Niobio: reazioni, composti, usi

Il niobio è un metallo di transizione appartenente al Gruppo 5B e al 5° Periodo avente configurazione elettronica [Kr] 4d⁴ 5s¹.
La sua scoperta 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. Riscontrò l’esistenza di un nuovo elemento per il quale suggerì il nome di columbio in quanto proveniente dall’America. Lo stesso minerale prese inoltre 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.

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

Reazioni del niobio

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

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

Composti

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

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

Il biossido  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  Nb₂O₃ in cui il niobio ha numero di ossidazione +3 il niobio forma anche il monossido di niobio NbO in cui il niobio ha il numero di ossidazione più raro +2. Quest’ultimo è 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 . 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 è ottenuto dalla reazione del pentossido  con il carbonato di litio.

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 . A causa della sua struttura,  alta conducibilità e elevata densità gravimetrica può essere usato quale catodo nelle batterie ricaricabili al litio.

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

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

Il fosfuro  NbF è usato come semiconduttore nei diodi laser

Usi

È utilizzato nella produzione di acciai inossidabili speciali che, per le loro caratteristiche, sono usati nell’industria automobilistica.

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

Il metallo è un componente fondamentale nella produzione di magneti superconduttori che trovano applicazioni in particolare negli acceleratori di particelle e nei dispositivi di spettroscopia a risonanza magnetica.

In lega con nichel, cobalto e ferro, è 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 con il titanio con particolari proprietà superconduttive che trova applicazione nei magneti superconduttori.

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

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