니오븀은 원자 번호 41과 화학 기호 Nb(이전 콜럼븀, Cb)를 갖는 화학 원소입니다. 밝은 회색의 결정질 연성 전이 금속입니다. 순수 니오븀은 모스 경도 면에서 순수 티타늄과 유사하며 철에 대해 연성이 있습니다. 니오븀은 지구 대기에서 상대적으로 천천히 산화되기 때문에 니켈의 저자극성 대체물로 장신구에 사용됩니다. "columbium"이라는 옛 이름은 pyrochlore와 columbite 광물에 니오븀이 자주 존재하는 데서 유래합니다. 탄탈로스의 딸이자 탄탈룸의 이름의 근원인 니오베는 그리스 신화에서 유래되었습니다. 이 이름은 극단적인 물리적 및 화학적 유사성으로 인해 두 요소를 구별하는 것이 얼마나 어려운지를 나타냅니다.
Columbium은 1801년 영국 화학자 Charles Hatchett가 발견한 새로운 원소로 탄탈륨과 유사합니다. 영국 과학자 William Hyde Wollaston은 1809년에 탄탈룸과 콜럼븀이 같은 의미로 사용될 수 있다고 잘못 주장했습니다. 독일의 화학자 하인리히 로즈는 1846년 탄탈륨 광석에서 두 번째 원소인 니오븀의 존재를 발견했습니다. 1864년과 1865년에 이루어진 과학적 발견으로 니오븀과 콜럼븀이 동일한 원소(탄탈륨과 반대)라는 사실이 분명해졌으며 한 세기 동안 두 이름은 동의어로 사용되었습니다. 콜럼븀이라는 이름이 오늘날 미국 야금술에서 여전히 사용되고 있지만 니오븀은 1949년에 공식적으로 원소 이름으로 채택되었습니다.
니오븀은 20세기 초까지 처음으로 상업적으로 사용되지 않았습니다. 고강도 저합금강에 니오븀을 첨가하는 것은 매우 중요합니다. 니오븀과 60~70%의 니오븀과 철의 합금인 페로니오븀은 대부분 브라질에서 생산됩니다. 대부분의 니오븀은 합금, 주로 가스 파이프라인과 같은 제품에 사용되는 특수강에 사용됩니다. 최대 니오븀 함량이 0,1%임에도 불구하고 이 합금은 탄화물과 질화물을 제거하여 강철의 강도를 높입니다. 니오븀 함유 초합금은 제트 및 로켓 엔진에 사용되기 위해 온도에 대한 내성이 있어야 합니다.
많은 초전도 물질에는 니오븀이 포함되어 있습니다. 티타늄과 주석도 포함된 이 합금은 MRI 스캐너의 초전도 자석에 자주 사용됩니다. 니오븀은 용접, 원자력 산업, 전자, 광학, 보석, 화폐학 및 기타 분야에서도 사용됩니다. 양극 산화에 의해 생성된 낮은 독성 및 무지갯빛은 마지막 두 응용 분야에서 매우 바람직한 품질입니다. 니오븀은 기술의 매우 중요한 구성 요소로 인식됩니다.
원소 니오븀의 역사
영국의 화학자 Charles Hatchett는 1801년에 처음으로 니오븀을 인식했습니다. 1734년에 Young John Winthrop의 손자인 John Winthrop FRS는 미국 코네티컷 주에서 영국으로 광물 샘플을 보냈습니다. 이 샘플에는 그가 발견한 새로운 요소가 포함되어 있습니다. 그는 광물 콜럼바이트(columbite)와 새로운 원소를 콜롬비아의 시적 이름인 컬럼비아(Columbia)의 이름을 따서 콜럼븀(columbium)이라고 명명했습니다.
Hatchett의 콜럼븀 발견은 탄탈륨과 새로 발견된 원소의 조합일 가능성이 높습니다.
나중에 콜럼븀(니오븀)과 탄탈룸의 구별에 대해 많은 오해가 있었는데, 이는 매우 유사합니다. columbium에서 추출하고 밀도가 5,918g/cm3 밀도가 8g/cmXNUMX인 콜럼바이트 및 탄탈륨에서 추출3위의 탄탈라이트는 1809년 영국 화학자 William Hyde Wollaston에 의해 비교되었습니다. 그는 두 산화물의 밀도가 크게 다르지만 동일하므로 탄탈륨이라는 이름을 유지한다는 사실을 발견했습니다.
독일의 화학자 하인리히 로즈는 1846년에 이 결론에 대해 이의를 제기하고 탄탈라이트 샘플에 두 가지 다른 원소가 포함되어 있다고 주장했는데, 그는 탄탈로스의 자손의 이름을 따서 니오븀(니오베에서 유래)과 펠로피움(펠롭스에서 유래)이라고 명명했습니다. 탄탈륨과 니오븀 사이에서 관찰된 작은 차이로 인해 이 오류가 발생했습니다. 사실 소위 새로운 원소인 펠로피움, 일메늄, 다이아늄은 각각 다른 형태의 탄탈룸 또는 니오븀입니다.
Christian Wilhelm Blomstrand와 Henri Étienne Sainte-Claire Deville은 1864년에 탄탈륨과 니오븀에 단 두 가지 원소가 있음을 증명했습니다. 1865년에 Louis J. Troost는 일부 화합물의 화학식을 결정했습니다. 마지막으로 스위스 화학자 Jean Charles Galissard de Marignac이 1866년에 이것을 증명했습니다. 일메늄에 관한 기사는 1871년까지 계속 등장했습니다.
니오븀 원소 사용
Niobium chloride는 1864년 De Marignac에 의해 수소 환경에서 가열하여 환원되었으며 이 금속의 첫 번째 제조였습니다. 드 마리냑은 1866년에 탄탈륨이 없는 니오븀을 대규모로 합성하는 데 성공했지만, 니오븀은 20세기 초에 백열 램프 필라멘트에 상업적으로 처음 사용되었습니다.
니오븀은 녹는점이 더 높은 텅스텐으로 빠르게 대체되었고 이러한 사용은 쓸모 없게 되었습니다. 강철을 강화하는 니오븀의 능력은 1920년대에 처음 확인되었으며 이 용도는 오늘날에도 여전히 주요 용도입니다. 니오븀 주석이 강한 전류와 자기장이 있는 상태에서 초전도성을 유지한다는 발견은 1961년 미국 물리학자 Eugene Kunzler와 Bell 연구소의 동료들에 의해 이루어졌습니다. 이로 인해 니오븀 주석은 유용한 고출력 자석 및 전기 기계에 필요한 고전류 및 필드를 지원하는 최초의 재료가 되었습니다. 이 발견이 있은 지 XNUMX년 후에 코일로 꼬인 긴 연선을 생산할 수 있게 되어 방적기, 입자 가속기 및 입자 탐지기를 위한 거대하고 강력한 전자석을 만들 수 있게 되었습니다.
니오븀 원소의 물리적 특성
주기율표의 5족 금속인 니오븀은 반짝이는 회색의 연성 상자성 금속(표 참조)으로 가장 바깥 껍질에 특이한 전자 구성을 가지고 있습니다. 루테늄, 로듐, 팔라듐은 근처에서 발견되며 유사한 특이한 구조를 보입니다.
절대 영도에서 녹는점까지 체심 입방체 결정 구조를 갖는 것으로 여겨지지만, XNUMX개의 결정학적 축을 따라 열팽창을 고해상도로 측정한 결과 입방체 구조와 양립할 수 없는 이방성이 나타납니다. 따라서 이 분야에 대한 추가적인 연구와 탐색이 기대된다.
극저온으로 인해 니오븀이 초전도체로 변합니다. 대기압에서 9,2K의 임계 온도는 원소 초전도체 중 가장 중요합니다. 모든 원소 중에서 니오븀은 자기 침투력이 가장 깊습니다. 바나듐 및 테크네튬과 함께 세 가지 주요 유형 II 초전도체 중 하나입니다. 니오븀 금속의 순도는 초전도 특성에 상당한 영향을 미칩니다.
상당히 순수할 때는 매우 부드럽고 연성이 있지만 불순물이 있으면 더 단단해집니다.
이 금속은 열적 뉴로트랩핑 단면적이 낮기 때문에 원자력 산업에서 중성자 투명 구조를 만드는 데 사용됩니다.
니오븀 원소의 화학 구조
금속은 상온에서 공기 중에 오랫동안 방치되면 푸르스름한 색을 띤다. 이 금속의 기본 형태는 높은 융점(2,468°C)을 갖지만 다른 내화성 금속보다 밀도가 낮습니다. 또한 유전체 산화물 층을 형성하고 초전도성을 나타내며 부식에 강합니다.
란타나이드 수축으로 인해 니오븀은 더 무거운 탄탈 원자와 크기가 거의 같은 반면, 주기율표의 전신인 지르코늄은 전기 양성이 약간 적고 더 조밀합니다. 결과적으로 니오븀은 주기율표에서 니오븀 바로 아래에 위치한 탄탈륨과 화학적으로 매우 유사합니다. 니오븀은 탄탈륨만큼 내식성이 뛰어나지는 않지만 저렴한 가격과 높은 가용성으로 인해 화학 공장의 보일러 코팅과 같이 덜 까다로운 응용 분야에 매력적입니다.
출처 : Wikipedia
Günceleme: 29/04/2023 16:20