Niobium

Le niobium est un élément chimique, de symbole Nb et de numéro atomique 41. C'est un métal de transition gris, rare, mou, et ductile.


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Niobium
ZirconiumNiobiumMolybdène
V
  Structure cristalline cubique à corps centré

41
Nb
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Nb
Ta
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Informations générales
Nom, Symbole, Numéro Niobium, Nb, 41
Série chimique métaux de transition
Groupe, Période, Bloc 5, 5, d
Masse volumique 8, 57 g·cm-3 (20 °C) [1]
Dureté 6
Couleur Gris métallique
N° CAS 7440-03-1
N° EINECS 231-113-5
Propriétés atomiques
Masse atomique 92, 90638 ± 0, 00002 u[1]
Rayon atomique (calc) 145 pm (198 pm)
Rayon de covalence 1, 64 ± 0, 06 Å [2]
Configuration électronique [Kr] 4d4 5s1
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 18, 12, 1
État (s) d'oxydation 5, 3
Oxyde Acide faible
Structure cristalline Cubique corps centré
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 2 477 °C [1]
Point d'ébullition 4 744 °C [1]
Énergie de fusion 26, 4 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 696, 6 kJ·mol-1
Volume molaire 14, 02×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 0, 0755 Pa à 2 467, 85 °C
Vitesse du son 3 480 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1, 6
Chaleur massique 265 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 6, 93×106 S·m-1
Conductivité thermique 53, 7 W·m-1·K-1
Solubilité sol. dans HF + HNO3 [3]
Énergies d'ionisation[4]
1re : 6, 75885 eV 2e : 14, 0 eV
3e : 25, 04 eV 4e : 38, 3 eV
5e : 50, 55 eV 6e : 102, 057 eV
7e : 125 eV
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
91Nb {syn. } 680 a ε 1, 253 91Zr
92Nb {syn. } 34, 7 Ma β-
—-—-
ε
0, 356
—-—-
2, 006
92Mo
—-—-
92Zr
93Nb 100 % stable avec 52 neutrons
94Nb {syn. } 20 300 a β- 2, 045 94Mo
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le niobium est un élément chimique, de symbole Nb et de numéro atomique 41. C'est un métal de transition gris, rare, mou, et ductile.

Caractéristiques notables

Le niobium est un métal brillant gris, ductile qui prend une couleur bleutée quand il est exposé à l'air à température ambiante pendant une longue période. Les propriétés chimiques du niobium sont presque semblables à celles du tantale. Le métal commence à s'oxyder à l'air au-dessus d'une température de 200 °C. Le minerai pyrochlore (Ca, Na) Nb2O6 (OH, F) apporte l'essentiel du niobium produit.

Histoire

Le nom dérive de Niobé, la fille de Tantale. Ce choix est dû au fait que le tantale découvert antérieurement s'est avéré ensuite être un mélange avec le niobium.

Le niobium a été découvert en 1801 par Charles Hatchett sous forme d'oxyde Nb2O5. Il l'avait baptisé «colombium». En 1866, du niobium (assez impur) a été préparé par Christian Wilhelm Blomstrand puis le niobium pur par Werner von Bolton en 1907.

Les États-Unis ont longtemps utilisé le nom «colombium» (symbole Cb), du district de Columbia où le minéral a été découvert. Quoique «niobium» soit le nom officiel, on trouve toujours «colombium» dans diverses publications.

Provenance

Le principal pays producteur de niobium est le Brésil, à 80% de la production mondiale, tandis qu'une seule mine localisée à Saint-Honoré, au Québec, Canada, compte pour 15% de la production mondiale. On trouve aussi du niobium dans le Nord-Kivu en République démocratique du Congo et au Gabon. Madagascar devient producteur en 2008. D'autre part, il existe de grandes quantités de niobium en Afghanistan mais la faiblesse des infrastructures dans ce pays rend son exploitation particulièrement complexe[5].

Utilisations

Environ 89% de la consommation mondiale du niobium se retrouve dans la fabrication de l'acier alors que 9% va à la production de superalliages et 2% aux applications de super-conductivité ainsi qu'aux applications médicales[6].

Alliage d'acier

Pour les aciers à hautes caractéristiques, l'adjonction bien précise de niobium, de titane[6] et d'aluminium génère un caractère qualifié de dispersoïde. Un tel acier à dispersoïdes a une résistance perfectionnée (limite d'élasticité et limite de rupture, allongement, striction, résiliences) car la combinaison Ti - Al - Nb facilite l'affinement des grains. L'addition d'élément dispersoïde est particulièrement faible mais nécessite une grande précision de dosage, on parle aussi d'aciers micro-alliés.

Cette résistance justifie l'utilisation d'acier au niobium dans les applications :

Les qualités du niobium en font l'une des huit matières premières stratégiques reconnues comme indispensables en temps de guerre comme en temps de paix[7].

Aimant supraconducteur

On utilise de l'acier au niobium (60 % de niobium) et des alliages de niobium, zirconium ou étain dans des aimants supraconducteurs. L'alliage supraconducteur le plus utilisé est Nb3Ge possédant une température critique de 23K (-250 °C).

Métal d'apport pour le soudage à l'arc

On utilise des alliages de niobium, avec le zirconium, le molybdène, le vanadium, le chrome ou le tungstène comme métal d'apport pour souder à l'arc certains aciers inoxydables.

Orthopédie

Le corps supporte bien un alliage de niobium et de titane qu'on utilise pour des implants ou dans les broches et plaques de réduction des fractures.

Cristaux de niobium et cube bleu de 1cm3
Niobium

Réacteurs nucléaires

Il est utilisé en alliage avec le zirconium pour les enveloppes de barre de combustible du fait de sa faible section de capture des neutrons.

Filtres à onde de surface

Utilisent le niobiate de lithium.

Joaillerie

Le niobium est avec l'or l'unique métal qui se laisse forger à froid par l'artisan. Sa coloration par anodisation est comparable à celle des autres métaux réfractaires tel que le titane[8].

Précautions

Les composés du Niobium se rencontrent assez rarement dans la nature, mais énormément d'entre eux sont hautement toxiques et doivent être traités avec attention. La poussière métallique de niobium provoque une irritation oculaire et dermique et accroît les risques d'incendie. Le niobium n'a pas de rôle biologique connu.

Voir aussi

Notes et références

  1. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)  
  2. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, «Covalent radii revisited», dans Dalton Transactions, 2008, p.  2832 - 2838 lien DOI ] 
  3. (en) Metals handbook, vol.  10 : Materials characterization, ASM International, 1986, 1310 p. (ISBN 0-87170-007-7) , p.  344 
  4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, 2006, 87e éd. (ISBN 0849304873) , p.  10-202 
  5. http ://actu. orange. fr/a-la-une/l-afghanistan-assis-sur-mille-milliards-de-dollars-de-minerais_567058. html
  6. Présentation du Niobium sur le site de Niocan Inc.
  7. Avec le germanium (électronique avancée)  ; le titane (sous-marins de chasse, alliage extrêmement résistant ; magnésium (explosifs)  ; platine (contacts aussi conducteurs que l'or pour l'aviation, circuits avec contacts rapides)  ; mercure (chimie nucléaire, instruments de mesure)  ; molybdène (acier)  ; cobalt (chimie nucléaire). (Christine Ockrent, comte de Marenches, Dans le secret des princes, éd. Stock, 1986, p; 193. )
  8. Pour plus de détail, voir http ://www. archæometry. org/interaction. htm

Sources


  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
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