abril 16, 2021
Niobio

Niobio

Propiedades físicas Niobio

Densidad / g dm-3: 8570 (293 K)

Volumen molar / cm3mol-1: 10.84 (293 K)

Resistencia eléctrica / µΩcm: 12.5 (20 °C)

Metales alcalinoterreos

Número atómico: 41

Configuración electrónica: [Kr] 4d4 5s1

Masa atómica relativa: 92.906 37(2)

Grupo: 5

Electronegatividad: 1.6

Radio atómico / pm: 142.9

Periodo: 5

Estados de oxidación: +3 +5

Energía de ionización

Primera energía de ionización/ kJ mol-1: 652.13

Segunda energía de ionización/ kJ mol-1: 1381.68

Tercera energía de ionización/ kJ mol-1: 2416.01

Propiedades térmicas

Calor de fusión / kJ mol-1: 27.2

Conductividad térmica / W m-1K-1: 53.7

Calor de atomización / kJ mol-1: 722.819

Punto de ebullición / °C: 4744

Calor de vaporización / kJ mol-1: 680.19

Punto de fusión / °C: 2477

Datos cristalográficos

Grupo espacial: Im3m

Longitudes de la celda unidad/pm: a=329.86

Estructura cristalina: cúbica centrada en el cuerpo

Abundancia de elemento

Corteza terrestre / ppm: 11

Atmósfera / ppm:

Océanos / ppm: 0.00001

Isótopos

Isótopo Masa atómica relativa Porcentaje por masa (%)
93Nb 92.906378(2) 100

Potenciales estándar de reducción

Semirreacción Eo / V  
NbV + 2e → NbIII – 0.373 (6 mol dm-3 H2SO4)
Nb3+ + 3e → Nb(s) – 1.1  
Nb2O5(s) + 10H+ + 10e → 2Nb(s) + 5H2O – 0.65  
NbO3+ + 2H+ + 2e → Nb3+ + H2O – 0.343  
NbO(SO4)2 + 2H+ + 2e → Nb3+ + H2O + 2SO42- – 0.1  
NbO(SO4)2 + 2H+ + 5e → Nb(s) + H2O + 2SO42- – 0.63  

Historia y descubrimiento del Niobio

Niobio

Charles Hatchett Award, mientras trabajaba para el Museo Británico de Londres en 1801, analizó una pieza de mineral columbita perteneciente a la colección del museo y procedente de Connecticut.

Fue entonces que descubrió que contenía un nuevo elemento, al que llamó columbio, el 26 de noviembre de 1801 anunció su descubrimiento ante la Royal Society. Per otro químico británico, llamado William Hyde Wollaston, concluyó erróneamente que era el mismo elemento que el tantalio.

El columbio fue redescubierto en 1846 por el químico Heinrich Rose rebautizándolo como niobio.

Aplicaciones del Niobio

El Niobio es utilizado principalmente en aleaciones, la mayor parte con aceros especiales y en tuberías de gas. Aunque dichas aleaciones contienen sólo un 0,1 %, este pequeño porcentaje de niobio mejora su resistencia.

 El Niobio también es utilizado en diversos materiales superconductores. Estas aleaciones superconductoras, también poseen Titanio y Estaño, que son ampliamente utilizados en los imanes superconductores de escáneres de resonancia magnética y otros equipos similares. 

Otras aplicaciones de niobio se encuentran en soldaduras, industrias nucleares, electrónica, óptica, numismática y joyería.

Precauciones y efectos del Niobio sobre la salud

El niobio cuando inhala  es retenido principalmente en los pulmones, y luego de allí, un porciento pasa a los huesos. Interfiere con el calcio como activador del sistema enzimático. 

En los laboratorios, la inhalación de nitruro o pentóxido de niobio por animales, da como resultado cicatrizaciones de los pulmones a niveles de exposición superiores a los 40 mg/m3.

Precauciones del Niobio

Algunos compuestos que contiene niobio son altamente tóxicos y deben manipularse con extremada precaución, aunque los casos de exposición son relativamente raros. El polvo del niobio metálico es irritante de ojos y piel y presenta riesgo de incendio

Efectos ambientales del Niobio

No se han documentado efectos ambientales negativos.

 

El Niobio como material estratégico

La importancia estratégica del Nb radica en que, gracias a sus propiedades, desde hace unos años se han convertido en esenciales e imprescindibles para la tecnología moderna.

El Niobio es empleado para fabricar componentes de nuevas tecnologías como procesadores y condensadores electrónicos, intercambiadores de calor y aleaciones súper resistentes a la abrasión, corrosión y temperatura.

Su mayor uso es en forma de Ferro-Niobio como aleante para aceros, y como Carburo de Niobio en aceros para herramientas de mecanizado de alta velocidad.

Producto de la alta demanda de aleaciones de acero de alta resistencia, el crecimiento en el consumo de este material, en los últimos 30 años, es significativa. Ya que su relación resistencia-peso del acero lo vuelve un material muy codiciado.

En los aceros para construcción semicalmados, bajos en carbono, el Nb sirve para elevar el límite elástico y la resistencia a la tracción; por esto, su empleo se extiende cada día más como reemplazo de aceros de baja aleación.

Extracción y procesamiento

Algunos expertos sobre la extracción y procesamiento del Nb, afirman que la mayor parte del material en la corteza terrestre está tan mezclado que no es económicamente factible su separación. Pero en ocasiones, se encuentran grandes cantidades del mismo los cuales son llamados mena, y de este material en específico solo se conocen tres yacimientos en el mundo.

Casi el 85% de la producción mundial de este mineral viene de la compañía brasileña CBMM, algo que afecta los precios producto de la falta de oferta y la alta demanda. Producto de esto se están buscando cada día materiales con propiedades similares para sustituirlo o reemplazarlo en el mercado internacional.

El niobio cuesta aproximadamente US$40 el kilo, casi siete veces más que el cobre. Y diversos expertos brasileños consultados por el tema, han declararon que cualquier intento de cambiar el estatus legal de la reserva probablemente sería rechazado. Esto por parte de la Corte Suprema sobre la base de que la Constitución de Brasil de 1988 protege los derechos de las tierras indígenas.

Algunos usos del Niobio

Lentes y pantallas de cristal

El revestimiento de los cristales con un finísimo mejora la habilidad del mismo para difundir la luz sin absorberla ni refractarla. Este revestimiento también produce que cristal sea más resistente al reflejo por lo que produce imágenes de luz con una mayor nitidez. Se utilizan principalmente en cámaras, pantallas de televisores y monitores.

Lámparas de vapor de sodio

La aleación de niobio-zirconio se utiliza como materia prima para la base metálica de algunas lámparas de vapor de sodio. Ya que por sus propiedades, es capaz de soportar las altas temperaturas que alcanza la lámpara y no se vuelve frágil con el uso prolongado de la misma.

Joyería

Este elemento es naturalmente de color plateado mate, pero cuando el elemento puso se caliente o es pasado a través de un campo eléctrico, puede tomar muchos colores, yendo desde el azul al verde y del dorado al rojo. Esta propiedad está siendo explotada cada vez más en la joyería, persiguiendo el deseo de los mismos a desean crear aros, tachas, broches, pendientes y prendedores de metal coloreado.

Monedas

También han alcanzado uso en las monedas. Dada su propiedad de cambiar de color algunos países lo utilizan en la fabricación de monedas bimetálicas. Ejemplo de ellos son, 25 euros de Austria y 1 Lat en Letonia.

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