Niobio (Nb): qué es, para qué sirve y dónde se encuentra

El niobio (Nb) es el elemento químico del número atómico 41 que pertenece al grupo 5 de la tabla periódica.

Es un metal de transición naturalmente disponible en estado sólido, que fue descubierto en 1801 por el químico británico Charles Hatchett.

Los minerales que contienen niobio son raros en el mundo, pero abundantes en Brasil, el país con las mayores reservas de este metal.

Debido a sus propiedades, alta conductividad y resistencia a la corrosión, este elemento tiene muchas aplicaciones que van desde la producción de acero hasta la fabricación de cohetes.

A continuación presentaremos este elemento químico y las características que lo hacen tan importante.

¿Qué es el niobio?

El niobio es un metal refractario, muy resistente al calor y al desgaste.

Los metales en esta clase son niobio, tungsteno, molibdeno, tántalo y renio, siendo el niobio más ligero de todos.

El niobio se encuentra en la naturaleza en minerales, generalmente vinculados a otros elementos, especialmente al tántalo, ya que los dos tienen propiedades fisicoquímicas muy cercanas.

Este elemento químico se clasifica como un metal de transición en la tabla periódica. Es brillante, de baja dureza, con baja resistencia a la corriente eléctrica y resistente a la corrosión.

Propiedades físicas del niobio.

Propiedades quimicas de niobio

La principal ventaja de usar este metal es que solo una cantidad, en gramos, de este elemento puede modificar una tonelada de hierro, haciendo que el metal sea más liviano, resistente a la corrosión y más eficiente.

¿Dónde se encuentra el niobio?

En comparación con otras sustancias presentes en la naturaleza, el niobio tiene una baja concentración de 24 partes por millón.

Este metal se encuentra en los siguientes países: Brasil, Canadá, Australia, Egipto, República Democrática del Congo, Groenlandia, Rusia, Finlandia, Gabón y Tanzania.

Niobio en Brasil

En la década de 1950, el geólogo brasileño Djalma Guimarães descubrió en Brasil el mayor depósito de mineral de pirocloro que contenía este metal.

La gran cantidad de minerales que contienen niobio se encuentra en Brasil, el mayor productor mundial, que posee más del 90% de las reservas de metales.

Las reservas exploradas se encuentran en los estados de Minas Gerais, Amazonas, Goiás y Rondônia.

Minerales de niobio

El niobio se encuentra en la naturaleza siempre vinculado a otros elementos químicos. Ya se conocen en la naturaleza más de 90 especies minerales que contienen niobio y tántalo.

En la tabla a continuación, podemos ver algunos de los minerales que contienen niobio, las características principales y el contenido de niobio disponible en cada material.

Exploración de niobio

Los minerales de niobio experimentan transformaciones hasta que se forman los productos a comercializar.

Los pasos del proceso se pueden resumir en:

1. Minería
2. Concentración de niobio
3. Refinación de niobio
4. Productos de niobio

La minería se lleva a cabo donde se encuentran las reservas de mineral, que se extraen con explosivos y se transportan mediante cintas transportadoras a donde se produce la etapa de concentración.

La concentración se produce con la descomposición del mineral, la molienda hace que los cristales del mineral se vuelvan mucho más delgados y que usen separación magnética Las fracciones de hierro se eliminan del mineral.

La refinación de niobio elimina azufre, agua, fósforo y plomo.

Uno de los productos que contienen niobio es la aleación de ferro-niobio, que se produce de acuerdo con la siguiente ecuación:

Este proceso se llama aluminotermia, donde el concentrado de mineral se mezcla en reactores con chatarra u óxido de hierro.

Los óxidos metálicos reaccionan con el aluminio a altas temperaturas, generando el producto de interés.

Los productos de niobio más comercializados son:

• Concentrados de niobio: una base que contiene 58% de Nb₂El_5to.
• Aleación de ferro-niobio: contiene 65% de niobio.
• Óxido de alta pureza: utilizado en la producción de materiales especiales.

¿Para qué sirve el niobio?

Las características del niobio hacen que este elemento sea cada vez más deseado y con numerosas aplicaciones.

Desde su descubrimiento, desde 1905 en adelante, las aplicaciones para el niobio comenzaron a investigarse cuando el químico alemán Werner von Bolton produjo el elemento en forma pura.

Los años cincuenta representaron una gran búsqueda de aplicaciones de niobio, ya que hasta entonces no se producía a gran escala.

Durante este período, la Guerra Fría despertó interés en este metal para su uso en componentes aeroespaciales.

La siguiente es una lista de las formas en que se usa el niobio.

Aleaciones de metal

La adición de niobio a una aleación aumenta su dureza, es decir, su capacidad para endurecerse cuando se expone al calor y luego se enfría. Como resultado, el material que contiene niobio puede someterse a tratamientos térmicos específicos.

La afinidad del niobio con el carbono y el nitrógeno favorece las propiedades mecánicas de la aleación, aumentando, por ejemplo, la resistencia mecánica y la resistencia al desgaste abrasivo.

Estos efectos son beneficiosos ya que pueden extender las aplicaciones industriales de una aleación.

El acero, por ejemplo, es una aleación de metal formada de hierro y carbono. Agregar niobio a esta aleación puede tener ventajas para:

• Industria automotriz: Producción de un automóvil más ligero y más resistente a la colisión.
• Construcción civil: mejora la soldabilidad del acero y proporciona maleabilidad.
• Industria de tuberías de transporte: Permite construcciones con paredes más delgadas y diámetros más grandes sin afectar la seguridad.

Superalloys

Superalloy es una aleación de metal con alta resistencia a altas temperaturas y resistencia mecánica. Las aleaciones que contienen niobio hacen que este material sea útil en la fabricación de aviones o turbinas que producen energía.

La ventaja de operar a altas temperaturas hace que las superaleaciones constituyan motores a reacción de alto rendimiento.

Imanes superconductores

La superconductividad del niobio hace que los compuestos de niobio germanio, niobio escandio y niobio titanio se utilicen en:

• Escáner de máquinas de resonancia magnética.
• Aceleradores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones.
• Detección de radiación electromagnética y estudio de radiación cósmica por materiales que contienen nitrito de niobio.

Óxidos

Otras aplicaciones para el niobio son en forma de óxidos, especialmente Nb.₂El_5to. Los usos principales son:

• Lentes ópticas
• Condensadores de cerámica
• Sensores de pH
• Piezas del motor
• Joyas

Historia y descubrimiento del niobio

En 1734, algunos minerales pertenecientes a una colección personal de John Winthrop fueron llevados de América a Inglaterra y estos artículos formaban parte de la colección del Museo Británico de Londres.

Al unirse a la Royal Society, el químico británico Charles Hatchett se centró en investigar la composición de los minerales disponibles en el museo. Así es como en 1801 aisló un elemento químico en forma de óxido y le dio el nombre de columbio y el mineral del que se extrajo de la columbita.

En 1802, el químico sueco Anders Gustaf Ekeberg informó el descubrimiento de un nuevo elemento químico y lo llamó tántalo, en referencia al hijo de la mitología griega de Zeus.

En 1809, el químico y físico inglés William Hyde Wollaston analizó estos dos elementos y observó que tenían características muy similares.

Debido a este hecho, desde 1809 hasta 1846, el columbio y el tantalio se consideraron el mismo elemento.

Más tarde, el mineralogista y químico alemán Heinrich Rose, mientras investigaba el mineral colombiano, observó que el tantalio también estaba presente.

Rose encontró la presencia de otro elemento, similar al tantalio, y lo llamó Niobio, en referencia a Niobe, hija de Tántalo, de la mitología griega.

En 1864, el sueco Christian Bromstrand pudo aislar el niobio de una muestra de cloruro calentada en una atmósfera de hidrógeno.

En 1950, la Unión de Química Pura y Aplicada (IUPAC) aprobó el niobio como el nombre oficial en lugar de columbio porque era el mismo elemento químico.

Resumen de niobio

Enem y ejercicios vestibulares.

1. (Enem / 2018) En la mitología griega, Niobia era la hija de Tántalo, dos personajes conocidos por el sufrimiento. El elemento químico con número atómico (Z) igual a 41 tiene propiedades químicas y físicas tan similares a las del número atómico 73 que se confundieron.

Por lo tanto, en honor a estos dos personajes de la mitología griega, estos elementos recibieron los nombres niobio (Z = 41) y tantalio (Z = 73). Estos dos elementos químicos han adquirido una gran importancia económica en la metalurgia, la producción de superconductores y otras aplicaciones en la industria de alta gama, precisamente debido a las propiedades químicas y físicas comunes a ambos.

_{KEAN, S. La cuchara que desaparece: y otras historias reales de locura, amor y muerte de los elementos químicos. Río de Janeiro: Zahar, 2011 (adaptado).}

La importancia económica y tecnológica de estos elementos, debido a la similitud de sus propiedades químicas y físicas, se debe a

a) tener electrones en el subnivel f.
b) son elementos de transición interna.
c) pertenecen al mismo grupo en la tabla periódica.
d) tienen sus electrones más externos en los niveles 4 y 5, respectivamente.
e) se encuentran en la tierra alcalina y la familia alcalina, respectivamente.

2. (IFPE / 2018) Brasil es el mayor productor mundial de niobio, con más del 90% de sus reservas de metales. El niobio, símbolo Nb, se usa en la producción de aceros especiales y es uno de los metales más resistentes a la corrosión y temperaturas extremas. Compuesto Nb₂El_5to Es el precursor de casi todas las aleaciones y compuestos de niobio. Marque la alternativa con la masa requerida de Nb₂El_5to para obtener 465 gramos de niobio. Dado: Nb = 93 g / mol y O = 16 g / mol.

a) 275 g
b) 330 g
c) 930 g
d) 465 g
e) 665 g

3. (UECE / 2015) Brasil tiene el 98% de las reservas mundiales de niobio, que tiene numerosas aplicaciones industriales como la fabricación de joyas, implantes hiperalérgicos, electrocerámica, imanes superconductores, máquinas de resonancia magnética, aleaciones, monedas especiales y En la producción de acero. En niobio, revise las declaraciones a continuación y señale la única alternativa verdadera.

a) Su electrón diferencial se encuentra en la penúltima capa.
b) Es un elemento representativo.
c) Su electronegatividad es menor que la del vanadio.
d) Pertenece al cuarto período de la tabla periódica.

4 4. (UEA / 2014) El isótopo natural del niobio es el ⁹³Nb. El número de neutrones en este isótopo es

a) 41.
b) 52.
c) 93.
d) 134.
e) 144.

5to. (IFMG / 2015) El elemento químico del niobio, Nb, se deriva de la diosa griega Niobe. Brasil es el mayor productor mundial de metal, representando el 75% de la producción. Debido a la estabilidad térmica de sus aleaciones, el niobio se utiliza en la producción de aleaciones especiales de acero de alta resistencia para motores, equipos de propulsión y diversos materiales superconductores. Al observar la posición del niobio en la tabla periódica, es correcto afirmar que:

a) su subnivel más enérgico será el subnivel d.
b) es un elemento perteneciente a la familia de los metales alcalinos.
c) forma compuestos iónicos con otros metales.
d) sus cationes tendrán un radio atómico mayor que el elemento puro.

6to. (UFSC / 2003) El químico inglés Charles Hatchett descubrió el niobio en 1801. Brasil posee alrededor del 93% de la producción mundial de concentrado de niobio. Los depósitos más grandes se encuentran en los estados de Minas Gerais, Goiás y Amazonas. El metal se utiliza principalmente en la fabricación de aleaciones de ferroniobio y otras aleaciones más complejas, que se han aplicado en la construcción de turbinas de propulsión a chorro, cohetes y naves espaciales. Sus óxidos se utilizan para fabricar lentes livianos para anteojos, cámaras y otros equipos ópticos. Dado (Z = 41). Con respecto al niobio, marque las proposiciones CORRECTAS.

(01) El niobio, cuando pierde 3 electrones, asume la configuración del criptón.
(02) El niobio puede formar óxidos metálicos tipo M.₂El_5to y M₂El₃.
(04) El símbolo químico del niobio es Ni.
(08) El niobio es un metal de transición.
(16) Una aleación de ferroniobio es un ejemplo de una solución sólida.

7 7 (UERJ / 2013) El niobio es un metal que se encuentra en depósitos naturales, principalmente en forma de óxidos.
En un campo que contiene niobio con número de oxidación +5, la fórmula de óxido predominante para este metal corresponde a:

a) NbO_5to
b) Nb_5toEl
c) Nb_5toEl₂
d) Nb₂El_5to

Lea el texto para responder las preguntas 8 a 10.

El niobio es un metal de gran importancia tecnológica y sus principales reservas mundiales se encuentran en
Brasil, en forma de mineral de clorhidrato, que consiste en Nb₂El_5to. En uno de sus procesos de metalurgia extractiva, la aluminotermia se emplea en presencia de óxido de Fe.₂El₃, dando como resultado una aleación de niobio y óxido de hierro y aluminio como subproducto. La reacción de este proceso está representada en la ecuación:

En la naturaleza, el niobio se presenta en forma del isótopo estable niobio-93, pero se conocen varios isótopos sintéticos inestables, que se descomponen por emisión de radiación. Uno es el niobio-95 que se descompone en el elemento de molibdeno-95.
_{(Sistemas.dnpm.gov.br; Tecnol. Metal. Mater. Miner., São Paulo, v. 6, no. 4, p. 185-191, abril-junio de 2010 y G. Audi et al./Nuclear Física A 729 (2003) 3-128. Adaptado)}

8vo. (FGV / 2019) En la reacción de aluminotermia con la obtención de la aleación de niobio y hierro, considerando la estequiometría presentada en la ecuación balanceada, el total de electrones involucrados en el proceso es

a) 6.
b) 12.
c) 18.
d) 24.
e) 36.

Noveno. (FGV / 2019) En una operación de aluminotermia para la producción de niobio y aleación de hierro con cantidades estequiométricas de Nb₂El_5to y Fe₂El₃ y uso de exceso de aluminio metálico, 6.12 toneladas de Al₂El₃. La suma total de los moles estimados de niobio y hierro que se obtendrán en esta operación es

a) 6 × 10^{4 4}
b) 6 × 10^6to
c) 8 × 10³
d) 8 × 10^{4 4}
e) 8 × 10^6to

10. (FGV / 2019) La figura muestra la curva de descomposición radiativa de una muestra de niobio-95 que se descompone en molibdeno-95.

En el proceso de descomposición del radioisótopo de niobio-95, el tiempo que tarda la actividad de esta muestra en descomponerse a 25 MBq y el nombre de la especie emitida es

a) 140 días y neutrones.
b) 140 días y protones.
c) 120 días y protones.
d) 120 días y partículas ß^–.
e) 140 días y partículas ß^–.