Niobio

Il niobio è un metallo di transizione appartenente al Gruppo 5B e al 5° Periodo avente configurazione elettronica [Kr] 4d4 5s1.

La scoperta del niobio è intimamente connessa a quella del tantalio sia perché i due metalli sono in genere presenti negli stessi minerali, sia perché la loro separazione è particolarmente difficile a causa del loro comportamento analogo.

Nel 1802 il chimico britannico Charles Hatchett nell’ambito dei suoi studi sui minerali esaminò un campione inviato dal Connecticut e riscontrò l’esistenza di un nuovo elemento per il quale suggerì il nome di columbio in quanto proveniente dall’America e lo stesso minerale prese il nome di columbite.

L’anno successivo il chimico svedese Anders Gustaf Ekeberg scoprì il tantalio che presentava proprietà simili all’elemento scoperto in precedenza. Fu solo dopo molti studi che nel 1846 il chimico tedesco Heinrich Rose comprese che nelle rocce esaminate oltre al tantalio era presente un altro elemento a cui fu dato il nome di niobio dal personaggio mitologica Niobe, figlia di Tantalo.

Il niobio, metallo di colore grigio, tenero e duttile ha, come il tantalio, numeri di ossidazione +5, + 4, + 3, + 2, + 1, −1, −3  e il numero di ossidazione più stabile è +5.

Come il tantalio anche il niobio reagisce a caldo con gli alogeni dando alogenuri di niobio in cui esibisce il numero di ossidazione +5; il pentafluoruro di niobio NbF5 è di colore bianco, il pentacloruro di niobio NbCl5 è di colore giallo, il pentabromuro di niobio NbBr5 è di colore arancione mentre il pentaioduro di niobio NbI5 è di color oro.

Come il tantalio anche il niobio non reagisce con l’aria e con l’acqua in condizioni normali in quanto tende a ricoprirsi di un sottile film di ossido di niobio Nb2O5.

Il pentossido di niobio costituisce il precursore di molti composti del niobio.

Tra gli ossidi di niobio, oltre al pentossido vi è il biossido NbO2 in cui il niobio ha numero di ossidazione + 4 e può essere ottenuto per idrogenazione del pentossido a temperature superiori a 800°C.

Il biossido di niobio è un buon agente riducente in grado di ridurre il biossido di carbonio a carbonio e il biossido di zolfo a zolfo.

Oltre al triossido di niobio Nb2O3 in cui il niobio ha numero di ossidazione +3 il niobio forma anche il monossido di niobio NbO in cui ha il niobio ha il numero di ossidazione più raro +2. Quest’ultimo viene ottenuto in un forno elettrico ad arco dalla reazione tra pentossido di niobio e niobio secondo la reazione di comproporzione:

Nb2O5 + 3 Nb → 5 NbO

Facendo reagire il pentossido di niobio con NaOH a 200°C si ottengono il niobiato di sodio NaNbO3 mentre il niobiato di litio largamente utilizzato nel campo delle telecomunicazioni in quanto è un buon materiale per la produzione di apparecchi generatori di onde acustiche di superficie viene ottenuto dalla reazione del pentossido di niobio con il carbonato di litio.

Il niobio forma seleniuri come il seleniuro di niobio (IV)  usato come lubrificante alle alte temperature e mostra una conducibilità elettrica maggiore della grafite. Il seleniuro di niobio (VI) NbSe3 esibisce superconduttività a 2 K e, a causa della sua struttura, della sua alta conducibilità e dell’elevata densità gravimetrica può essere usato quale catodo nelle batterie ricaricabili al litio.

Tra i composti del niobio vi è il carburo di niobio NbC  materiale ceramico refrattario estremamente duro, resistente alla corrosione commercialmente utilizzato negli utensili da taglio.

Altro composto di interesse è il nitruro di niobio NbN che a circa 16 K diventa un superconduttore ed è usato nei rivelatori a luce infrarossa.

Il fosfuro di niobio NbF è usato come semiconduttore nei diodi laser

Il niobio viene utilizzato nella produzione di acciai inossidabili speciali che, per le loro caratteristiche, vengono usati nell’industria automobilistica.

Circa il 75% del niobio viene utilizzato per la produzione di acciai microlegati che hanno un alto limite di snervamento per formatura a freddo e piegatura e caratteristiche meccaniche più elevate rispetto ai tradizionali acciai da stampaggio.

In lega con nichel, cobalto e ferro, il niobio viene usato per ottenere leghe resistenti per componenti di motori a reazione, turbine a gas e comunque per dispositivi che devono essere resistenti alle alte temperature.

Una lega di particolare interesse è quella niobio titanio dalle particolari proprietà superconduttive che trova applicazione nei magneti superconduttori.

Gli ossidi di niobio, inoltre, aggiunti ai catalizzatori in piccole quantità migliorano l’attività catalitica, la selettività e prolungano la vita del catalizzatore.

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Author: Chimicamo

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