Niobio

Niobio
41 Nb zirconio← niobio →molibdeno
Aspetto
Aspetto dell'elemento metallico argenteo
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	niobio, Nb, 41
Serie	metalli di transizione
Gruppo,periodo,blocco	5 (VB),5,d
Densità	8 570 kg/m³
Durezza	6
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	6D1/2
Proprietà atomiche
Peso atomico	92,90638
Raggio atomico(calc.)	145(198)pm
Raggio covalente	137 pm
Configurazione elettronica	[Kr]4d45s1
e−perlivello energetico	2, 8, 18, 12, 1
Stati di ossidazione	5,3 (debolmenteacido)
Struttura cristallina	cubica a corpo centrato
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	2 750K(2 480°C)
Punto di ebollizione	5 017 K (4 744 °C)
Volume molare	10,83×10−6m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	696,6kJ/mol
Calore di fusione	26,4 kJ/mol
Tensione di vapore	0,0755Paa 2 741 K
Velocità del suono	3480m/sa 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-03-1
Elettronegatività	1,6 (scala di Pauling)
Calore specifico	265J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	6,93×106/(m·Ω)
Conducibilità termica	53,7W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	652,1 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 380 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	2 416 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione	3 700 kJ/mol
Energia di quinta ionizzazione	4 877 kJ/mol
Energia di sesta ionizzazione	9 847 kJ/mol
Energia di settima ionizzazione	12 100 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 91Nb sintetico 680 anni ε 1,253 91Zr 92Nb sintetico 3,47×107anni β− ε 0,356 2,006 92Mo 92Zr 93Nb 100% Nb è stabile con 52 neutroni 93mNb sintetico 16,13 anni IT 0,031 94Nb sintetico 20 300 anni β− 2,045 94Mo
iso:isotopo NA: abbondanza in natura TD:tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Ilniobio,noto in passato anche col nome dicolumbioperché scoperto insieme altantalionel mineralecolumbite,è l'elemento chimicodinumero atomico41 e il suo simbolo èNb.È il secondo elemento delgruppo5del sistema periodico (collocato tra ilvanadioe iltantalio); fa quindi parte delbloccoded è unelemento di transizionedella seconda serie (5°periodo). È un metallo piuttosto raro, tipicamente duttile, di colore grigiastro.

Presente nellacolumbite,da cui il nome che gli fu inizialmente attribuito, viene principalmente impiegato nella produzione dileghe metallichespeciali e in saldature ad elevata resistenza.

Caratteristiche

Il niobio è un metallo duttile grigio lucente che assume una sfumatura bluastra quando rimane esposto all'aria atemperatura ambienteper tempi prolungati. Le proprietà chimiche del niobio sono sostanzialmente simili a quelle deltantalio,che appartiene al suo stesso gruppo dellatavola periodica degli elementi;questa somiglianza nella reattività di Nb e Ta è dovuta al fatto che le loro dimensioni sono per lo più identiche, fenomeno che è possibile spiegare con lacontrazione lantanidica.

Anche a temperature non elevate, viene lavorato in atmosfera inerte, dato che già a200°Ctende a subireossidazione.

I suoistati di ossidazionepiù comuni sono +2, +3 e +5.

Applicazioni

Il niobio ha molteplici applicazioni: è un componente di alcuni acciai inossidabili e di leghe di metalli non ferrosi; molte di queste leghe sono contraddistinte da un'elevata robustezza e sono impiegate nella realizzazione di condotti. Tra gli altri usi rientrano:

• l'impiego nell'industria nucleare, per via della sua bassasezione d'urtocon ineutronitermici;
• la realizzazione di elettrodi per lasaldatura ad arcodi numerosi acciai speciali;
• solitamente in lega, per via del suo colore blu è usato anche come motivo estetico inpiercinge gioielleria.Nel 2003 è stato utilizzato nella coniazione della moneta bimetallica (argentoe niobio) da25€,commemorativa dei 700 anni della città diHall in Tirol,sede dell'antica zecca delTiroloe poi dell'Impero austro-ungarico.Altri stati stanno seguendo l'esempio dell'Austrianell'uso del niobio innumismatica.LaMünze Österreich,la zecca austriaca, nel 2006 ha usato questo metallo, in lega con l'argento, per una moneta da 25 €, commemorativa delsistema di posizionamento europeo;
• in leghe ad alta purezza conferro,nichelecobaltoviene impiegato in ambito aeronautico e aerospaziale per la realizzazione di parti dimotori jet,parti dirazzie strutture resistenti alle alte temperature. Nelle missioni delProgramma Geminisi è fatto ampio uso di questo materiale;
• l'uso in alternativa altantalioneicondensatori,ancora allo studio;
• Il niobato dilitio,cristallo uniassico, ha la proprietà elettroottica di cambiare il proprioindice di rifrazionein funzione della tensione a esso applicata. Questo effetto è sfruttato per costruire modulatori elettroottici per i trasmettitori di sistemi di telecomunicazioni in fibra ottica ad alta capacità (100Gbit/se oltre).

Il niobio diventa unsuperconduttorequando viene raffreddato al di sotto della sua temperatura critica,9,25K,che è la più alta tra i superconduttori elementari. Oltre a ciò, il niobio è un superconduttore di tipo II, per cui possiede un campo magnetico critico più elevato di altri metalli puri superconduttori. Leghe niobio-stagnoe niobio-titaniosono usate per produrre gli avvolgimenti di magneti superconduttori capaci di produrre campi magnetici di elevatissima intensità. Il niobio di altissima purezza è impiegato nella realizzazione dicavità risonantisuperconduttive peracceleratori di particelle.

Per le sue proprietà di superconduttore, il niobio è stato utilizzato nel progetto dellaNASAGravity Probe B,che ha misurato per la prima volta gli effetti previsti dallateoria della relatività generalediEinsteinper la Terra.

Icatalizzatoricontenenti niobio sono promettenti per la scissione dell'acquainidrogeno,l'ossidazione selettiva dialcanieolefine,l'epossidazionee la conversione dellacellulosain sostanze chimiche preziose.

Storia

Il niobio (dal personaggio dellamitologia grecadiNiobe(greco ΝιόβηNióbe), figlia diTantalo) è stato scoperto daCharles Hatchettnel1801,che lo chiamòcolumbio.Hatchett trovò il niobio nei minerali dicolumbitespediti inInghilterraattorno al1650daJohn Winthrop,primo governatore delConnecticut.Per molto tempo fu difficile distinguerlo dal tantalio, fino a quandoHeinrich RoseeJean Charles Galissard de Marignaclo riscoprirono nel1846.Dato che Rose non era al corrente del precedente lavoro di Hatchett, diede all'elemento il nuovo nome di niobio. Le differenze tra tantalio e niobio furono inequivocabilmente dimostrate nel1864daChristian Blomstrand,che fu il primo a ottenere il metallo in forma pura scaldando il suo cloruro in atmosfera diidrogeno,Henri Sainte-Claire DevilleeLouis Joseph Troost,che determinarono le formule di alcuni composti nel1865.

Dopo circa un secolo di controversia sul nome, nel1950laIUPACdecise di adottare ufficialmente il nome di niobio. L'uso del vecchio nome è tuttavia occasionalmente usato nell'industria metallurgicastatunitenseancora oggi.

Disponibilità

Il niobio non si trova mai allo stato nativo. I minerali in cui compare sono laniobite(Fe,Mn) (Nb,Ta)₂O₆,laniobite-tantalite(Fe, Mn) (Ta, Nb)₂O₆,ilpirocloroNaCaNb₂O₆Fe l'euxenite(Y,Ca,Ce,U,Th) (Nb, Ta,Ti)₂O₆.

I minerali che contengono niobio contengono spesso anche tantalio. Grandi giacimenti di niobio sono stati trovati associati allecarbonatiti(roccecarbon-silicatiche) come costituenti del pirocloro.BrasileeCanadasono i principali produttori di minerali di niobio; altri siti con consistenti riserve di minerali di niobio sono inNigeria,nellaRepubblica Democratica del Congoe inRussia.

Produzione mondiale

I maggiori produttori di niobio nel 2019
Posizione	Paese	Produzione (Mille tonnellate)
1	Brasile	88,9
2	Canada	6,8
	Altri paesi	1,2

Isotopi

Il niobio che si trova in natura è composto da un soloisotopo,⁹³Nb. Il radioisotopo più stabile noto è⁹²Nb, che ha un'emivitadi 34,7 milioni di anni. Seguono⁹⁴Nb (20 300 anni) e⁹¹Nb (680 anni). Ne esiste anche unmeta-statoavente energia di0,031MeVla cui emivita è di 16,13 anni.

Del niobio sono stati identificati altri 23 isotopi radioattivi, la maggior parte di essi si dimezza in meno di due ore con l'eccezione di⁹⁵Nb (35 giorni),⁹⁶Nb (23,4 ore) e⁹⁰Nb (14,6 ore).

Gli isotopi più leggeri dello stabile⁹³Nb decadono principalmente attraverso lacattura elettronica,quelli più pesanti invece preferiscono ildecadimento beta.¹⁰⁴Nb,¹⁰⁹Nb e¹¹⁰Nb decadono invece inizialmente tramite l'emissione dineutroni.

Precauzioni

I composti del niobio sono abbastanza rari da incontrare nella quotidianità; sono tuttavia tossici e dovrebbero essere maneggiati con la necessaria cautela. La polvere di niobio metallico irrita lapellee gliocchie può incendiarsi.

Il niobio non ha un ruolo biologico conosciuto.

Bibliografia

• Francesco Borgese,Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico,Roma, CISU, 1993,ISBN88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto,Tavola periodica e proprietà degli elementi,Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998(archiviato dall'url originaleil 22 ottobre 2010).

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• Wikizionario
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Collegamenti esterni

• niobio,suTreccani.it – Enciclopedie on line,Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN)niobium,suEnciclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN)Niobium,superiodic.lanl.gov,Los Alamos National Laboratory.URL consultato il 17 febbraio 2005(archiviato dall'url originaleil 15 febbraio 2009).
• (EN)Niobium,suWebElements.
• (EN)Niobium,suEnvironmentalChemistry.
• (EN)Tantalum-Niobium International Study Center,sutanb.org.