Niobio
V     41 Nb                                                                                                                                                                                                                                           Nb Ta Circonio ← Niobio → Molibdeno Táboa periódica dos elementos
Liñas espectrais do Niobio
Información xeral
Nome, símbolo, número	Niobio, Nb, 41
Serie química	metal de transición
Grupo, período, bloque	5, 5, d
Densidade	8570 kg/m3
Dureza	6.0
Aparencia	Gris metálico
N° CAS	7440-03-1
N° EINECS	231-113-5
Propiedades atómicas
Masa atómica	92.90637[1]u
Raio medio	pm
Raio atómico (calc)	146 pm
Raio covalente	164±6 pm
Raio de van der Waals	pm
Configuración electrónica	[Kr]4d4 5s1
Electróns por nivel de enerxía	2, 8, 18, 12, 1
Estado(s) de oxidación	5, 4, 3, 2, 1, −1, −3
Óxido	Levemente ácido
Estrutura cristalina	cúbica centrada no corpo
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido
Punto de fusión	2750 K
Punto de ebulición	5017 K
Punto de inflamabilidade	P_inflamabilidade K
Entalpía de vaporización	689.9 kJ/mol
Entalpía de fusión	26,4 kJ/mol
Presión de vapor	1 Pa a 2942 K
Temperatura crítica	K
Presión crítica	Pa
Volume molar	m3/mol
Velocidade do son	3480 m/s a 293.15 K (20 °C)
Varios
Electronegatividade (Pauling)	1,6
Calor específica	265 J/(K·kg)
Condutividade eléctrica	6,93·106S/m
Condutividade térmica	53,7 W/(K·m)
1.ª Enerxía de ionización	652,1 kJ/mol
2.ª Enerxía de ionización	1380 kJ/mol
3.ª Enerxía de ionización	2416 kJ/mol
4.ª Enerxía de ionización	E_ionización4 kJ/mol
5.ª Enerxía de ionización	E_ionización5 kJ/mol
6.ª Enerxía de ionización	E_ionización6 kJ/mol
7.ª Enerxía de ionización	E_ionización7 kJ/mol
8.ª enerxía de ionización	E_ionización8 kJ/mol
9.ª Enerxía de ionización	E_ionización9 kJ/mol
10.ª Enerxía de ionización	E_ionización10 kJ/mol
Isótopos máis estables
iso AN Período MD Ed PD MeV 91Nb Sintético 680 a ε 1,253 91Zr 92Nb Sintético 3,47·107 a β- ε 0,356 2,006 92Mo 92Zr 93Nb 100% estable con 52 neutróns 93mNb Sintético 16,13 a TI 0,031 93Nb 94Nb Sintético 20,300 a β- 2,045 94Mo
Unidades segundo o SI e en condicións normais de presión e temperatura, salvo indicación contraria.

O niobio (tamén chamado columbio) é un elemento químico de símbolo Nb (anteriormente Cb) e número atómico 41, situado no grupo 5 da táboa periódica dos elementos. É un metal de transición dúctil, brando e de cor gris, atopado principalmente no mineral chamado niobita. O seu nome procede da personaxe mitolóxica Níobe, filla de Tántalo, debido as similitudes que este elemento presenta co elemento homónimo a este último.^[2]

As propiedades físicas e químicas deste elemento son semellantes as do tántalo, dificultando a distinción entre ámbolos dous. No ano 1801 o químico inglés Charles Hatchett publicou o primeiro informe sobre un elemento semellante ao tántalo, ao que nomeou columbio. En 1809 o tamén químico inglés William Hyde Wollaston chegaría a conclusión errada de que o tántalo e o columbio eran idénticos. O químico alemán Heinrich Rose determinou en 1846 que os minerais de tántalo contiñan un segundo elemento, ao que deu o nome de niobio, e posteriormente entre os anos 1864 e 1865 unha serie de descubrimentos científicos clarificaron que o niobio e o columbio eran o mesmo elemento, distinto ao tántalo. Durante todo un século ámbolos dous nomes foron empregados para referirse a este elemento, pasando a denominarse oficialmente niobio no ano 1949.

Os primeiros usos comerciais deste elemento datan de comezos do século XX. Brasil é historicamente o primeiro produtor de niobio e ferroniobio, unha aliaxe de niobio e ferro. O niobio emprégase principalmente en aliaxes, na súa maioría en aceiros destinados a tubaxes de transporte. Malia que este tipo de aliaxes conteñen un máximo dun 0,1% do elemento, esta pequena proporción de niobio mellora a resistencia do aceiro considerablemente. As superaliaxes que conteñen niobio presentan unha estabilidade fronte á temperatura importante no seu uso en motores a reacción e foguetes. Tamén se usa este elemento en varios materiais supercondutores xunto con titanio e estaño, de uso estendido en imáns supercondutores para a obtención de imaxes por resonancia magnética. Outras aplicacións do niobio inclúen o seu uso na soldadura, industria nuclear, electrónica, óptica e na xoiería.

Características |

Propiedades físicas |

O niobio é un metal lustroso, de cor gris, dúctil e paramagnético do grupo 5 da táboa periódica. Porén, posúe unha configuración electrónica atípica na súa capa electrónica externa en comparación co resto dos membros deste grupo.^[3][4] Aínda que se considera que ten unha estrutura cristalina cúbica centrada no corpo dende unha temperatura de 0 K ata o seu punto de fusión, existen medicións de alta resolución da súa expansión termal seguindo os tres eixos cristalográficos que revelan anisotropías inconsistentes cunha estrutura deste tipo.^[5]

O niobio tórnase supercondutor a temperaturas crioxénicas. En condicións de presión atmosférica ten a maior temperatura crítica dos supercondutores, 9,2 K (−263,95 °C),^[6] e tamén posúe a maior profundidade de penetración magnética de tódolos elementos.^[6] A maiores disto, é un dos denominados supercondutores de tipo II, xunto co vanadio e o tecnecio. As propiedades supercondutoras deste elemento teñen unha gran dependencia da pureza do propio metal,^[7] tornándose tamén máis brando e dúctil a unha maior pureza.^[8]

Presenta unha baixa captura de neutróns, o que fai que resulte útil para aplicacións na industria nuclear.^[9][10]

Propiedades químicas |

Configuración electrónica

O niobio Adquire un ton azul cando se expón ao aire a temperatura ambiental durante un período de tempo considerable.^[11] Malia ter un punto de fusión elevado na súa forma elemental de 2477 °C (2750 K),^[12] a súa densidade de 8,57 g/cm³ é relativamente baixa en comparación con outros metais refractarios.^[13] Tamén é resistente á corrosión,^[14] e forma capas de óxido dieléctricas.^[15]

É lixeiramente menos electropositivo e máis compacto que o seu predecesor da táboa periódica, o circonio, mentres que é virtualmente idéntico aos átomos de tántalo no seu tamaño, debido á contracción lantánida.^[8] Coma resultado disto, as propiedades químicas do niobio son moi semellantes as do tántalo, que reside directamente embaixo del na táboa periódica.^[16] Sen ser tan resistente á corrosión coma o tántalo, o seu menor valor de mercado e maior dispoñibilidade fai que o niobio sexa máis atractivo para aplicacións relativamente menos esixentes, coma por exemplo en revestimentos de plantas químicas.^[8]

Abundancia |

Mineral de coltán

Estímase que o niobio é o 33º elemento máis abundante na codia terrestre, cunha concentración de 20 ppm.^[17] Un estudo de 2001 indicou que a abundancia deste elemento na Terra é moito maior, pero que o niobio restante estaría localizado preto do núcleo terrestre debido a alta densidade deste metal.^[18] O elemento non se dá libre na natureza, aparecendo sempre combinado con outros elementos en diversos minerais.^[8]
Os mesmos minerais que conteñen niobio tamén adoitan conter tántalo. Entre estes minerais son entre outros a niobita ((Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆) e o coltán ((Fe,Mn)(Ta,Nb)₂O₆).^[19] O coltán adoita atoparse coma mineral adicional en intrusións de pegmatita e en rochas alcalinas. Outras ocorrencias menos comúns son os niobatos de calcio, uranio, torio e terras raras, coma por exemplo o pirocloro ((Na,Ca)₂Nb₂O₆(OH,F)) e a euxenita ((Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)₂O₆). Os grandes depósitos de niobio atópanse asociados con carbonatitas e coma constituíntes do pirocloro.^[20][21]

Os dous maiores depósitos de pirocloro atopáronse nos anos 1950 no Brasil e no Canadá, sendo estes dous países os maiores produtores mundiais de concentrados de minerais de niobio.^[16] O meirande destes depósitos atópase dentro dunha intrusión de carbonatita en Araxá, Minas Xerais, sendo a Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração a súa propietaria a data de 2001. O segundo depósito máis grande localízase en Goiás, sendo Anglo American plc a compañía propietaria da súa explotación a data tamén de 2001.^[22] O terceiro depósito con maior produción está en Saint-Honoré, no Quebec, propiedade da compañía Iamgold a data de 2001.^[22]

Produción mineira mundial estimada (t)^[23]

País	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014
Australia	160	230	290	230	200	200	200	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D
Brasil	30,000	22,000	26,000	29,000	29,900	35,000	40,000	57,300	58,000	58,000	58,000	58,000	63,000	45,000	53,000
Canadá	2,290	3,200	3,410	3,280	3,400	3,310	4,167	3,020	4,380	4,330	4,420	4,400	5,000	5,000	5,000
R.D. do Congo	N/D	50	50	13	52	25	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D
Mozambique	N/D	N/D	5	34	130	34	29	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D
Nixeria	35	30	30	190	170	40	35	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D
Ruanda	28	120	76	22	63	63	80	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D	N/D
Total mundial	32,600	25,600	29,900	32,800	34,000	38,700	44,500	60,400	62,900	62,900	62,900	63,000	69,000	51,000	59,000

A data de 2013 a empresa Companhia Brasileira de Metalurgia & Mineracao controlaba o 85% da produción mundial de niobio.^[24] A United States Geological Survey estimou que a produción mundial incrementouse dende as 38 700 toneladas no 2005 ata unhas 44 500 toneladas no 2006.^[25][26] No 2007 a mesma axencia estimou que as reservas mundiais de niobio eran dunhas 4 400 000 toneladas.^[26] No período de dez anos que foi dende o 1995 e o 2005, a produción mundial incrementouse en máis do dobre, sendo dunhas 17 800 toneladas no ano 1995.^[27] Dende o ano 2009 ata o 2012 a produción mundial estabilizouse nunhas 63 000 toneladas por ano,^[28] flutuando ata as 51 000 toneladas no 2013^[29] e ata as 59 000 toneladas no 2014^[30]

Isótopos |

O niobio componse na súa ocorrencia natural dun isótopo estable, ⁹³Nb.^[31] A data de 2003 coñecíanse polo menos 32 radioisótopos sintetizados, variando na masa atómica dende 81 ata 113. O máis estable destes isótopos é ⁹²Nb, cun período de semidesintegración de 34,7 millóns de anos. Un dos menos estables é ¹¹³Nb, cun período de semidesintegración estimado de 30 milisegundos. Os isótopos máis lixeiros ca ⁹³Nb tenden a decaer por medio de emisións β⁺, e aqueles máis pesados fan o mesmo por medio de emisións β⁻, con algunhas excepcións. ⁸¹Nb, ⁸²Nb e ⁸⁴Nb presentan camiños tardíos de emisión de protóns β⁺ menores, mentres que ⁹¹Nb decae por medio de captura electrónica e emisión de positróns, e ⁹²Nb decae tanto por emisións β⁺ coma por emisións β⁻.^[31]

Existen 25 isómeros nucleares descritos, con masas atómicas que varían dende 84 ata 104. Neste rango tan só ⁹⁶Nb, ¹⁰¹Nb e ¹⁰³Nb non posúen isómeros. O máis estable dos isómeros do niobio é ^93mNb, cun período de semidesintegración de 16,13 anos, mentres que o menos estable é ^84mNb cun período de semidesintegración de 103 nanosegundos. Tódolos isómeros deste elemento decaen por medio de transición isomérica ou emisións beta, agás ^92m1Nb que presenta unha cadea de desintegración menor de captura electrónica.^[31]

Compostos |

O niobio aseméllase en diversas facetas o tántalo e o circonio.^[32][33] Reacciona co flúor a temperatura ambiente, co cloro e o hidróxeno a 200 °C (473 K), e co nitróxeno a 400 °C (673 K), dando coma resultado produtos intersticiais e non estequiométricos.^[8] Este metal comeza a oxidarse no aire a unha temperatura de 200 °C (473 K),^[34] e é resistente á corrosión de alcalinos e ácidos, incluíndo a aqua regia, o ácido clorhídrico, o ácido sulfúrico, o ácido nítrico e o ácido fosfórico.^[8] O ácido fluorhídrico e as súas mesturas con ácidos nítricos atacan de forma máis efectiva este elemento.^[35] Malia que o niobio pode atoparse en tódolos estados de oxidación formais dende o +5 ata o −1, nos compostos máis comúns atópase no estado +5. Os compostos de estados de oxidación menores ca +5 presentan ligazóns Nb–Nb.^[8]

Óxidos e sulfuros |

O niobio forma óxidos nos estados de oxidación +5 (Nb₂O₅), +4 (NbO₂) e +3 (Nb₂O₃),^[34] así coma no estado menos habitual +2 (NbO).^[36] O máis común é o pentóxido, precursor de case tódolos compostos e aliaxes do niobio.^[34][37] Os niobatos xéranse disolvendo o pentóxido en solucións básicas de hidróxidos ou derreténdose en óxidos de metais alcalinos. Exemplos deste tipo de compostos son o niobato de litio (LiNbO₃) e o niobato de lantano (LaNbO₄). No niobato de litio atópase unha estrutura trigonal distorsionada, mentres que o niobato de lantano contén ións illados de NbO3−
4.^[34] Tamén é un composto coñecido deste elemento o sulfuro de niobio (NbS₂).^[8]

Existen materiais recubertos dunha fina capa de pentóxido de niobio producidos por procesos de deposición química de vapor ou deposición de capas atómicas, en cada un dos casos mediante a descomposición térmica de etóxido de niobio(V) por riba dos 350 °C (623 K).^[38][39]

Haluros |

Mostra de pentacloruro de niobio parcialmente hidrolizada

Modelo atómico do pentacloruro de niobio

O niobio forma haluros nos estados de oxidación +5 e +4, así coma diversos compostos sub-estequiométricos.^[34][40] Os compostos de tipo NbX
5 presentan núcleos centrais octaédricos de Nb. O pentafluoruro de niobio (NbF₅) é un sólido branco cun punto de fusión de 79 °C (352,1 K), e o pentacloruro de niobio (NbCl₅) é de cor amarela cun punto de fusión de 203,4 °C (476,5 K). Ámbolos dous empréganse en hidrólises para obter óxidos e oxihaluros coma o NbOCl₃. O pentacloruro é un reactivo versátil usado para obter compostos organometálicos coma o (C
5H
5)
2NbCl
2.^[41] Os tetrahaluros (NbX
4) son polímeros de cores escuras con ligazóns Nb-Nb, coma por exemplo o tetrafluoruro de niobio (NbF₄) e o tetracloruro de niobio (NbCl₄).^[42][43]

Os compostos aniónicos de haluros de niobio son ben coñecidos, sendo o máis importante destes o [NbF₇]²⁻, un intermediario na separación do niobio e o tántalo nos seus minerais.^[19] Outros compostos deste tipo inclúen o [NbCl₆]⁻.^[44] Ao igual que con outros metais, existe un grupo coñecido de haluros reducidos, sendo o exemplo máis significativo o [Nb₆Cl₁₈]⁴⁻.^[36]

Nitruros e carburos |

Outros compostos binarios do niobio inclúen o nitruro de niobio (NbN), que se torna supercondutor a baixas temperaturas e emprégase en detectores de luz infravermella.^[45] O principal carburo de niobio é NbC, un material extremadamente duro, refractario e cerámico, empregado comercialmente en recubrimentos de ferramentas de corte.^[46]

Historia |

Charles Hatchett, descubridor do columbio

Níobe madre de Giorgio Sommer

O niobio foi descuberto en 1801 polo químico inglés Charles Hatchett,^[47][48] que atopou un novo elemento nunha mostra mineral que lle enviou John Winthrop F.R.S. a Inglaterra dende Massachusetts en 1734. Hatchett nomeou o mineral columbita e o novo elemento columbio en relación a Columbia, o nome poético dos Estados Unidos.^[49][50][51] Este columbio inicialmente descuberto por Hatchett era con toda probabilidade unha mestura do novo elemento e de tántalo.^[49]

Isto levou a unha considerable confusión posterior sobre as diferenzas entre o columbio e o estreitamente relacionado tántalo.^[52] En 1809 o tamén químico inglés William Hyde Wollaston comparou os óxidos derivados da columbita, cunha densidade de 5,918 g/cm³, e da tantalita, cunha densidade superior a 8 g/cm³, concluíndo que os dous óxidos eran idénticos malia diferenza significativa nas densidades e mantendo o nome de tántalo para o elemento.^[52] Esta conclusión foi disputada posteriormente en 1846 polo químico alemán Heinrich Rose, quen argumentou que existían dous elementos diferentes na mostra de tantalita e deulles os nomes dos fillos de Tántalo: niobio (de Níobe) e pelopio (de Pélope).^[53][54] Esta confusión xurdiu polas diferenzas mínimas observadas entre o tántalo e o niobio. Os novos elementos propostos nese momento denominados pelopio, ilmenio e dianio^[55] resultaron ser en realidade idénticos ao niobio ou as mesturas de niobio e tántalo.^[56]

As diferenzas entre o tántalo e o niobio foron demostradas de forma concluínte en 1864 por Christian Wilhelm Blomstrand,^[56]Henri Etienne Sainte-Claire Deville e Louis J. Troost, que determinaron as fórmulas dalgúns dos compostos en 1865,^[16][56] e finalmente polo químico suízo Jean Charles Galissard de Marignac en 1866, que probou que realmente só eran dous elementos.^[57] Aínda así, os artigos científicos referidos o ilmenio continuaron publicándose ata o ano 1871.^[58]

De Marignac foi o primeiro en preparar o metal no ano 1864, ao reducir cloruro de niobio quentándoo nunha atmosfera de hidróxeno.^[59] Aínda que foi capaz de producir niobio libre de tántalo a grande escala en 1866, este non se comezou a empregar comercialmente ata comezos do século XX, en filamentos de lámpadas incandescentes.^[16] Isto tornouse rapidamente obsoleto ao remprazar o niobio polo volframio, que grazas so seu maior punto de fusión é preferido neste tipo de uso.^[60] O descubrimento das propiedades do niobio para mellorar as capacidades das aliaxes de aceiro fíxose nos anos 1920, sendo esta a aplicación predominante deste elemento dende entón.^[16] En 1961 o físico Eugene Kunzler e o seu equipo do laboratorio Bell Labs descubriron que o niobio-estaño continúa exhibindo supercondutividade na presenza de correntes eléctricas fortes ata de 150 kiloamperios e campos magnéticos ata de 8,8 teslas.^[61] Este descubrimento permitiu que dúas décadas despois se empregase na produción de cables de fíos múltiples bobinados empregados nos grandes electroimáns de máquinas rotatorias, aceleradoras de partículas e detectoras de partículas.^[61][62]

Nome do elemento |

O nome columbio (de símbolo Cb)^[63] foi o primeiro nome que recibiu o elemento por parte de Hatchett, sendo o nome empregado polas publicacións americanas ata o ano 1953,^[64] mentres que o nome niobio empregábase nas publicacións europeas. Para terminar con esta confusión, o nome niobio asignouse para o elemento 41 na 15ª Conferencia da Unión de Química en Ámsterdam en 1949.^[65] Un ano despois, en 1950, este nome foi adoptado oficialmente pola IUPAC tras 100 de controversia na comunidade científica e a pesar da precedencia cronolóxica do nome columbio,^[65] que seguiu empregándose ocasionalmente tras esta decisión na industria dos Estados Unidos.^[66][67] Considérase que isto foi unha especie de compromiso por parte da IUPAC, xa que aceptou o nome de tungsteno no canto de volframio en deferencia ao uso norteamericano, mentres que escolleu niobio no canto de columbio favorecendo o uso europeo.^[65] Aínda que o nome escollido pola IUPAC foi adoptado por moitas das principais organizacións mundiais, hai un número considerable de institucións estadounidenses relacionadas coa metalurxia que xunto coa United States Geological Survey aínda fan referencia ao metal polo nome orixinal de "columbio".^[18][68]

Produción |

Principais países produtores de niobio en 2006^[26]

Trala separación inicial doutros minerais obtense unha mestura de óxidos de tántalo Ta₂O₅ e niobio Nb₂O₅. O primeiro paso do proceso de produción de niobio é a reacción destes óxidos con ácido fluorhídrico:^[19]

Ta₂O₅ + 14 HF → 2 H₂[TaF₇] + 5 H₂O

Nb₂O₅ + 10 HF → 2 H₂[NbOF₅] + 3 H₂O

A primeira separación a escala industrial, desenvolvida por de Marignac, aproveita as diferentes solubilidades na auga dos fluoruros de niobio e tántalo, (K₂[NbOF₅]·H₂O) e (K₂[TaF₇]). Outros procesos máis recentes empregan disolventes orgánicos coma a ciclohexanona para extraer os fluoruros nunha solución acuosa.^[19] Estes fluoruros extráense de forma separada do disolvente orgánico con auga e precipitándose cun engadido de fluoruro de potasio ou de amoníaco:^[34]

H₂[NbOF₅] + 2 KF → K₂[NbOF₅]↓ + 2 HF

Seguido de:

2 H₂[NbOF₅] + 10 NH₄OH → Nb₂O₅↓ + 10 NH₄F + 7 H₂O

Existen varios métodos empregados na redución do niobio metálico. A electrólise dunha mestura fundida de K₂[NbOF₅] e cloruro de sodio é un destes métodos. Outro método é a redución do fluoruro con sodio, co que se obtén niobio de unha pureza relativamente alta. Na produción a grande escala realízase a redución de Nb₂O₅ con hidróxeno ou carbono.^[34] No proceso que involucra a reacción aluminotérmica provócase unha reacción dunha mestura de óxido de ferro e óxido de niobio con aluminio:^[69]

3 Nb₂O₅ + Fe₂O₃ + 12 Al → 6 Nb + 2 Fe + 6 Al₂O₃

Para mellorar esta reacción engádense pequenas cantidades de oxidantes coma o nitrato de sodio, que dan coma resultado óxido de aluminio e ferroniobio, unha aliaxe de ferro e niobio empregada na produción de aceiros.^[70][71] O ferroniobio así obtido contén entre un 60% e un 70% de niobio.^[22] Para acadar o grado de aliaxes supercondutoras é necesario unha purificación adicional, sendo o fundido por raios de electróns no baleiro o método empregado polas principais distribuidoras mundiais de niobio.^[40][72]

Aplicacións |

Lámina de niobio

Segundo estimacións de 2006 feitas pola United States Geological Survey, das 44 500 toneladas de niobio extraídas nese ano o 90% foi empregado na produción de aceiro estrutural de alto grao, seguido polo seu uso en superaliaxes, mentres que o uso de aliaxes de niobio para supercondutores e dentro de compoñentes electrónicos só supuxo unha pequena proporción do consumo total.^[73]

Produción de aceiro |

O niobio é un elemento efectivo para as aliaxes de aceiro. Engadir niobio ao aceiro provoca a formación de carburo de niobio e nitruro de niobio na propia estrutura do aceiro.^[18] Estes compostos melloran o refinado do gran, o retardo da recristalización e a precipitación da dureza do aceiro. Estes efectos provocan un incremento da resistencia e da dureza do aceiro, ademais de facilitar o seu moldeado e a soldadura.^[18] As aliaxes de aceiros inoxidables así formadas conteñen unha proporción de niobio menor ao 0,1%.^[74] O elemento ten unha grande importancia nas aliaxes de aceiro de alta dureza, empregadas en compoñentes estruturais, na fabricación de automóbiles e na construción de tubaxes.^[18][75][76]

Superaliaxes |

Módulo do Apollo 15 en órbita lunar. A boca do seu foguete fíxose cunha aliaxe de niobio-titanio

As superaliaxes con bases de níquel, cobalto e ferro empregan cantidades apreciables deste elemento, ben na súa forma pura ou en forma de ferroniobio e níquel-niobio de alta pureza. Estas supearliaxes empréganse na fabricación de motores de reacción, turbinas de gas, ensamblaxes de foguetes, sistemas turbo e equipamentos resistentes ao calor e a combustión. O niobio precipita unha fase de endurecemento γ'' na estrutura destas superaliaxes,^[77] que poden conter ata un 6,5% deste elemento.^[74] Un exemplo dunha destas superaliaxes con base de níquel que conteñen niobio é a Inconel 718, que consiste aproximadamente dun 50% de níquel, un 18,6% de cromo, un 18,5% de ferro, un 5% de niobio, un 3,1% de molibdeno, un 0,9% de titanio e un 0,4% de aluminio.^[78][79] Debido a que o niobio oxídase a temperaturas superiores aos 400 °C (673 K), as aplicacións das aliaxes deste elemento requiren capas protectoras para previr que se tornen crebadizas.^[80]

Aliaxes con base de niobio |

Unha aliaxe empregada nos foguetes de propulsión líquida, coma por exemplo no motor principal dos módulos lunares Apollo, é a aliaxe de niobio C-103, constituída dun 89% de niobio, un 10% de hafnio e un 1% de titanio. Esta aliaxe desenvolvérona a comezos dos anos 1960 as empresas Wah Chang Corporation e Boeing. Na mesma época as empresas DuPont, Union Carbide, General Electric e outras tamén estaban a desenvolver aliaxes con base de niobio, principalmente motivadas pola guerra fría e a carreira espacial. A sensibilidade do niobio fronte o osíxeno require un procesado no baleiro ou nunha atmosfera inerte, incrementando o custo e dificultade da súa produción. O proxecto da aliaxe C-103 comezou no 1959 cunhas 256 aliaxes experimentais de niobio na serie "C". A 103ª composición desta serie, Nb-10Hf-1Ti, foi a que acadou a mellor combinación de propiedades requiridas, comezando a fabricarse definitivamente no 1961. As aplicacións as que se adica esta aliaxe inclúen compoñentes de turbinas e intercambiadores de calor para metais líquidos.^[80]

Imáns supercondutores |

Escáner de resonancia magnética

As aliaxes de niobio-xermanio (Nb
3Ge), niobio-estaño (Nb
3Sn) e niobio-titanio empréganse como cable supercondutor de tipo II en imáns supercondutores.^[81][82] Este tipo de imáns supercondutores empréganse en instrumentos de resonancia magnética así como en aceleradores de partículas.^[83] O Gran colisor de hadróns emprega 600 toneladas deste tipo de fíos supercondutores, mentres que no proxecto ITER estímase un uso total dunhas 600 toneladas de fíos de niobio-estaño e unhas 250 toneladas de fíos de niobio-titanio.^[84] No 1992 calculouse que só nese ano se usaron cables de niobio-titanio na construción de sistemas de resonancia magnética cun valor total de máis de 1000 millóns de dólares.^[61]

Outros supercondutores |

Sistema SRF de mostra no Fermilab

As cavidades de frecuencias de radio supercondutoras (SRF) usadas nos láseres de electróns libres usadas no acelerador de partículas FLASH e nas instalacións da European X-Ray Free-Electron Laser GmbH están feitas de niobio puro.^[85] Un equipo do Fermilab empregou a mesma tecnoloxía aplicada no proxecto FLASH para desenvolver nove celas SRF de 1,3 GHz con cavidades feitas tamén de niobio puro. Este tipo de cavidades tamén van ser empregadas no acelerador lineal de partículas de 30 km proxectado no Colisor lineal internacional (ILC),^[86] no proxecto LCLS-II da SLAC National Accelerator Laboratory e no proxecto PIP-II do Fermilab.^[87]

A alta sensibilidade do nitruro de niobio supercondutor empregado en bolómetros fan deste composto un detector ideal da radiación electromagnética na banda de frecuencia THz. Este tipo de detectores probáronse no Telescopio Heinrich Hertz, no Telescopio Polo Sur, no Receiver Lab Telescope e no Atacama Pathfinder Experiment (APEX), empregándose posteriormente na instrumentación de abordo do Observatorio Espacial Herschel.^[88]

Outros usos |

As xuntas das lámpadas de vapor de sodio a alta presión están feitas de niobio, ou niobio cun 1% de circonio, xa que este elemento posúe un coeficiente de expansión térmica moi semellante as xuntas de lámpadas de arco de óxido de aluminio sinterizado, obténdose así unha gran resistencia aos ataques químicos e a redución provocada polo sodio líquido e o seu vapor presentes neste tipo de lámpadas.^[89][90][91] Tamén se empregan barras de niobio na soldadura por arco dalgunhas graduacións de aceiro inoxidable,^[92] e coma material para ánodos de sistemas de protección catódica en depósitos de auga, que adoitan cubrirse posteriormente con platino.^[93][94]

Electrocerámicas |

O niobato de litio, con propiedades ferroeléctricas, emprégase de forma habitual en teléfonos móbiles, moduladores ópticos e para dispositivos de onda acústica de superficie. Atópase dentro do grupo estrutural ABO₃, ao igual co tantalato de litio e o titanato de bario.^[95] Os condensadores de niobio son unha alternativa aos condensadores de tántalo, aínda que estes últimos son predominantes.^[96] Outros compostos do niobio, incluíndo óxidos e nitruros, foron investigados para o seu uso en "super-condensadores", que acadarían unha eficiencia cinco veces superior as tecnoloxías anteriores en uso.^[97][98] O niobio tamén se engade a algúns vidros para que acaden un maior índice de refracción, unha propiedade que resulta útil para a industria óptica na fabricación de lentes finos.^[99]

Aplicacións hipoalerxénicas |

O niobio e algunhas das súas aliaxes son fisioloxicamente inertes e polo tanto hipoalerxénicas. Isto motivou o uso do niobio en diversos aparellos médicos, coma por exemplo nos marcapasos.^[100] Por outra banda, o niobio tratado con hidróxido de sodio forma unha capa porosa que resulta de axuda na osteointegración.^[101]

Ao igual que o titanio, o tántalo e o aluminio, o niobio pode quentarse electricamente e anodizarse, acadando unha gran variedade de cores e resultando así útil na fabricación de xoias.^[102][103] Ademais, o feito de ser hipoalerxénico tamén resulta un factor beneficioso neste tipo de aplicacións.^[104]

Numismática |

Moedas conmemorativas de 25 €

O niobio emprégase coma metal precioso en moedas conmemorativas, habitualmente xunto a prata e o ouro. Austria produciu unha serie de moedas de euro feitas de prata e niobio comezando no ano 2003. A cor destas moedas conseguiuse pola difracción da luz nunha fina capa de óxido producida por anodización.^[105] No 2012 había dez moedas dispoñibles, cunha gran variedade de cores no centro das moedas, incluíndo azuis, verdes, marróns, púrpuras, violetas e amarelas. Dous exemplos deste tipo son a moeda austríaca de 25 € de 2004 conmemorativa do Ferrocarril de Semmering,^[106] e a moeda austríaca de 25 € de 2006 conmemorativa do Sistema de navegación Galileo.^[107]

A casa da moeda de Austria tamén produciu unhas moedas semellantes para Letonia, unha no ano 2004^[108] e a seguinte no 2007.^[109]
No 2011 a Royal Canadian Mint comezou a produción dunha serie de moedas de 5 $ de prata e niobio chamada Hunter's Moon, na que o niobio foi oxidado selectivamente creando acabados únicos para cada unha delas.^[110]

Precaucións |

O niobio non ten un papel biolóxico coñecido. O po de niobio é irritante para a pel e os ollos, e presenta un risco potencial de incendio. Porén, o elemento a escalas maiores é fisioloxicamente inerte, hipoalerxénico e non presenta perigos para a saúde. Emprégase habitualmente en xoiería e téñense realizado probas do seu uso en implantes médicos.^[111][112]

Os compostos que conteñen niobio non son de uso común diario, mais algúns deles son tóxicos e deben tratarse con precaución. A exposición a niobatos e ao cloruro de niobio, solubles en auga foi obxecto de probas en ratas. Os especímes tratados cunha inxección individual de pentacloruro de niobio ou niobatos demostraron unha dose letal media de entre 10 e 100 mg/kg.^{[113][114][115]} Por vía oral a toxicidade resultou ser menor, con doses letais medias de 940 mg/kg nun período de sete días.^[113]

Notas |

Todas as referencias en inglés agás cando se indique o contrario

Véxase tamén |

Wikimedia Commons ten máis contidos multimedia na categoría:  Niobio

Bibliografía |

Ligazóns externas |

• 
  "Niobium: the essentials". WebElements (en inglés). 
  


• 
  "Niobium". Periodic Table of Elements (en inglés). Los Alamos National Laboratory. 
  


• 
  "Tantalum-Niobium International Study Center" (en inglés).