Niobio: reazioni, composti, usi

Il niobio è un metallo di transizione appartenente al Gruppo 5B e al 5° Periodo con configurazione elettronica [Kr] 4d⁴ 5s¹. La sua scoperta è strettamente collegata a quella del tantalio, poiché entrambi i metalli sono spesso presenti negli stessi minerali e la loro separazione è complicata data la somiglianza dei loro comportamenti.

La ricerca condotta da Charles Hatchett nel 1802 su un campione proveniente dal Connecticut portò alla scoperta di un nuovo elemento, chiamato inizialmente columbio per la sua origine americana. Successivamente, Anders Gustaf Ekeberg identificò il tantalio, le cui proprietà risultarono simili a quelle dell’elemento scoperto da Hatchett. Solo nel 1846, Heinrich Rose comprendeva che nelle rocce analizzate c’era un altro elemento, chiamato niobio in onore di Niobe, figlia di Tantalo della mitologia.

Il niobio è un metallo grigio, tenero e duttile, con numerose ossidazioni tra le quali la più stabile è +5.

Reazioni del niobio

Il niobio, come il tantalio, forma alogenuri di niobio reagendo con gli alogenidi a caldo, mostrando un numero di ossidazione +5. Ad esempio, il NbF₅ è bianco, NbCl₅ è giallo, NbBr₅ è arancione e NbI₅ è dorato. Al contrario di quanto mi ci si potrebbe aspettare, il niobio non reagisce con l’aria né con l’acqua nelle condizioni normali, in quanto si forma un sottile strato di ossido di niobio (Nb₂O₅) sulla superficie.

Composti

Il pentossido di niobio è il precursore di molti composti del metallo. Tra gli ossidi, oltre al pentossido, c’è il biossido NbO₂ con numero di ossidazione +4, ottenuto mediante idrogenazione del pentossido a temperature elevate. Il biossido funge da agente riducente, trasformando biossido di carbonio in carbonio e biossido di zolfo in zolfo.

Oltre al triossido Nb₂O₃, in cui il niobio ha numero di ossidazione +3, vi è il monossido di niobio NbO, in cui il niobio mostra un inusuale numero di ossidazione +2. Quest’ultimo viene prodotto da una reazione di comproporzione tra pentossido di niobio e niobio.

Per esempio: Nb₂O₅ + 3 Nb → 5 NbO

Infine, la reazione del pentossido di niobio con NaOH a 200°C produce il niobiato di sodio NaNbO₃. Un esempio di ossido di niobio che trova largo impiego in diversi settori.Le interessanti proprietà del niobio nell’ambito delle telecomunicazioni emergono dalla sua capacità di generare onde acustiche di superficie quando reagisce con il carbonato di litio.

Seleniuri e loro Applicazioni

I seleniuri di niobio trovano impiego come lubrificanti ad alta temperatura e mostrano una conduttività elettrica superiore alla grafite. In particolare, il seleniuro di niobio NbSe₃ mostra superconduttività a 2 K, rendendolo ideale per batterie al litio.

Carburo di Niobio e Altri Composti

Il carburo di niobio NbC è un materiale refrattario estremamente duro e resistente alla corrosione, utilizzato principalmente negli utensili da taglio. Un altro composto di interesse è il nitruro NbN, che diventa superconduttore a basse temperature ed è impiegato nei rivelatori a luce infrarossa. Il fosfuro NbF, invece, trova impiego come semiconduttore nei diodi laser.

Utilizzi Principali

Il niobio viene utilizzato nella produzione di acciai inossidabili speciali, comunemente impiegati nell’industria automobilistica. Circa il 75% del niobio viene destinato alla produzione di acciai microlegati, caratterizzati da elevate prestazioni meccaniche. Le leghe a base di niobio con nichel, cobalto e ferro vengono impiegate per la realizzazione di componenti resistenti per motori a reazione e turbine a gas, in quanto capaci di sopportare elevate temperature.

Applicazioni Avanzate

Particolare interesse suscitano le leghe di niobio con titanio, dalle proprietà superconduttive, utilizzate nella realizzazione di magneti superconduttori. Gli ossidi di niobio, inoltre, vengono aggiunti ai catalizzatori per migliorarne l’attività catalitica, la selettività e la durata nel tempo.