Niobio

Zirconio ← Niobio → Molibdeno
41 Nb
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Gris metálico
Información general
Nombre, símbolo, número	Niobio, Nb, 41
Serie química	Metales de transición
Grupo, período, bloque	5, 5, d
Masa atómica	92,90638 u
Configuración electrónica	[Kr]4d4 5s1
Dureza Mohs	6
Electrones por nivel	2, 8, 18, 12, 1 (imagen)
Propiedades atómicas
Radio medio	145 pm
Electronegatividad	1,6 (Pauling)
Radio atómico (calc)	198 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente	137 pm
Estado(s) de oxidación	+5, +3, +2, +4
Óxido	Levemente ácido
1.ª Energía de ionización	652,1 kJ/mol
2.ª Energía de ionización	1.380 kJ/mol
3.ª Energía de ionización	2.416 kJ/mol
4.ª Energía de ionización	3.700 kJ/mol
5.ª Energía de ionización	4.877 kJ/mol
6.ª Energía de ionización	9.847 kJ/mol
7.ª Energía de ionización	12.100 kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido
Densidad	8570 kg/m3
Punto de fusión	2 750 K (2 477 °C)
Punto de ebullición	5 017 K (4 744 °C)
Entalpía de vaporización	696,6 kJ/mol
Entalpía de fusión	26,4 kJ/mol
Presión de vapor	0,0755 Pa a 2741 K
Varios
Estructura cristalina	Cúbica centrada en el cuerpo
N° CAS	7440-03-1
N° EINECS	231-113-5
Calor específico	265 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica	6,93·106 S/m
Conductividad térmica	53,7 W/(K·m)
Velocidad del sonido	3480 m/s a 293,15 K (20 °C)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del niobio
iso AN Periodo MD Ed PD MeV 91Nb Sintético 680 a ε 1,253 91Zr 92Nb Sintético 3,47·107 a β- ε 0,356 2,006 92Mo 92Zr 93Nb 100% Estable con 52 neutrones 93mNb Sintético 16,13 a TI 0,031 93Nb 94Nb Sintético 20,300 a β- 2,045 94Mo
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

El niobio (o columbio) es un elemento químico de número atómico 41 situado en el grupo 5 de la tabla periódica de los elementos. Se simboliza como Nb. Es un metal de transición dúctil, gris, blando y poco abundante. Se encuentra en el mineral niobita, también llamado columbita, y se utiliza en aleaciones. Se emplea principalmente aleado en aceros, confiriéndoles una alta resistencia. Se descubrió en el mineral niobita y a veces recibe el nombre de columbio.

Características principales

Cristales de niobio de alta pureza (99,995% = 4N5), hechos por electrólisis, así como un cubo de niobio anodizado de 1 cm³ de alta pureza (99,95% = 3N5) para comparar.

El niobio es un metal dúctil, gris brillante, que presenta una coloración azul cuando permanece en contacto con el aire, a temperatura ambiente, durante un largo período. Dicha capa de óxido impide la posterior oxidación. Por encima de 200 °C esta capa se pierde y se oxida fácilmente; por ello, al procesarlo hay que tener esto en cuenta y trabajar en atmósfera inerte. En estado pulvurento puede inflamarse espontáneamente. Sus propiedades químicas son muy parecidas a las del tántalo, que está situado en el mismo grupo.

Es insoluble en ácidos e incluso en agua regia. Tanto el ácido fluorhídrico como el flúor lo atacan y disuelven por formación de complejos. Con hidróxidos alcalinos fundidos forma niobatos.

Su conductividad eléctrica es un 10% de la del cobre, pero por debajo de los 9,13 K es superconductor. Posee una baja sección de captura de neutrones térmicos.

Su capacidad calorífica específica es la más alta de la tabla periódica, con más de 6.000 J/g K.

El metal comienza a oxidarse con el aire a 200 °C y sus estados de oxidación más comunes son +2, +3, +5. El estado de oxidación +4 es menos común, y poco estudiado debido a su paramagnetismo.

Descubierto por el británico Charles Hatchett en 1801. Ni el elemento ni sus combinaciones son tóxicos.

Usos

La aplicación más importante es como elemento de aleación para la construcción de máquinas y gaseoductos de alta presión. También se utiliza en «superaleaciones», para soportar temperaturas mayores a 650 °C, por ejemplo, en las turbinas de los aviones de reacción y en los tubos de escape de los automóviles. Suele formar parte de cerámicas electrónicas y de objetivos fotográficos. [1]

En el campo de la superconductividad eléctrica se usa en aleaciones con titanio para construir electroimanes superenfriados empleados en resonancia magnética nuclear. Los imanes superconductores de alambre de Nb-Zr mantienen su superconductividad en fuertes campos magnéticos, aplicación que ofrece la posibilidad de producción de corriente eléctrica. Recientemente se ha utilizado como elemento básico de la futura fabricación de ordenadores cuánticos experimentales.

En el campo de la química organometálica, son numerosos los usos que se le han dado. Por ejemplo, los complejos nioboceno de tipo sándwich son capaces de activar enlaces C-H, y por ello sirven como modelos en procesos de polimerización de olefinas e incluso presentan actividad citotóxica contra células cancerígenas.

Se utiliza en las varillas de soldadura por arco para acero inoxidable y en la obtención de ferroniobio (hasta 70% de Nb) para la fabricación de aceros inoxidables (evitando la oxidación y disminuyendo la fragilidad) y otras aleaciones con cobre, níquel, y cobalto de elevada solidez y estabilidad térmica.

Una gran cantidad se empleó en la construcción de sistemas de distribución de aire de algunas cápsulas espaciales (Gemini y otras), y como recubrimiento de barras de combustible nuclear.

Nomenclatura

Es denominado niobio en honor de Níobe, hija de Tántalo. Hatchett lo llamó columbio, pero creyó haberlo confundido con el tantalio; el nombre columbio se utiliza todavía en algunos lugares. En 1844, H. Rose lo redescubrió y bautizó con el nombre actual. El nombre de niobio se adoptó por la IUPAC en 1950, 100 años después de que surgiera la controversia; a pesar de todo, la mayoría de los químicos lo llaman niobio, pero muchos relacionados con la metalurgia del elemento (anglosajones) lo siguen llamando columbio.

Producción y aparición en la naturaleza

Blomstrand lo preparó por primera vez en 1864 por reducción: calentando el cloruro en atmósfera de hidrógeno. Hasta 1905 no se obtuvo puro (Bolton). Nunca se encuentra en estado elemental y casi siempre aparece acompañado de tántalo. Representa el 2·10^-3% en peso de la corteza.

Las principales fuentes minerales son: niobita (o columbita), niobita-tantalita y euxenita o policrasa [(Y,Ce,Er,U,Th,Ca,..)(Nb,Ta,Ti,Fe)₂O₆]. Otros minerales que lo contienen son: samarskita ((Y,Er,Ca,Fe,Mn,Sn,W,U,Ce)[(Nb,Ta)₂O₇]₃), fergusonita [(Nb,Ta)YO₄]. Grandes cantidades de niobio se han encontrado asociadas con rocas silicocarbonatadas (carbonatitas). La obtención del metal implica una primera etapa de separación del tántalo mediante disolventes y la transformación en Nb2O5. Éste se reduce en dos etapas con carbón; en la primera, a 800 °C, se forma NbC, que en la segunda, a 2000 °C, actúa como reductor del óxido y se produce el metal.