نیوبیم

عنصری از جدول تناوبی با عدد اتمی ۴۱

نیوبیوم (به انگلیسی: Niobium)، که با عنوان کلمبیوم (به انگلیسی: columbium) نیز شناخته می‌شود، یک عنصر شیمیایی با نماد Nb (Cb سابق) و شماره اتمی ۴۱ است. نیوبیوم یک فلز واسطه خاکستری روشن، بلوری و شکل‌پذیر است. نیوبیوم خالص دارای درجه سختی Mohs مشابه تیتانیوم خالص است،[۲] و قابلیت شکل‌پذیری آن مشابه آهن است. نیوبیوم در جو زمین بسیار آهسته اکسید می‌شود، از این رو کاربرد آن در جواهرات به عنوان یک جایگزین ضد آلرژی برای نیکل در نظر گرفته می‌شود.

نیوبیم، 41Nb
A lump of gray shining crystals with hexagonal facetting
نیوبیم
تلفظ‎/nˈbiəm/‎ (ny-OH-bee-əm)
ظاهرفلزی خاکستری ، در حالت اکسید شده مایل به رنگ آبی است
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)۹۲٫۹۰۶۳۷(۱)[۱]
نیوبیم در جدول تناوبی
Element 1: هیدروژن (H), Other non-metal
Element 2: هلیوم (He), Noble gas
Element 3: لیتیم (Li), Alkali metal
Element 4: برلیم (Be), Alkaline earth metal
Element 5: بور (B), Metalloid
Element 6: کربن (C), Other non-metal
Element 7: نیتروژن (N), Halogen
Element 8: اکسیژن (O), Halogen
Element 9: فلوئور (F), Halogen
Element 10: نئون (Ne), Noble gas
Element 11: سدیم (Na), Alkali metal
Element 12: منیزیم (Mg), Alkaline earth metal
Element 13: آلومینیم (Al), Other metal
Element 14: سیلسیم (Si), Metalloid
Element 15: فسفر (P), Other non-metal
Element 16: گوگرد (S), Other non-metal
Element 17: کلر (Cl), Halogen
Element 18: آرگون (Ar), Noble gas
Element 19: پتاسیم (K), Alkali metal
Element 20: کلسیم (Ca), Alkaline earth metal
Element 21: اسکاندیم (Sc), Transition metal
Element 22: تیتانیم (Ti), Transition metal
Element 23: وانادیم (V), Transition metal
Element 24: کروم (Cr), Transition metal
Element 25: منگنز (Mn), Transition metal
Element 26: آهن (Fe), Transition metal
Element 27: کبالت (Co), Transition metal
Element 28: نیکل (Ni), Transition metal
Element 29: مس (Cu), Transition metal
Element 30: روی (Zn), Other metal
Element 31: گالیم (Ga), Other metal
Element 32: ژرمانیم (Ge), Metalloid
Element 33: آرسنیک (As), Metalloid
Element 34: سلنیم (Se), Other non-metal
Element 35: برم (Br), Halogen
Element 36: کریپتون (Kr), Noble gas
Element 37: روبیدیم (Rb), Alkali metal
Element 38: استرانسیم (Sr), Alkaline earth metal
Element 39: ایتریم (Y), Transition metal
Element 40: زیرکونیم (Zr), Transition metal
Element 41: نیوبیم (Nb), Transition metal
Element 42: مولیبدن (Mo), Transition metal
Element 43: تکنسیم (Tc), Transition metal
Element 44: روتنیم (Ru), Transition metal
Element 45: رودیم (Rh), Transition metal
Element 46: پالادیم (Pd), Transition metal
Element 47: نقره (Ag), Transition metal
Element 48: کادمیم (Cd), Other metal
Element 49: ایندیم (In), Other metal
Element 50: قلع (Sn), Other metal
Element 51: آنتیموان (Sb), Metalloid
Element 52: تلوریم (Te), Metalloid
Element 53: ید (I), Halogen
Element 54: زنون (Xe), Noble gas
Element 55: سزیم (Cs), Alkali metal
Element 56: باریم (Ba), Alkaline earth metal
Element 57: لانتان (La), Lanthanoid
Element 58: سریم (Ce), Lanthanoid
Element 59: پرازئودیمیم (Pr), Lanthanoid
Element 60: نئودیمیم (Nd), Lanthanoid
Element 61: پرومتیم (Pm), Lanthanoid
Element 62: ساماریم (Sm), Lanthanoid
Element 63: اروپیم (Eu), Lanthanoid
Element 64: گادولینیم (Gd), Lanthanoid
Element 65: تربیم (Tb), Lanthanoid
Element 66: دیسپروزیم (Dy), Lanthanoid
Element 67: هولمیم (Ho), Lanthanoid
Element 68: اربیم (Er), Lanthanoid
Element 69: تولیم (Tm), Lanthanoid
Element 70: ایتربیم (Yb), Lanthanoid
Element 71: لوتتیم (Lu), Lanthanoid
Element 72: هافنیم (Hf), Transition metal
Element 73: تانتال (Ta), Transition metal
Element 74: تنگستن (W), Transition metal
Element 75: رنیم (Re), Transition metal
Element 76: اوسمیم (Os), Transition metal
Element 77: ایریدیم (Ir), Transition metal
Element 78: پلاتین (Pt), Transition metal
Element 79: طلا (Au), Transition metal
Element 80: جیوه (Hg), Other metal
Element 81: تالیم (Tl), Other metal
Element 82: سرب (Pb), Other metal
Element 83: بیسموت (Bi), Other metal
Element 84: پولونیم (Po), Other metal
Element 85: آستاتین (At), Metalloid
Element 86: رادون (Rn), Noble gas
Element 87: فرانسیم (Fr), Alkali metal
Element 88: رادیم (Ra), Alkaline earth metal
Element 89: آکتینیم (Ac), Actinoid
Element 90: توریم (Th), Actinoid
Element 91: پروتاکتینیم (Pa), Actinoid
Element 92: اورانیم (U), Actinoid
Element 93: نپتونیم (Np), Actinoid
Element 94: پلوتونیم (Pu), Actinoid
Element 95: امریسیم (Am), Actinoid
Element 96: کوریم (Cm), Actinoid
Element 97: برکلیم (Bk), Actinoid
Element 98: کالیفرنیم (Cf), Actinoid
Element 99: اینشتینیم (Es), Actinoid
Element 100: فرمیم (Fm), Actinoid
Element 101: مندلیفیم (Md), Actinoid
Element 102: نوبلیم (No), Actinoid
Element 103: لارنسیم (Lr), Actinoid
Element 104: رادرفوردیم (Rf), Transition metal
Element 105: دوبنیم (Db), Transition metal
Element 106: سیبورگیم (Sg), Transition metal
Element 107: بوهریم (Bh), Transition metal
Element 108: هاسیم (Hs), Transition metal
Element 109: مایتنریم (Mt)
Element 110: دارمشتادیم (Ds)
Element 111: رونتگنیم (Rg)
Element 112: کوپرنیسیم (Cn), Other metal
Element 113: نیهونیم (Nh)
Element 114: فلروویم (Fl)
Element 115: مسکوویم (Mc)
Element 116: لیورموریم (Lv)
Element 117: تنسین (Ts)
Element 118: اوگانسون (Og)
V

Nb

Ta
زیرکونیمنیوبیممولیبدن
عدد اتمی (Z)41
گروهگروه ۵
دورهدوره 5
بلوکبلوک-d
دسته Transition metal
آرایش الکترونی[Kr] 4d4 5s1
2, 8, 18, 12, 1
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPجامد
نقطه ذوب2750 K ​(2477 °C, ​4491 °F)
نقطه جوش5017 K ​(4744 °C, ​8571 °F)
چگالی (near r.t.)8.57 g/cm3
حرارت همجوشی30 kJ/mol
آنتالپی تبخیر 689.9 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی24.60 J/(mol·K)
فشار بخار
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) 2942 3207 3524 3910 4393 5013
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش−3, −1, +1, +2, +3, +4, +5 (یک اکسید اسیدی ملایم)
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: 1.6
انرژی یونش
  • 1st: 652.1 kJ/mol
  • 2nd: 1380 kJ/mol
  • 3rd: 2416 kJ/mol
شعاع اتمیempirical: 146 pm
شعاع کووالانسی pm 164±6
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری نیوبیم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری ​(bcc)
Cubic body-centered crystal structure for نیوبیم
سرعت صوت thin rod3480 m/s (at 20 °C)
انبساط حرارتی7.3 µm/(m·K)
رسانندگی گرمایی53.7 W/(m·K)
رسانش الکتریکی152 n Ω·m (at 0 °C)
رسانش مغناطیسیparamagnetic
مدول یانگ105 GPa
مدول برشی38 GPa
مدول حجمی170 GPa
نسبت پواسون0.40
سختی موس6.0
سختی ویکرز1320 MPa
سختی برینل736 MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس7440-03-1
ایزوتوپ‌های نیوبیم
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول
91Nb syn 6.8×102 y ε - 91Zr
91mNb syn 60.86 d IT 0.104e 91Nb
92Nb syn 10.15 d ε - 92Zr
γ 0.934 -
92Nb syn 3.47×107y ε - 92Zr
γ 0.561, 0.934 -
93Nb 100% 93Nb ایزوتوپ پایدار است که 52 نوترون دارد
93mNb syn 16.13 y IT 0.031e 93Nb
94Nb syn 2.03×104 y β 0.471 94Mo
γ 0.702, 0.871 -
95Nb syn 34.991 d β 0.159 95Mo
γ 0.765 -
95mNb syn 3.61 d IT 0.235 95Nb
| منابع
نیوبیوم

از نیوبیوم در ساخت مواد ابررسانای مختلفی استفاده می‌شود. این آلیاژهای ابررسانا، که حاوی تیتانیوم و قلع نیز هستند، به‌طور گسترده‌ای در آهنرباهای ابررسانای اسکنرهای MRI استفاده می‌شود. از دیگر کاربردهای نیوبیوم می‌توان به جوشکاری، صنایع هسته‌ای، الکترونیک، اپتیک، سکه‌شناسی و جواهرات اشاره کرد. در دو کاربرد اخیر، سمیت کم و رنگین کمانی ناشی از آندایزاسیون از ویژگی‌های بسیار مطلوب است. نیوبیوم به عنوان یک عنصر بحرانی در فناوری، در نظر گرفته می‌شود.

تاریخچهویرایش

نوبیوم (که در افسانه‌های یونان از کلمه نیوبه که دختر تانتالاس بوده‌است گرفته شده‌است) در سال ۱۸۰۱ توسط چارلز هاچت کشف شد. هاچت نیوبیوم را در معدن کلومبیت که در دهه ۱۷۵۰ توسط "John Winthrop" که یکی از فرماندهان کنتیکت بود، به انگلستان فرستاده شد، کشف کرد. در آن زمان سردرگمی زیادی در خصوص تغییرات بسیار شبیه به هم در خصوص نیوبیوم و تانتالیوم وجود داشت که تا سال ۱۸۴۶ که چارلز ماریگناک و هاینریش روسه این عنصر را مجدداً کشف کردند، حل نشده باقی ماند. در سال ۱۸۶۴ شخصی به نام "Christian Blomstrand" اولین کسی بود که فلز آن را آماده ساخت. وی این عمل را با کاهش کلرید نوبیوم توسط حرارت دادن آن در اتمسفر هیدروژنی انجام داد.

کلومبیوم نامی بود که هاچت به این عنصر داده بود، اما انجمن International Union of Pure and Applied Chemistry به‌طور رسمی نام نوبیوم را در سال ۱۹۵۰ بعد از حدوداً صد سال مباحثه برای این عنصر برگزید. بسیاری از انجمنهای شیمی و سازمان‌های دولتی نام رسمی انجمن IUPAC را برای این عنصر بکار بردند، در حالی که بسیاری از فلز شناسان و بیشتر تولیدکنندگان اقتصادی آمریکایی هنوز این فلز را با نام اصلی کلمبیوم می‌نامند.

خصوصیات قابل توجهویرایش

نوبیوم یک فلز خاکستری و هادی جریان الکتریسیته است که هنگامی که برای مدت زمانی در دمای اتاق در معرض هوا قرار بگیرد، به رنگ آبی کمرنگ در می‌آید. خصوصیات شیمیایی نوبیوم کم و بیش همانند خصوصیات شیمیایی تانتالیوم می‌باشد که در جدول تناوبی در زیر نوبیوم قرار دارد.

حتی در دمای معمولی نیز نوبیوم باید در یک فضای محافظت شده قرار گیرد. این فلز در هوا در ۲۰۰ درجه سانتی گراد اکسید شده و حالتهای اکسیداسیون آن عبارتند +۲ و+۳ و+۵.

خواصویرایش

نیوبیوم عنصری است فلزی. با عدداتمی ۴۱ ٬در گروه VB و دوره پنجم جدول تناوبی جای دارد. جرم اتمی ۹۲٫۹۰۶۴، ظرفیتها ۲٬۳٬۴٬۵. ایزتوپ پایدار ندارد.

مشخصاتویرایش

فلز شکل‌پذیر چکش خوار سفید مایل به خاکستری، در دمای اتاق از جلا نمی‌افتد یا اکسیده نمی‌شود، جرم حجمی ۸٫۵۷، نقطه ذوب ۲۴۶۸. فقط هنگامی که گرم شود با هالوژنها و اکسیژن واکنش پذیر می‌شود تا ۱۰۰ درجه اسید نیتریک بر آن اثر ندارد.

محل کشفویرایش

دو کانی اصلی آن یکی کلمبیت و دیگری پیروکلرو است. تولیدکنندگان اصلی کنسانتره کانی نیوبیوم کشورهای برزیل و کانادا بوده و ذخایر گسترده‌ای از کانسارهای این فلز در نیجریه، جمهوری دموکراتیک کنگو و روسیه یافت می‌شود.

ایزوتوپ‌هاویرایش

نوبیوم طبیعین تنها یک ایزوتوپ ترکیبی پایدار دارد(93-Nb). پایدارترین ایزوتوپ رادیو اکتیوی آن 92-Nb می‌باشد که عمر تجزیه آن ۳۴٫۷ میلیون سال است. 94-Nb نیم عمر ۲۰۳۰۰ سال و 91-Nb نیمه عمر ۶۸۰ سال. همچنین یک ایزوتوپ حالت متا در ۰٫۰۳۱ ولت الکترون وجود دارد که عمر تجزیه آن ۱۶٫۳ سال می‌باشد. ۲۳ ایزوتوپ رادیواکتیوی دیگر نیز شناسایی شده‌اند که عمر تجزیه‌پذیری اکثر آن‌ها کمتر از ۲ ساعت می‌باشد. حالت تجزیه اولیه قبل از ایزوتوپ پایدار 93-Nb تسخیر الکترونی است و حالت اولیه بعد از حذف بتا با حذف نیوترون در حالت اولیه از دو حالت زوال و تجزیه 104-Nb و ۱۰۹ و ۱۱۰ اتفاق می‌افتد.

کاربردویرایش

از این فلز در ساخت آلیاژهای مغناطیسی و ابررسانا ٬موشک‌ها٬سرمت ، راکت‌ها، وسایل سرمازایی استفاده می‌شود.

یکی از مواد مورد استفاده نوبیوم، در فلزات ضدزنگ بوده و به عنوان آلیاژ فلزات غیر آهنی بکار می‌رود. این آلیاژها بسیار قوی بوده، معمولاً برای ساخت خطوط لوله به کار می‌روند.

این فلز مقطع عرضی کمی در برابر نوترون‌های گرمایی داشته، بنابریان در صنایع هسته‌ای کاربرد دارد. این فلز همچنین برای جوشکاری طاقها و میله‌های ضدزنگ نیز کاربرد دارد.

به دلیل رنگ آبی آن به عنوان آلیاژ در صنعت طلا و جواهر کاربرد دارد.

مقدار قابل توجهی از این فلز به صورت خالص در نیکل و کبالت و آهن برای ساخت آلیاژهای سنگین که در در اجزای موتورهای جت، موشک‌ها و دیگر تجهیزاتی که مقاومت بالا در مقابل گرما باید داشته باشند، بکار می‌رود؛ مثلاً سیستم‌های پیشرفته ساختار فضایی نظیر آنچه که در برنامه نجومی Gemini بکار می‌رود، از این فلز استفاده می‌کنند.

همچنین نوبیوم به عنوان یک جایگزین برای باتری‌ها و خازن‌ها بکار می‌رود.

نوبیوم در دماهای پایین و برودتی به عنوان یک ابر رسانا عمل می‌کند. در فشار جو بالاترین دمای بحرانی را در عناصر ابر هادی دارد.

همچنین یکی از سه عنصر ابر هادی از نوع دوم می‌باشد. (دو عنصر دیگر عبارتند از وانادیوم و تکنتیوم) این بدان معناست که این عنصر در زمانی که در معرض مغناطیس قوی قرار بگیرد، همچنان ابرهادی باقی می‌ماند.

آلیاژهای نیوبیم- تیتانیم و نیوبیم-قلع برای کابل‌های مغناطیسی ابرهادی که حالت مغناطیسی بالایی را تولید می‌کنند، کاربرد دارند.

هشدارهاویرایش

نوبیوم شامل ترکیباتی است که اکثر مردم با آن‌ها تماسی ندارند، ولی آن‌ها بسیار سمی بوده و باید با احتیاط از آن‌ها استفاده شود. غبار فلز نیوبیوم برای پوست و چشم خطرناک بوده و قابل اشتعال است. نوبیوم هیچ نقش بیولوژیکی ندارد.

منابعویرایش

  1. Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. G.V. Samsonov, ed. (1968). "Mechanical Properties of the Elements". Handbook of the physicochemical properties of the elements. New York, USA: IFI-Plenum. pp. 387–446. doi:10.1007/978-1-4684-6066-7_7. ISBN 978-1-4684-6066-7. Archived from the original on 2 April 2015.