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 - Élément chimique - Produit chimique - Matériau - Métal de transition - Métal

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4.1.1 Niobium métal. Le pentoxyde de niobium est la matière première... (source : techniques-ingenieur)

Niobium

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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]

Gris métallique

Propriétés atomiques

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

Propriétés physiques

solide

2 477 °C ^[1]

4 744 °C ^[1]

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]

1^re : 6, 75885 eV

2^e : 14, 0 eV

3^e : 25, 04 eV

4^e : 38, 3 eV

5^e : 50, 55 eV

6^e : 102, 057 eV

7^e : 125 eV

Isotopes les plus stables

iso	AN	Période	MD	Ed	PD
iso	AN	Période	MD	MeV	PD
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 pipelines (où le niobium est quelquefois associé au zirconium)
les fusées et les satellites envoyés dans l'espace (Apollo 11 était fait à 60 % en acier au niobium^{[réf. nécessaire]}).
la construction automobile, dans les barres anti-intrusion

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

Métaux réfractaires

Notes et références

(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
(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 ]
(en) Metals handbook, vol. 10 : Materials characterization, ASM International, 1986, 1310 p. (ISBN 0-87170-007-7) , p. 344
(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, 2006, 87^e éd. (ISBN 0849304873) , p. 10-202
http ://actu. orange. fr/a-la-une/l-afghanistan-assis-sur-mille-milliards-de-dollars-de-minerais_567058. html
Présentation du Niobium sur le site de Niocan Inc.
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. )
Pour plus de détail, voir http ://www. archæometry. org/interaction. htm

Sources

Louis Perron, Le Niobium, Ressources naturelles Canada

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Métaux alcalins	Métaux alcalino-terreux	Métaux de transition	Métaux pauvres
Lanthanides	Actinides	Superactinides	Éléments non classés

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