/PhysRev.95.1435. ISSN 1536-6065. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
21. Kòrösy, F.. (1939-04-01). «Reaction of Tantalum, Columbium and Vanadium with Iodine» Journal of the American Chemical Society 61 (4): 838–843.  doi:10.1021/ja01873a018. ISSN 0002-7863. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
22. (Ingelesez) Nicholson, William. (1809). The British Encyclopedia: Or, Dictionary of Arts and Sciences. Comprising an Accurate and Popular View of the Present Improved State of Human Knowledge. Longman, Hurst, Rees, and Orme (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
23. Ikenberry, Luther; Martin, J. L.; Boyer, W. J.. (1953-09-01). «Photometric Determination of Columbium, Tungsten, and Tantalum in Stainless Steels» Analytical Chemistry 25 (9): 1340–1344.  doi:10.1021/ac60081a011. ISSN 0003-2700. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
24. (Ingelesez) Zheng, Zheng; Rayner-Canham, Geoff. (2008-04-01). «Naming elements after scientists: an account of a controversy» Foundations of Chemistry 10 (1): 13–18.  doi:10.1007/s10698-007-9042-1. ISSN 1572-8463. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
25. Clarke, F. W.. (1914-01-01). «Columbium Versus Niobium» Science 39: 139–140.  doi:10.1126/science.39.995.139. ISSN 0036-8075. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
26. (Ingelesez) Khul'ka, K.; Patel, Zh. (2001-11-01). «Niobium for Steelmaking» Metallurgist 45 (11-12): 477–480.  doi:10.1023/A:1014897029026. ISSN 1573-8892. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
27. (Ingelesez) «Vanadium to dubnium: from confusion through clarity to complexity» Catalysis Today 78 (1-4): 5–11. 2003-02-28  doi:10.1016/S0920-5861(02)00318-8. ISSN 0920-5861. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
28. Bollinger, R. K.; White, B. D.; Neumeier, J. J.; Sandim, H. R. Z.; Suzuki, Y.; Dos Santos, C. A. M.; Avci, R.; Migliori, A. et al.. (2011-08-01). «Observation of a Martensitic Structural Distortion in V, Nb, and Ta» Physical Review Letters 107: 075503.  doi:10.1103/PhysRevLett.107.075503. ISSN 0031-9007. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
29. Peiniger, M.; Piel, H.. (1985-10-01). «A Superconducting Nb3Sn Coated Multicell Accelerating Cavity» IEEE Transactions on Nuclear Science 32: 3610.  doi:10.1109/TNS.1985.4334443. ISSN 0018-9499. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
30. Moura, Hernane R. Salles; de Moura, Lourenço. (2007-08-01). Melting And Purification Of Niobium. , 165–178 or.  doi:10.1063/1.2770689. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
31. Nowak, Izabela; Ziolek, Maria. (1999-12-08). «Niobium Compounds: Preparation, Characterization, and Application in Heterogeneous Catalysis» Chemical Reviews 99 (12): 3603–3624. ISSN 1520-6890. PMID 11849031. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
32. (Ingelesez) Jahnke, L. P.; Frank, R. G.; Redden, T. K.. (Wed Jun 01 00:00:00 EDT 1960). «COLUMBIUM ALLOYS TODAY» Metal Progr. Vol: 77, No. 6 (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
33. Nikulina, A. V.. (2003-07-01). «Zirconium-Niobium Alloys for Core Elements of Pressurized Water Reactors» Metal Science and Heat Treatment 45: 287–292.  doi:10.1023/A:1027388503837. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
34. CRC handbook of chemistry and physics : a ready-reference book of chemical and physical data. (85th ed. argitaraldia) CRC Press 2004 ISBN 0849304857. PMC 56630324. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).
35. Audi, G.; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A. H.. (2003-12-01). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties» Nuclear Physics A 729: 3–128.  doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. ISSN 0375-9474. (Noiz kontsultatua: 2018-12-30).