Nióbio

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Pix.gif Nióbio Stylised Lithium Atom.svg
ZircônioNióbioMolibdênio
V
  Cubic-body-centered.png
 
41
Nb
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Nb
Ta
Tabela completaTabela estendida
Aparência
cinza metálico, mas azulado quando oxidado


Um cubo de 1cm3 de nióbio anodizado de alta pureza (99,95%) e cristais de nióbio de alta pureza (99,995%), feitos eletrolitamente, para efeito de comparação.
Informações gerais
Nome, símbolo, número Nióbio, Nb, 41
Série química Metal de transição
Grupo, período, bloco 5B, 5, d
Densidade, dureza 8570 kg/m3, 6,0
Número CAS 7440-03-1
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atômica 92,90638 u
Raio atómico (calculado) 146 pm
Raio covalente 164±6 pm
Raio de Van der Waals pm
Configuração electrónica [Kr] 4d4 5s1
Elétrons (por nível de energia) 2, 8, 18, 12, 1 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação 5, 4, 3, 2, -1 (óxido levemente ácido)
Óxido
Estrutura cristalina cúbica centrada no corpo
Propriedades físicas
Estado da matéria sólido
Ponto de fusão 2750 K
Ponto de ebulição 5017 K
Entalpia de fusão 30 kJ/mol
Entalpia de vaporização 689,9 kJ/mol
Temperatura crítica  K
Pressão crítica  Pa
Volume molar m3/mol
Pressão de vapor 1 Pa a 2942 K
Velocidade do som 3480 m/s a 20 °C
Classe magnética
Susceptibilidade magnética
Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie  K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling) 1,6
Calor específico 265 J/(kg·K)
Condutividade elétrica S/m
Condutividade térmica 53,7 W/(m·K)
Potencial de ionização 652,1 kJ/mol
2º Potencial de ionização 1380 kJ/mol
3º Potencial de ionização 2416 kJ/mol
4º Potencial de ionização 3700 kJ/mol
5º Potencial de ionização 4877 kJ/mol
6º Potencial de ionização 9847 kJ/mol
7º Potencial de ionização 12100 kJ/mol
8º Potencial de ionização kJ/mol
9º Potencial de ionização kJ/mol
10º Potencial de ionização kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD
MeV
91Nb sintético 6,8×102 a ε - 91Zr
91mNb sintético 60,86 d IT 0,104 91Nb
92Nb sintético 10,15 d ε
γ
-
0,934
92Zr
-
92Nb sintético 3,47×107 a ε
γ
-
0,561, 0,934
92Zr
-
93Nb 100% estável com 52 neutrões
93mNb sintético 16,13 a TI 0,031 93Nb
94Nb sintético 2,03×104 a β-
γ
0,471
0,702, 0,871
94Mo
-
95Nb sintético 34,991 d β-
γ
0,159
0,765
95Mo
-
95mNb sintético 3,61 d TI 0,235 95Nb
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.

O nióbio é um elemento químico, de símbolo Nb, número atômico 41 (41 prótons e 41 elétrons) e massa atómica 92,9 u. É um elemento de transição pertencente ao grupo 5 ou VB da classificação periódica dos elementos. O nome deriva da deusa grega Níobe, filha de Dione e Tântalo — este último, por sua vez deu nome a outro elemento da família 5B, o tântalo [1] . É usado principalmente em ligas de aço para a produção de tubos condutores de fluidos. Em condições normais, é sólido. Foi descoberto em 1801 pelo inglês Charles Hatchett.

O nióbio tem propriedades físicas e químicas similares e são de complexa distinção. O químico inglês Charles Hatchett concluiu erroneamente que o tântalo e o colúmbio eram idênticos. O químico alemão Heinrich Rose estabeleceu em 1846 que os minérios de tântalo contêm um segundo elemento que nomeou de nióbio. Em 1864 e 1865, vários cientistas esclareceram que o nióbio e o colúmbio era o mesmo elemento, e por um século ambos os nomes foram utilizados de forma intercambiável. O nióbio foi oficialmente adotado como um elemento químico em 1949, porém o termo colúmbio ainda é utilizado na metalurgia nos Estados Unidos da América.

O nióbio não era utilizado comercialmente até o século XX. Existem poucas minas de extração economicamente viável de nióbio no mundo, sendo o Brasil o maior produtor mundial de nióbio e ferronióbio, uma liga de nióbio e ferro, e responsável por 75% da produção mundial do elemento.[2] [3]

Ele é muito utilizado nas ligas, em especial na produção de aços especiais que são utilizados na estrutura física dos gasodutos. Embora estas ligas contenham no máximo 0,1%, a pequena porcentagem de nióbio proporciona uma grande resistência mecânica no aço. A estabilidade térmica das superligas que contém nióbio é importante para a produção de motores de aeroplanos e na propulsão de foguetes e em vários materiais supercondutores. Estas ligas supercondutoras do tipo II, que também contém titânio e estanho, são geralmente usadas nos ímãs supercondutoras nas imagens por ressonância magnética. Outras aplicações incluem a soldagem, indústria nuclear, eletrônica, óptica, numismática e produção de joias. Nas últimas duas aplicações ele é utilizado pela sua baixa toxicidade e pela possibilidade de coloração pela anodização.

História[editar | editar código-fonte]

Pintura em preto e branco no formato oval com um homem vestindo uma camisa branca e de colar proeminente e gravata
Charles Hatchett, primeiro a isolar o nióbio.
Black and white image of a marmor sculpture of a bowing woman with a child nestling in her lap
Fotografia de uma escultura helenística representando o Niobe por Giorgio Sommer.

O nióbio (mitologia grega: Níobe, filha de Tântalo) foi descoberto pelo químico inglês Charles Hatchett em 1801.[4] Ele encontrou um novo mineral que foi extraído da Inglaterra em torno de 1734 por John Winthrop (filho de John Winthrop, o jovem que foi o primeiro governador de Connecticut) e deu a este mineral o nome de columbita e o novo elemento de colúmbio, homenageando a personagem poética norte-americana colúmbia.[5] [6] [7] O colúmbio descoberto por Hatchett foi provavelmente uma mistura de um novo elemento com o tântalo.[5]

Subsequentemente, havia muitas confusões [8] sobre a diferença entre o colúmbio (nióbio) e intimamente relacionado tântalo. Em 1809, o químico inglês William Hyde Wollaston comparava os óxidos derivavam de ambos colúmbio-columbito, com uma densidade acima de 5,918 g/cm3, e o tântalo-tantalita, com uma densidade acima de 8 g/cm3, concluiu que os dois óxidos, apesar da significativa diferença de densidade, eram idênticos, deste modo ele manteve o nome de tântalo.[8] Esta conclusão foram disputadas em 1846 pelo químico alemão Heinrich Rose, que argumentou que havia dois elementos químicos diferentes em uma simples tantalita, e nomeou na época homenageando a criança de Tantalus: nióbio (de Níobe), e pelônio (de Pelops).[9] [10] Esta confusão surgiu pelas mínimas diferenças observadas entre o tântalo e o nióbio. A afirmação dos novos elementos: pelônio, ilmênio e diânio[11] foram de fato semelhantes para o nióbio ou nas misturas de nióbio e tântalo.[12]

As diferenças entre o tântalo e o nióbio foram inequivocamente demonstradas em 1864 por Christian Wilhelm Blomstrand, [12] e Henri Etienne Sainte-Claire Deville, e assim como Louis J. Troost, que determinaram as fórmulas de alguns dos compostos em 1865[12] [13] e finalmente pelo químico suíço Jean Charles Galissard de Marignac[14] que em 1866, quem provou integralmente que havia dois elementos químicos. Os artigos sobre o ilmênio continuam a aparecer até 1871.[15]

De Marignac foi o primeiro a preparar o metal em 1864, quando ele reduziu o cloreto de nióbio aquecendo em atmosfera modificada de hidrogênio.[16] Embora De Marignac fosse capaz de produzir o nióbio sem tântalo em larga escola em 1866, somente no início do século XX que o nióbio foi utilizado em escala comercial nos filamentos das lâmpadas incandescentes.[13] Ele foi rapidamente tornou-se obsoleto com a substituição do nióbio com o tungstênio, que tem um elevado ponto de fusão e assim é o preferido para a utilização de lâmpadas incandescentes. A descoberta que o nióbio melhora o micro aços-ligas foi produzida em 1920, e esta aplicação a permanecer sua utilização predominante.[13] Em 1961, o físico americano Eugene Kunzler e seus colaboradores da Bell Labs descobriu que a folha-de-flandres de nióbio apresenta supercondutividade na presença da corrente elétrica e dos campos magnéticos,[17] fazendo o primeiro material para suportar a alta corrente e os campos necessários para ímãs e maquinários de alta potência. Esta descoberta ligará duas décadas depois, a produção de longos cabos multi-vertentes que poderiam ser utilizados nas bobinas, poderosos eletroímãs para máquinas rotativas, aceleradores de partículas ou detectores de partículas.[18] [19]

Em 2009, o trabalho de pesquisa da COPPE, UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), obteve uma patente internacional para uma tinta anticorrosiva a base de nióbio num processo denominado "niobização".[20]

Desenvolvimento etimológico do elemento[editar | editar código-fonte]

O Colúmbio (símbolo Cb[21] ) foi o primeiro nome dado pelo seu descobridor, Hatchett, cujo seu nome era utilizado pelas publicações norte-americanas com a Sociedade Americana de Química até o ano de 1953[22] , enquanto a Europa já utilizava o termo nióbio. Para evitar confusões, o termo nióbio foi escolhido para ser o elemento 41 da 15° Conferência da União de Química em Amsterdam em 1949.[23] Um ano depois de este termo ser oficialmente instituído pela União Internacional de Química Pura e Aplicada. (IUPAC) depois de um século de controvérsia, apesar de tudo muitas sociedades químicas, organizações governamentais, a maioria dos metalúrgicos e produtores comerciais do metal em especial as norte-americanas referem-se ao elemento 41 como Colúmbio.[23] [24] Não é o único elemento que tem apenas um termo, por exemplo, a IUPAC aceita que o tungstênio seja chamado volfrâmio, em deferência a utilização deste termo nos Estados Unidos e o nióbio como alternativa de colúmbio, em deferência a utilização deste termo na Europa.[23] Não sendo universal, e que muitas lideranças das sociedades de química e organizações governamentais referem utilizando assim como o termo nióbio que é adotado pela IUPAC, enquanto muitas lideranças do setor da metalurgia e o Serviço Geológico dos Estados Unidos ainda referem para o metal pelo nome original de "colúmbio".[25] [26]

Características principais[editar | editar código-fonte]

Físicas[editar | editar código-fonte]

O nióbio é um material lustroso, com coloração cinza brilhante, dúctil, um metal paramagnético no Grupo 5 da Tabela Periódica, embora tenha uma configuração eletrônica anômala se comparado com os outros membros. (Isto pode ser observado nos vizinhos como o rutênio (44), o ródio (45) e o paládio (46).)

Z Elemento Químico Número de elétrons
23 vanádio 2, 8, 11, 2
41 nióbio 2, 8, 18, 12, 1
73 tântalo 2, 8, 18, 32, 11, 2
105 dúbnio 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 (previsto)

O nióbio torna-se um material criogênico sob temperaturas criogênicas. Sob pressão atmosférica, ele tem a temperatura crítica mais elevada dos elementos supercondutores: 9.2 K.[27] Ele tem a melhor supercondutividade.[27] Além disso, ele é um dos três elementos supercondutores Tipo 2, junto com o vanádio e o tecnécio. As propriedades supercondutoras são fortemente dependentes de sua pureza.[28] Quando mais puro, mais mole e dúctil, porém as impurezas do nióbio o tornam mais duro.[29]

O metal tem uma baixa captação de nêutrons térmicos [30] e por causa isso ele é utilizado nas indústrias nucleares.[31]

Isótopos[editar | editar código-fonte]

O nióbio ocorre naturalmente é composto de um isótopo estável, 93Nb.[32] Desde 2003, os menores de 32 radioisótopos têm sido sintetizados, variando a sua massa atômica entre 81 até 113. O isômero mais estável é o 92Nb com uma meia-vida de 34,7  de milhões de anos. Um dos menores isótopos é o 113Nb, com sua meia-vida estimada de 30 milissegundos. Os isótopos que são mais leves do que o estável 93Nb tende a decompor pelos raios betas positivo (β+) e estes que são mais pesos tende a decompor pelos raios beta negativo (β-), com algumas exceções. O 81Nb, 82Nb e o 84Nb têm os raios β+ decompostos pela órbita da emissão de prótons, o 91Nb decompõe pela captura de elétrons e pela emissão de prótons e o 92Nb decompões por ambos os raios betas, respectivamente, β+ e o β-.[32]

Com menos de 25 isômeros nucleares descritos, com sua massa atômica baldeando entre 84 a 104. Com esta variedade, não são isômeros somente: 96Nb, 101Nb e 103Nb. O isômero mais estável é o 84mNb com uma meia-vida de 103 ns. Todos os isômeros decompõem pela transição isomérica ou pela decomposição dos raios beta, exceto o 92m1Nb, que tem uma captura eletrônica em sua cadeia de desintegração.[32]

Ocorrência[editar | editar código-fonte]

Placa de Nióbio.

Estima-se que o nióbio seja o 33° elemento mais abundante da Terra, com concentração de 20 ppm.[33] Alguns pensam que a abundância do nióbio no planeta é muito maior, porém não é possível encontrar mais fontes do elementos porque este está no núcleo terrestre por causa da sua elevada densidade.[25] O elemento nunca foi encontrado livre na natureza.[29] Os minérios que contêm nióbio também contém tântalo. Como a niobite (columbita) (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6 e o coltan [(Fe, Mn)(Ta, Nb)2O6].[34] Os minerais de columbita-tantalita são geralmente os minerais mais encontrados nas intrusões alcalinas e de pegmatito. Nos niobatos também se encontram elementos como o cálcio, urânio, o tório e metais de terras raras. Os exemplos de niobatos são: os minerais de pirocloro (NaCaNb2O6F ), e euxenita [(Y, Ca, Ce, U, Th) (Nb, Ta, Ti)2O6]. Grandes depósitos de nióbio foram encontrados associados a rochas de carbonosilicatos, e como constituinte do pirocloro.[35]

Os dois maiores depósitos de pirocloro foram descobertos em 1950 no Brasil e no Canadá e ambos os países são até hoje os maiores produtores de minério de nióbio.[13] O maior depósito de intrusão de carbonatita está localizada em Araxá, Minas Gerais, no Brasil, que está sendo extraída pela CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração) e o outro depósito está localizado em Goiás que está sendo extraída pela Anglo American (por meio da subsidiária Mineração Catalão), também extraindo uma intrusão subterrânea de carbonatita.[36] Estas duas minas brasileiras produzem cerca de 75% da demanda mundial de nióbio. A terceira maior produtora de nióbio é a mina subterrânea de carbonatita de Niobec , em Saint-Honoré próximo de Chicoutimi, Quebec, sendo extraída pela Iamgold Corporation Ltd, que produz cerca de 7% da demanda mundial.[37] [36] Os depósitos do Quênia, em Kwale, estão na sexta colocação entre os maiores produtores do mundo.[38]

Novas minas de nióbio podem ser extraídas nos próximos anos. Segundo estudos geológicos, foram descobertos potenciais depósitos de extração viável nas regiões de Elk Creek, Nebraska e de Rondônia . [39] [40]

Químicas[editar | editar código-fonte]

O metal tem uma coloração azulada quando exposto ao ar em temperatura ambiente por um longo tempo.[41] Apesar de ter um alto ponto de fusão (2,468 °C), ele tem uma densidade menor se comparado com outros metais refratários. Além disso, tem resistência a corrosão, apresenta propriedades supercondutoras e nas camadas de óxidos propriedades dielétricas.

O nióbio é ligeiramente menos eletropositivo e mais denso do que o seu predecessor da tabela periódica, zircônio, sendo virtualmente idêntico com os átomos de tântalo, devido à contração dos lantanídeos.[29] Como resultado, as propriedades químicas do nióbio são similares ao do tântalo, que aparece diretamente abaixo do nióbio na tabela periódica.[13] Embora a sua resistência a corrosão não seja tão proeminente como no tântalo, seu preço baixo e sua abundância faz do nióbio um produto atrativo para reduzir a demanda de revestimentos nas indústrias químicas.[29]

Compostos[editar | editar código-fonte]

O nióbio é de muitas formas similar ao tântalo e o zircônio. Ele reage com muitos elementos químicos da classe dos não-metais em altas temperaturas: o nióbio reage com o fluoreto em uma caldeira com gás cloro e hidrogênio sob temperatura de 200 °C e com nitrogênio com temperatura de 400 °C, produzindo os produtos intersticiais e não estequiométricos.[29] O metal começa a oxidar na atmosfera sob temperatura de 200 °C,[42] e é resistente à corrosão e ao contato de elementos alcalinos e por ácidos, incluindo água regia, o ácido clorídrico, o ácido sulfúrico, o ácido nítrico e o ácido fosfórico.[29] O nióbio é atacado pelo ácido fluorídrico e por misturas de ácido fluorídrico com o ácido nítrico.

Embora o nióbio apresente todos os estados de oxidação formal de +5 to −1, na maioria dos compostos de nióbio, encontra o estado de oxidação +5 .[29] Os compostos que tem um estado de oxidação menor de +5 geralmente têm ligações Nb–Nb.

Carbonetos e nitretos[editar | editar código-fonte]

Outros compostos binários de nióbios incluem o nitreto de nióbio (NbN), que estão um supercondutor sob baixas temperaturas e é utilizado nos detectores de radiação eletromagnética.[43] O carboneto de nióbio é o NbC que é um material extremamente duro, refratário, cerâmico, comercialmente utilizado em bits no setor de ferramentaria.

Haletos[editar | editar código-fonte]

Watch glass on a black surface with a small portion of yellow crystals
Uma amostra de pentacloreto de nióbio (porção amarelo) que foi parcialmente hidrolisada (material branco).
Modelo de bolas e varetas do pentacloreto de nióbio, onde existe a formação de um dímero.

O nióbio forma haletos com os estados de oxidação +5 e +4 assim como vários compostos não-estequiométricos.[42] [44] Os pentahaletos (NbX5) caracterizam-se pelos centros octaédricos. O pentafluoreto de nióbio (NbF5) é um sólido branco com temperatura de fusão de 79,0 °C e o pentacloreto de nióbio (NbCl5) é um sólido amarelo (como na imagem à esquerda) com um ponto de fusão de 203,4 °C. Ambos são hidrolisados para produzir óxidos e oxihaletos, como o NbOCl3. O pentacloreto é um reagente versátil sendo utilizado nos compostos organometálicos, como o dicloreto niobioceno ((C5H5)2NbCl2).[45] Os tetrahaletos (NbX4) são polímeros de coloração preta com ligações entre as partículas de nióbio, como por exemplo o tetrafluoreto de nióbio (NbF4) e o tetracloreto de nióbio (NbCl4).

Os haletos aniônicos de nióbio são muito conhecidos, devido em parte da acidez de Lewis dos pentahaletos. O mais importante é o [NbF7]2-, que é um produto intermediário na separação do nióbio e do tântalo em seus minerais.[34] Este heptafluoreto tende a formar o oxopentafluoreto mais prontamente do que os compostos de tântalo. Outros haletos incluem o octaedro de [NbCl6]:

Nb2Cl10 + 2 Cl → 2 [NbCl6]

Como para os outros metais, uma variedade de haletos fechados que sofrem a redução são conhecidos, sendo o primeiro exemplo: [Nb6Cl18]4−.[46]

Óxidos e sulfetos[editar | editar código-fonte]

O nióbio forma óxidos com os estados de oxidação +5 (Nb2O5), +4 (NbO2), e +3 (Nb2O3),[42] como também mais raramente o estado de oxidação +2 (NbO).[47] O composto mais encontrado é o pentóxido, precursor de quase todas as ligas e compostos de nióbio.[42] [48] Os niobatos são geralmente dissolvidos o pentóxido em uma solução básica de hidróxido ou pela fusão de seus óxidos metálicos alcalinos. Os exemplos são os niobatos de lítio (LiNbO3) e os niobatos de lantânio (LaNbO4). Nos niobatos de lítio é uma estrutura trigonalmente distorcida , onde o niobato de lantânio contém íons de NbO3−4.[42] As camadas de sulfeto de nióbio (NbS2) também é conhecido.[29]

Os materiais com um filme fino dos óxidos de nióbio (V) podem ser produzidos pelos processos da deposição química em fase vapor ou a deposição atômica, em que caso passa por uma decomposição térmica de etóxido de nióbio (V) sob temperatura de 350 °C.[49] [50]

Produção[editar | editar código-fonte]

Grey e white world map with Brazil colored red representing 90% of niobium world production and Canada colored in dark blue representing 5% of niobium world production
Produtores de nióbio em 2006

Os minerais tantalita e niobite são os únicos de interesse econômico para a produção do nióbio. Depois da separação inicial de outros compostos, é obtida uma mistura de pentóxido de tântalo e pentóxido de nióbio. A primeira etapa no processamento é a reação dos óxidos com o fluoreto de hidrogênio[34]  :

Ta2O5 + 14 HF → 2 H2[TaF7] + 5 H2O
Nb2O5 + 10 HF → 2 H2[NbOF5] + 3 H2O

Este processo em escala industrial denominado método Mariagnac foi desenvolvido por Jean Charles Galissard de Marignac e explora as diferentes solubilidades dos complexos fluoretos de nióbio e de tântalo, o monoidrato de oxipentafluorniobato dipotássico (K2[NbOF5]·H2O) e o heptafluortantalato dipotássico (K2[TaF7]) em água. Novos processos usam a extração dos líquidos das soluções de fluoretos com solventes orgânicos como o cicloexanona.[34] Os complexos de fluoreto de nióbio e de tântalo são extraídos separadamente para os solventes orgânicos com água e ambos precipitam pela adição de fluoreto de potássio para produzir um complexo fluoreto de potássio, ou precipitado com amônia como o pentóxido:[42]

H2[NbOF5] + 2 KF → K2[NbOF5]↓ + 2 HF

Resultando em :

2 H2[NbOF5] + 10 NH4OH → Nb2O5↓ + 10 NH4F + 7 H2

Geralmente são utilizados métodos de redução pra o nióbio metálico. Os principais são: a eletrólise de uma mistura fundida de K2[NbOF5] e cloreto de sódio ou a redução de fluoreto com sódio. Com este segundo método de produção é possível conseguir um alto grau de pureza. A produção em larga escala é utilizada a redução do Nb2O5 com hidrogênio ou carbono[42] . No processo que envolve as reações aluminotérmicas utiliza-se uma mistura de óxido de ferro e óxido de nióbio que estará reagindo com alumínio:

3 Nb2O5 + Fe2O3 + 12 Al → 6 Nb + 2 Fe + 6 Al2O3

Para melhorar a reação, pequenas quantidades de oxidante como o nitrato de sódio são adicionados sendo produzidos o óxido de alumínio e o ferronióbio, uma liga de ferro e nióbio utilizado na metalurgia. [51] [52] O ferronióbio contêm cerca de 60 a 70% de nióbio. [36] Sem a adição do óxido de ferro, a aluminotermia é utilizada para a produção de nióbio. Outros processos de purificação são necessários para as ligas supercondutoras. A função pelos elétrons à vácuo são utilizados pelos dois maiores produtores de nióbio .[44] [53]

Desde 2013, a Companhia Brasileira de Alumínio controla cerca de 85% da produção mundial de nióbio.[54] As estimativas do Serviço Geológico dos Estados Unidos que a produção cresceu de 38.700 toneladas em 2005 para 44.500 toneladas em 2006.[55] [56] Estima-se que os recursos mundiais sejam de 4.400.000 toneladas de nióbio.[56] Durante a década entre 1995 e 2005, a produção mais que dobrou, que no ano de 1995 produziu 17.800 toneladas .[57] Desde 2009 a produção se estabilizou na marca de 63.000 toneladas por ano.[58]

Produção de nióbio (toneladas) [59] (Estimativa da USGS)
País 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
 Austrália 160 230 290 230 200 200 200  ?  ?  ?  ?  ?
 Brasil 30.000 22.000 26.000 29.000 29.900 35.000 40.000 57.300 58.000 58.000 58.000 58.000
 Canadá 2.290 3.200 3.410 3.280 3.400 3.310 4.167 3.020 4.380 4.330 4.420 4.400
 Congo D.R.  ? 50 50 13 52 25  ?  ?  ?  ?  ?  ?
 Moçambique  ?  ? 5 34 130 34 29  ?  ?  ?  ?  ?
 Nigéria 35 30 30 190 170 40 35  ?  ?  ?  ?  ?
 Ruanda 28 120 76 22 63 63 80  ?  ?  ?  ?  ?
Produção mundial 32.600 25.600 29.900 32.800 34.000 38.700 44.500 60.400 62.900 62.900 62.900 63.000

Pequenas minas de nióbio foram encontradas nas minas de Kanyika no Malawi.

Aplicações[editar | editar código-fonte]

Aplicações hipoalergênicas: joias e medicamentos[editar | editar código-fonte]

O nióbio e algumas ligas de nióbio são fisiologicamente inertes e com características hipoalergênicas. Por estes motivos, o nióbio é encontrado em muitos dispositivos médicos como o marca-passo.[60] O nióbio é tratado com hidróxido de sódio formando um camada porosa utilizadas nos tratamentos de osseointegração.[61]

Junto com o titânio, o tântalo e o alumínio, o nióbio pode também ser aquecido eletricamente e anodizado resultando na produção de diversas colorações utilizando um processo conhecido como anodização de um metal reativo onde é aplicado na produção de joias.[62] [63] Pela propriedade do nióbio ser um elemento químico hipoalergênico ele é utilizado na produção de joias.[64]

Eletrocerâmicas[editar | editar código-fonte]

O niobato de lítio tem como característica de ser um material com propriedades ferroelétricas, as quais são aproveitadas na produção de telefones celulares, nos moduladores ópticos e na fabricação de aparelhos de superfície de ondas acústicas. Ele vem da estrutura ferroelétrica da perovskita, como do tantalato de lítio e do tantalato de bário.[65] O nióbio foi avaliado com uma alternativa mais econômica para o desenvolvimento de capacitores,[66] apesar da predominância dos capacitores de tântalo. O nióbio é adicionado com o vidro para aumentar o índice de refração, um propriedade utilizada na indústria óptica na fabricação de óculos de grau.

O pentóxido de nióbio (Nb2O5) também é uma cerâmica conveniente para a obtenção de sensores de pH, lentes óticas e em filtros especiais para receptores de TV, entre outros.[67]

Ímãs supercondutoras[editar | editar código-fonte]

O scanner da máquina de ressonância magnética utiliza uma força de 3 teslas utilizando uma liga de nióbio supercondutora.

Os compostos de nióbio-germânio(Nb3Ge), nióbio-escândio e as ligas de nióbio-titânio são utilizadas como tipos de semicondutores II como fios de ímãs supercondutores .[68] [69] Estes ímãs supercondutores são utilizados nos instrumentos das máquinas de imagens por ressonância magnética e nas máquinas de ressonância magnética nuclear como também nos aceleradores de partículas.[70] Por exemplo, o Grande Colisor de Hádrons utiliza 600 toneladas de cordões supercondutores de Nb3Sn e cerca de 250 toneladas de cordões supercondutores de NbTi.[71]

Também os semicondutores contendo somente nióbio são utilizados nas cavidades dos aparelhos de radiofrequência nos lasers de elétrons livres nas pesquisas da FLASH (Free Electron Laser in Hamburg) e da European XFEL.[72]

A alta sensibilidade do semicondutor nitrito de nióbio são utilizados na produção de microbolomêtros sendo um detector ideal de radiação eletromagnética na escala de frequência THz. Estes detectores foram testados no Telescópio Submilimétrico Heinrich Hertz, o telescópio do Pólo Sul, no Receiver Lab Telescope, na APEX (Atacama Pathfinder Experiment) e atualmente está sendo testada nos instrumentos de HIFI nas placas do Observatório Espacial Herschel.[73]

Ligas metálicas com base de nióbio[editar | editar código-fonte]

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A liga C-103 foi desenvolvida no início dos anos de 1960 pela Wah Chang Corporation e a Boeing. A DuPont, Union Carbide, General Electric e outras companhias deste setor industrial, simultaneamente, desenvolveram também as ligas metálicas baseadas em nióbio, incentivadas pela Guerra Fria e a Corrida Espacial . A sensibilidade do nióbio em contato com o oxigênio requisitava dos fabricantes a construção de um sistema a vácuo ou de atmosfera inerte, o que aumentava significativamente os custos e tornavam a produção mais complicada. Os processos de fabricação solda por difusão a vácuo e a fusão por feixe de elétrons, que eram as inovações na época, permitiram a aplicação de metais reativos como o nióbio. [74]

Numismática[editar | editar código-fonte]

O nióbio é utilizado como um metal precioso nas moedas comemorativas, apenas com prata ou ouro. Por exemplo, a Áustria produziu uma série de moedas de euro de prata e nióbio a partir de 2003, a cor destas moedas é criada pela difração da luz pelo uma fina camada de óxido produzido via anodização.[75] Em 2012, dez moedas estão disponíveis apresentando uma variedade de colores no centro da moeda: azul, verde, marrom, violeta, roxo ou amarelo. Além deste dois exemplos são das moedas austríacas de €25 de ouro e prata em comemoração aos 150 anos de inauguração da Via Férrea de Semmering,[76] e em 2006 as moedas de €25 em comemoração a inauguração do Galileo.[77] A casa da moeda da Áustria produziu para Latvia uma série de moedas similares a partir de 2004,[78] seguindo até 2007.[79] Em 2011, a casa da moeda canadense régia começou a produção de $5 das moedas de prata e nióbio nomeado de Hunter's Moon.[80]

Produção de aço[editar | editar código-fonte]

O nióbio é um elemento microligante eficiente para o aço. A adição de nióbio no aço causa a formação de carboneto de nióbio e o nitreto de nióbio dentro da estrutura do aço. Estes compostos melhoram o refinamento do grão, o retardo da recristalização e o endurecimento por precipitação do aço. Estes efeitos por sua vez aumentam a resistência, força, conformabilidade e soldabilidade das microligas de aço.[25] As microligações de aços inoxidáveis têm um teor de nióbio inferior a 0,1%.[81] Esta é uma liga importante no aço de alta resistência e baixa liga que é muito utilizado na indústria automobilística devido a sua grande resistência.[25] Estas ligas de nióbio são muitos fortes e às vezes são empregadas para a fabricação de oleodutos.[82] [83]

Superligas[editar | editar código-fonte]

Image of the Apollo Service Module with the moon in the background
O bocal do foguete do Apollo 15 CSM na órbita lunar é feita de liga de nióbio-titânio.

Quantidades consideráveis do nióbio, seja ela em forma alotrópica ou na produção de ferronióbio e níquel-nióbio, são utilizadas em superligas de ferro, níquel e cobalto para a produção de componentes de motores a reação, nas turbinas a gás, subligações de foguetes, turbocompressores, resistências a calor e equipamentos de combustão. O nióbio precipita uma fase de γ'' na granulação da superliga.[84] As ligas contém cerca de 6,5% de nióbio.[81] Um exemplo de liga que contém nióbio é a liga niquelada do Inconel 718, que consiste de cerca de 50% de níquel, 18,6% de cromo, 18,5% ferro, 5% de nióbio, 3,1% molibdênio, 0,9% de titânio, e 0,4% de alumínio.[85] [86] Estas superligas são utilizadas, por exemplo nos sistemas de purificação de ar utilizados no programa Gemini.

Uma liga utilizada para os bocais de propulsão dos foguetes de combustível líquido, em especial nos motores do Módulo Lunar Apollo, é a liga de nióbio C-103 que é composta de 89% de nióbio, 10% de háfnio e 1% de titânio.[74] Outra liga de nióbio foi utilizada nos bocais do Módulo de Comando e Serviço Apollo. Como o nióbio é oxidado sob temperaturas de 400 °C, um revestimento de proteção é necessário para evitar a possibilidade de tornar a liga quebradiça.[74]

Outras aplicações[editar | editar código-fonte]

  • Usado em indústrias nucleares devido a sua baixa captura de nêutrons termais.
  • Os selos arcos voltaicos de lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão são feitos de nióbio, ou nióbio com 1% de zircônio, pela similaridade do coeficiente térmico das cerâmicas sinterizadas de alumínio, um material translúcido que resiste às reações de redução ou ataques químicos pelo aquecimento do sódio líquido ou de seus vapores dentro da lâmpada.[87] [88] [89]
  • O nióbio se converte num supercondutor quando reduzido a temperaturas criogênicas. Na pressão atmosférica (e quando puro) , tem a mais alta temperatura crítica entre os elementos supercondutores de tipo I, 9.3 K. Além disso, é um elemento presente em ligas de supercondutores que são do tipo II (como o vanádio e o tecnécio), significando que atinge a temperatura crítica a temperaturas bem mais altas que os supercondutores de tipo I.
  • O nióbio metálico é também utilizado na solda por arco elétrico pela capacidade de quimicamente estável de aço inoxidável.[90]
  • Ele é conveniente como um material anódico nos sistemas de proteção catódica nos tanques de água, que são geralmente galvanizados de platina .[91] [92]

Precauções[editar | editar código-fonte]

O nióbio não possui nenhum papel biológico conhecido. A poeira do elemento pode irritar os olhos e a pele e pode apresentar riscos de entrar em combustão. Porém em larga escala o elemento nióbio é fisiologicamente inerte (e portanto hipoalergênico) e inofensivo. Ele é frequentemente utilizado em jóias e tem sido testado em implantes médicos.[93] [94]

Os compostos que contém nióbio são raramente encontrados, porém muitos deles são tóxicos e devem ser tratados com cuidado. A exposição de curta e longa exposição dos niobatos e os cloretos de nióbio têm sido testadas em ratos. Os ratos tratados com uma injeção de pentacloreto de nióbio ou os niobatos apresentam uma dose letal mediana (LD50) entre 10 e 100 mg/kg.[95] [96] [97] A toxicidade por via oral é baixa, apresentando após sete dias uma dose letal LD50 de 940 mg/kg LD50.[95]

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Bibliografia[editar | editar código-fonte]

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