Pentóxido de nióbio

Pentóxido de nióbio
Camada branca fraturada de pentóxido de nióbio descascando um fio de nióbio
Identificação
Nome IUPAC	Óxido de nióbio (V)
Sinônimos	Pentóxido de nióbio Dinióbio pentóxido de nióbio Anidrido nióbico
N o CAS	1313-96-8
N o ECHA	100.013.831
PubChem	123105
SORRISOS	O = [Nb] (= O) O [Nb] (= O) = O PubChem , visualização em 3D
Aparência	pó cristalino, sólido branco
Propriedades quimicas
Fórmula bruta	Nb 2 O 5   [Isômeros]Nb 2 O 5
Massa molar	265,8098 ± 0,0015  g / mol Nb 69,9%, O 30,1%,
Propriedades físicas
Fusão T °	1512  ° C
Solubilidade	insolúvel em água, solúvel em ácido fluorídrico HF, álcalis fundidos
Massa volumica	4,6  g · cm -3 ou 4,47  g · cm -3
Precauções
SGH
Perigo H302, H332, H335, H341, H361d, H372, H411, H302  : Nocivo por ingestão H332  : Nocivo por inalação H335  : Pode irritar o trato respiratório H341  : Suspeito de causar defeitos genéticos (indicar a via de exposição se for conclusivamente provado que nenhuma outra via de exposição não leva ao mesmo perigo) H361d  : suspeito de afectar o nascituro criança . H372  : Risco demonstrado de danos graves aos órgãos (indicar todos os órgãos afetados, se conhecidos) após exposição repetida ou exposição prolongada (indicar a via de exposição se for conclusivamente provado que nenhuma outra via de exposição leva ao mesmo perigo) H411  : Tóxico para vida aquática com efeitos duradouros
Transporte
-    2862    Número ONU  : 2862  : VANADIUM PENTOXIDE em forma não derretida
Classificação IARC
Grupo 2B: Possivelmente cancerígeno para humanos
Compostos relacionados
Outros compostos	Ta 2 O 5
Unidades de SI e STP, salvo indicação em contrário.

O pentóxido de nióbio é o óxido de composto inorgânico de nióbio para formar Nb 2 O 5.

Propriedades físicas e químicas

Este corpo de Nb 2 O 5, em princípio de estrutura macromolecular, é um sólido branco incolor e inodoro, insolúvel em água e não inflamável, muito pouco reativo, frequentemente na forma de pó. Lembre-se de que este óxido anfotérico estável e ligeiramente ácido constitui a fina camada de oxidação do corpo de nióbio simples, este metal sendo lentamente oxidado no ar:

2 Nb sólido + 5/2 O 2 gás → Nb 2 O 5cobertura sólida comΔHformnoteuonão=-463kvsnoeu/moeu {\ displaystyle \ Delta Hformation = -463kcal / mol ~}

É o principal composto na química do nióbio , na encruzilhada de um grande número de produtos, particularmente no campo de ligas e outros materiais específicos, incluindo capacitores , niobato de lítio e vidros ópticos.

Estruturas cristalinas

Ele exibe vários polimorfismos, cuja geometria é amplamente baseada na coordenação octaédrica dos átomos de nióbio. Variedades polimórficas são identificadas com prefixos específicos.

A variedade mais comum é monoclínica  :

• Abaixo de 750  ° C , é denominado B- Nb 2 O 5 . O ajuste dos poliedros de coordenação corresponde a uma estrutura de rutilo do grupo espacial B2 / b com, como parâmetros de rede, a = 1273 pm , b = 556 pm, c = 488 pm, γ = 105 ° 05 '. A estrutura é de pentóxido de antimônio, com uma camada de barreira ao oxigênio quase hexagonal. O índice de refração é de cerca de 2,3 para comprimentos de onda de luz de 500 nm. O corpo que se cristaliza em pequenos comprimidos, folhas ou flocos é transparente entre 350 e 7000 nm.
• Acima de 750  ° C , a forma mais estável é H- Nb 2 O 5 . O grupo de simetria é P 2 ( n o  3 ) com, como parâmetros de malha, a = 2116 pm , b = 382,2 pm, c = 1935 pm, β = 119 ° 50 'e Z (número de unidades por malha) = 14. Esta estrutura é complexa, com uma malha cristalina unitária, portanto, contendo 28 átomos de nióbio e 70 de oxigênio, com 27 átomos de nióbio na posição octaédrica e um na posição tetraédrica.

É possível preparar por hidrólise , a partir de uma solução de cloreto de pentnióbio ou de Nb 2 O 5 dissolvido em HF, vários hidratos sólidos, Nb 2 O 5 . n H 2 O, estruturalmente descaracterizado, denominado ácido nióbico (anteriormente denominado ácido columbico por Charles Hatchett ).

Preparação e produção

O Nb 2 O 5 é preparado por hidrólise de niobatos de metais alcalinos, mas também pela ação de corpos básicos ou bases em vários "alcóxidos" e fluoretos de nióbio. Esses processos facilitam a obtenção de óxidos hidratados que, após calcinação, dão o óxido desejado.

Outras vias de preparação

Dado que o Nb 2 O 5 é o composto e a espinha dorsal fundamental da química do nióbio, existem muitos métodos de obtenção, às vezes simples e práticos, às vezes sofisticados ou complexos. A oxidação do dióxido de nióbio NbO 2 no ar explica a variedade polimórfica L-Nb 2 O 5 . Nb 2 O 5 substancialmente puro, se o oxicloreto residual for removido, pode ser preparado por hidrólise de NbCl 5 :

2 NbCl 5 pó sólido + 5 H 2 O em excesso de água → Nb 2 O 5 precipitado sólido + 10 HCl aquoso

Um método original de síntese pela via sol-gel envolve a hidrólise, já mencionada, de vários alcóxidos de nióbio, por exemplo pentaetóxido de nióbio, na presença de ácido acético, seguida pela calcinação dos géis para produzir a forma polimórfica, T- Nb 2 O 5 .

Partículas nanométricas de pentóxido de nióbio foram sintetizadas por redução de LiH de pentacloreto de nióbio NbCl 5 , seguido por uma oxidação aerotransportada necessária para obter microestruturas de niobato.

Reações

O Nb 2 O 5 é atacado pelo HF, sendo facilmente solúvel neste solvente. Ele também se dissolve quando quente em hidróxidos alcalinos fundidos.

Redução em corpo metálico único Nb

A redução do pentóxido Nb 2 O 5 é uma etapa necessária na produção industrial do metal nióbio. Na década de 1980, aproximadamente 15.000 toneladas de Nb 2 O 5 eram usadas anualmente para obter o metal. O método principal é a redução por aluminotermia deste óxido, ou seja, uma reação exotérmica com o único corpo de alumínio :

3 Nb 2 O 5 + 10 Al → 6 Nb + 5 Al 2 O 3

Outro caminho conhecido, mas cada vez menos percorrido, passa pela redução por carbono, constitui a primeira das duas etapas do antigo processo Balke:

Nb 2 O 5 sólido aquecido entre 800 e 900 ° C + 7 C pó sólido → 2 NbC sólido + 5 gás CO 5 NbC sólido duro + Nb 2 O 5 → 7 Nb metal + 5 CO gás (aquecido sob vácuo a 1800 ° C)

Preparação de haletos de Nb

Vários métodos são conhecidos para converter Nb 2 O 5 em halogenetos. Mas essas são reações incompletas que deixam os oxihaletos.

No laboratório, a reação pode ser realizada com cloreto de tionila :

Nb 2 O 5pó sólido branco + 5 SOCl 2 líquido → 2 NbCl 5 pó sólido amarelo + 5 SO 2 gasoso

Nb 2 O 5 reage com CCl 4 para dar oxicloreto de nióbio NbOCl 3 .

Formação de niobatos

O tratamento de Nb 2 O 5 com soda cáustica NaOH inicialmente aquoso aquecido a 200 ° C deixa o niobato de sódio do corpo cristalino, enquanto a reação com KOH pode dar os íons hexaniobato solúvel em água escritos na terminologia de Lindqvist, Nb 6 O 19 8-. Os niobatos de lítio como LiNbO 3 e Li 3 NbO 4 podem ser preparados pela reação de carbonato de lítio com nosso óxido Nb 2 O 5 .

Obtenção de óxidos de nióbio com níveis de oxidação mais baixos

Em alta temperatura, a redução do pentóxido de Nb pelo gás hidrogênio H 2 dá ao corpo negro NbO 2 :

Nb 2 O 5 + H 2 → 2 NbO 2 + H 2 O

O monóxido de Nb é obtido a partir de uma reação estequiométrica usando um forno a arco:

Nb 2 O 5 + 3Nb → 5 NbO

Borgonha ou marrom, óxido de nióbio (III), um dos primeiros óxidos supercondutores conhecidos, pode ser preparado novamente, respeitando as mesmas proporções ou "compressão":

Li 3 NbO 4 + 2 NbO → 3 Li NbO 2

Usos

O pentóxido de nióbio é usado extensivamente para a produção de metal ou ligas de nióbio, mas existem aplicações especializadas para niobato de lítio e niobatos para a fabricação de vidros refrativos e filtros ópticos.

links externos

• Base de informações de nióbio e dados de pesquisa
• Filmes finos de Nb 2 O 5 formam as camadas dielétricas em capacitores de eletrólitos sólidos e essas camadas específicas podem ser depositadas por eletrólise em corpos à base de monóxido de nióbio sinterizado. Katsuhiro Yoshida, Noriko Kuge (NEC Corporation), Corpos sinterizados baseados em subóxido de nióbio, EUA Patente 6215652, 2001.

Referências

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