Niobio

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Niobio
Aspetto
Aspetto dell'elemento
metallico argenteo
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico niobio, Nb, 41
Serie metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco 5 (VB), 5, d
Densità 8570 kg/m3
Durezza 6
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico 92,90638 amu
Raggio atomico (calc.) 145 (198) pm
Raggio covalente 137 pm
Configurazione elettronica [Kr]4d45s1
e per livello energetico 2, 8, 18, 12, 1
Stati di ossidazione 5,3 (debolmente acido)
Struttura cristallina cubica a corpo centrato
Proprietà fisiche
Stato della materia solido
Punto di fusione 2750 K (2477 °C)
Punto di ebollizione 5017 K (4744 °C)
Volume molare 10,83 × 10-6  m3/mol
Entalpia di vaporizzazione 696,6 kJ/mol
Calore di fusione 26,4 kJ/mol
Tensione di vapore 0,0755 Pa a 2741 K
Velocità del suono 3480 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS 7440-03-1
Elettronegatività 1,6 (scala di Pauling)
Calore specifico 265 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 6,93 × 106 /(m·ohm)
Conducibilità termica 53,7 W/(m*K)
Energia di prima ionizzazione 652,1 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1380 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 2416 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione 3700 kJ/mol
Energia di quinta ionizzazione 4877 kJ/mol
Energia di sesta ionizzazione 9847 kJ/mol
Energia di settima ionizzazione 12100 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP
91Nb sintetico 680 anni ε 1,253 91Zr
92Nb sintetico 3,47 × 107  anni β-
ε
0,356
2,006
92Mo
92Zr
93Nb 100% Nb è stabile con 52 neutroni
meta sintetico 16,13 anni IT 0,031  
94Nb sintetico 20300 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

Il niobio, noto in passato anche col nome di columbio perché scoperto insieme al tantalio nel minerale columbite, è l'elemento chimico di numero atomico 41. Il suo simbolo è Nb. È un metallo di transizione raro, tenero, duttile, di colore grigio. Si estrae dalla niobite e viene principalmente impiegato nella produzione di leghe metalliche speciali ed in saldature ad elevata resistenza.

Caratteristiche[modifica | modifica wikitesto]

Il niobio è un metallo duttile grigio lucente che assume una sfumatura bluastra quando rimane esposto all'aria a temperatura ambiente per tempi prolungati. La proprietà chimiche del niobio sono sostanzialmente simili a quelle del tantalio, che appartiene al suo stesso gruppo della tavola periodica degli elementi, questa somiglianza nella reattività di Nb e Ta è dovuta al fatto che le loro dimensioni sono per lo più identiche, cosa strana che è possibile spiegare con la contrazione lantanidica.

Anche a temperature non elevate, viene lavorato in atmosfera inerte, dato che già a 200 °C tende a subire ossidazione.

I suoi stati di ossidazione più comuni sono +2, +3 e +5.

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

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 una elevata robustezza e sono impiegate nella realizzazione di condotti. Tra gli altri usi rientrano

  • l'impiego nell'industria nucleare, per via della sua bassa sezione d'urto con i neutroni termici[senza fonte]
  • la realizzazione di elettrodi per la saldatura ad arco di numerosi acciai speciali[senza fonte]
  • solitamente in lega, per via del suo colore blu è usato anche come motivo estetico in piercing e gioielleria[senza fonte]. Nel 2003 è stato utilizzato nella coniazione della moneta bimetallica (argento e niobio) da 25 euro, commemorativa dei 700 anni della città di Hall in Tirol, sede dell'antica zecca del Tirolo e poi dell'Impero austro-ungarico. Altri stati stanno seguendo l'esempio dell'Austria nell'uso del niobio in numismatica.
  • in leghe ad alta purezza con ferro, nichel e cobalto viene impiegato in ambito aeronautico ed aerospaziale per la realizzazione di parti di motori jet, parti di razzi e strutture resistenti alle alte temperature. Nelle missioni del Programma Gemini si è fatto ampio uso di questo materiale[senza fonte]
  • l'uso in alternativa al tantalio nei condensatori, ancora allo studio.
  • Il niobato di litio, cristallo uniassico, ha la proprietà elettroottica di cambiare il proprio indice di rifrazione in funzione della tensione ad esso applicata. Questo effetto è sfruttato per costruire modulatori elettroottici per i trasmettitori di sistemi di telecomunicazioni in fibra ottica ad alta capacità (10Gbit/s e oltre).[1]

Il niobio diventa un superconduttore quando viene raffreddato al di sotto della sua temperatura critica, 9,25 K[senza fonte], 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-stagno e niobio-titanio sono 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 di cavità risonanti superconduttive per acceleratori di particelle.

Per le sue proprietà di semiconduttore, il niobio è stato utilizzato nel progetto della NASA Gravity Probe B, che ha misurato per la prima volta gli effetti previsti dalla teoria della relatività generale di Einstein per la Terra.[2]

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Il niobio (dal personaggio della mitologia greca di Niobe, figlia di Tantalo) è stato scoperto da Charles Hatchett nel 1801, che lo chiamò columbio. Hatchett trovò il niobio nei minerali di columbite spediti in Inghilterra attorno al 1650 da John Winthrop (1606-1676), primo governatore del Connecticut. Per molto tempo fu difficile distinguerlo dal tantalio, fino a quando Heinrich Rose e Jean Charles Galissard de Marignac lo riscoprirono nel 1846. Dato che Rose non era al corrente del precedente lavoro di Hatchett, diede all'elemento il nuovo nome di niobio. Nel 1864 Christian Blomstrand fu il primo a ottenere il metallo in forma pura scaldando il suo cloruro in atmosfera di idrogeno.

Dopo circa un secolo di controversia sul nome, nel 1950 la IUPAC decise di adottare ufficialmente il nome di niobio. L'uso del vecchio nome è tuttavia occasionalmente usato nell'industria metallurgica statunitense ancora oggi.

Disponibilità[modifica | modifica wikitesto]

Il niobio non si trova mai allo stato nativo. I minerali in cui compare sono la niobite (Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6, la niobite-tantalite (Fe, Mn) (Ta, Nb)2O6, il pirocloro NaCaNb2O6F, e l'eussenite (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 alle carbonatiti (rocce carbon-silicatiche) come costituenti del pirocloro. Brasile e Canada sono i principali produttori di minerali di niobio; altri siti con consistenti riserve di minerali di niobio sono in Nigeria, nella Repubblica Democratica del Congo ed in Russia.

Isotopi[modifica | modifica wikitesto]

Il niobio che si trova in natura è composto da un solo isotopo, 93Nb. Il radioisotopo più stabile noto è 92Nb, che ha un'emivita di 34,7 milioni di anni. Seguono 94Nb (20.300 anni) e 91Nb (680 anni). Ne esiste anche un meta-stato avente energia di 0,031 MeV la cui emivita è di 16,13 anni[senza fonte].

Del niobio sono stati identificati altri 23 isotopi radioattivi, la maggior parte di essi si dimezza in meno di due ore con l'eccezione di 95Nb (35 giorni), 96Nb (23,4 ore) e 90Nb (14,6 ore).

Gli isotopi più leggeri dello stabile 93Nb decadono principalmente attraverso la cattura elettronica, quelli più pesanti invece preferiscono il decadimento beta. 104Nb, 109Nb e 110Nb decadono invece inizialmente tramite l'emissione di neutroni.

Precauzioni[modifica | modifica wikitesto]

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 la pelle e gli occhi e può incendiarsi.

Il niobio non ha un ruolo biologico conosciuto.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Avanex website: http://www.oclaro.com/LiNbO3_modulation.php
  2. ^ Caterina Visco, Ecco la prova che Einstein sulla gravità aveva ragione in Wired.it, 5 maggio 2011. URL consultato il 5 maggio 2011.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

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Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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