النيوبيوم Niobium – الخواص الفيزيائية والكيميائية للنيوبيوم

ما هو عنصر النيوبيوم Niobium؟

– النيوبيوم Niobium هو عنصر من عناصر الجدول الدوري: العدد الذري = 41 ، العدد الكتلي = 92

– الرمز الكيميائي لعنصر النيوبيوم يرمز له بالرمز: ⁹²Nb₄₁

– التوزيع الإلكتروني له: Kr]₃₆ 5s¹, 4d⁴]

– النيوبيوم فلز طري ونادر ذو لون رمادي.

– وهو موصل جيد للكهرباء في درجة حرارة منخفضة

– كما أنه قابل للسحب وتقل نسبة هذه العملية بازدياد نسبة الشوائب.

– علاوة على ذلك له مقاومة عالية ضد التآكل.

– الجدول التالي يوضح الخواص العامة لعنصر النيوبيوم كما يلي:

اكتشافه ووجوده في الطبيعة Discovery of Niobium

– اكتشف من قبل (Hatchett) في بريطانيا سنة 1801م، من اليونانية (Niobe) وهو اسم ابنة تنتالوس، آلهة الحزن في الأسطورة الإغريقية.

– عنصر النيوبيوم مشابه جدًا عنصر التنتالوم (Ta) tantalum لدرجة أنه كان يُعتقد خطأً أن الاثنين هما نفس العنصر لما يقرب من 40 عامًا نظراً للتشابة الكبير جداُ في الخواص الكيميائية والفيزيائية.

– يوجد النيوبيوم بنسبة 0.002% من وزن القشرة الأرضية.

– لا يوجد النيوبيـوم بشكل طبيعي في شكله النقي.

– معدن الكولومبيت Columbite هو المصدر الرئيسي لهذا المعدن اللامع، وهو خام غامق كثيف له لمعان معدني فاتح يتكون من أحد أكاسيد النيوبيـوم والحديد والمنجنيز. وصيغته الكيميائية هي: Nb₂O₆ تم تسمية كولومبيت على اسم دولة كولومبيا.

– من أهم خاماته أيضاً المعقد نيوبوتبتال وتركيبه Fe(Nb,Ta)O₃)₂ ، ويمكن أن تحل ذرة منجنيز (Mn) محل ذرة الحديد.

– قد يوجد (Nb) في خام يحوي التيتانيوم أو العناصر الأرضية النادرة.

طرق تحضير النيوبيوم Preparation of Niobium

– تكون عملية استخلاص معدن النيوبيوم صعبة للغاية إلا أن بدأها يعتمد على تحويل المعدن لأملاح الصوديوم الذوابة.

– وتبدأ العملية بالصهر المؤكسد للفلزات في وسط قاعدي ثم إضافة الماء الساخن فنحصل على محلول يحتوي على أيونات نيوبات ،تنقالات ،تیتانات تنجستات، مولبدات في حين يبقى الحديد والمنجنيز والسليكون مع المواد غير الذوابة.

– يفصل المحلول الصودي ويعالج بحمض فنحصل على أحماض أو أكاسيد (Nb). يعالج بمحلول فلوريد البوتاسيوم، بواسطة حمض (HF)  المركز فينفصل أكسـي فلورينات البوتاسيوم K₂NbOF₅ القليل الذوبان، ويبقى مركب التنتاليوم بالمحلول.

– يختزل أكسـي فلورينات البوتاسيوم بمعدن الألومنيوم (Al) فنحصل على معدن النيوبيـوم (Nb).

الخواص الكيميائية لعنصر النيوبيوم Chemical properties of Niobium

 (1) التفاعل مع الأكسجين

– لا يتأكسد النيوبيوم بالهواء في درجة الحرارة العادية إلا أنه يتأكسد ببطء في جو من الأكسجين أو الهواء إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 400 م^o، حيث تتشكل طبقة من أكسدة النيوبيـوم تقي بقية المعدن من الأكسدة اللاحقة:

 4Nb + 5O₂ → 2Nb₂O₅

(2) التفاعل مع الهالوجينات

– يحترق معدن النيوبيوم بارتفاع درجة الحرارة في جو من الكلور، ليتشكل كلوريد النيوبيـوم كما بالمعادلة الآتية:

Nb + Cl₂ → NbCl₂

(3) التفاعل مع الهيدروجين

– يتفاعل النيوبيـوم مع الهيدروجين كما بالمعادلة الآتية:

2Nb + 5H₂ → 2NbH₅

(4) التفاعل مع الكبريت

يتفاعل مع الكبريت كما بالمعادلة الآتية:

Nb + S → NbS

(5) تفاعلات أخرى

– النيوبيوم لا يتأثر بالأحماض ولا بالماء الملكي لكن الحمض الوحيد الذي يؤثر فيه هو حمض هيدروفلوريك (HF) إذ يهاجمه ببطء.

– كما لا تؤثر فيه القواعد لكنه شديد التأثر بهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) أو البوتاسيوم (KOH) المنصهر.

استخدامات النيوبيوم Uses of Niobium

(1) يستخدم معدن النيوبيوم في الصناعات الكيميائية لعدم تأثره بالأحماض.

(2) يضاف للفولاذ بغية تثبيت الكربون داخل الفولاذ، ومنع احتواء كربيدات النيكل والكروم داخله.

(3) ونظراً لضعف امتصاصه للنيترونات فإنه يستخدم غلافاً للوقود النووي.

(4) يقاوم تأثير الصوديوم المنصهر أو خليط الصوديوم والبوتاسيوم المستخدم لتبريد المفاعلات النووية

(5) كما يستخدم الخليط Nb₃S_n سبيكة فائقة التوصيل.

(6) نظرًا لأن العنصر لا يتفاعل بشكل سلبي في جسم الإنسان، فإنه يستخدم في عمليات الزرع، مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب Pacemakers.

(7) لا يتمدد النيوبيوم أيضًا عندما يكون ساخنًا، لذلك يتم استخدامه لصنع أجزاء من الصواريخ، مثل تلك الموجودة في وحدة القيادة من مركبة الفضاء أبولو 15 التابعة لناسا والتي ذهبت إلى القمر في عام 1971م.

(8) يستخدم في صناعة النظارات المحتوية على عدسات رفيعة وقوية مصنوعة من مركب النيوبيوم.

 

تأثير النيوبيوم على جسم الإنسان

– النيوبيوم لم يعرف له دور بيولوجي، بينما غبار النيوبيـوم هو مصدر إزعاج العين والجلد.

– النيوبيـوم عنصر خامل على نطاق أوسع من الناحية الفسيولوجية وهي غير ضارة.

– كثيراً ما تستخدم في صناعة المجوهرات، وجرى اختبار للاستخدام في بعض الزرع الطبي.