Пятиокись ниобия - Niobium pentoxide

Пятиокись ниобия
Кристаллструктур Ниоб (V) -oxid.png
Имена
Название ИЮПАК
Оксид ниобия (V)
Другие имена
Пятиокись ниобия
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ECHA InfoCard100.013.831 Отредактируйте это в Викиданных
UNII
Свойства
Nb2О5
Молярная масса265,81 г / моль
Внешностьбелый ортогональный твердый
Плотность4,60 г / см3
Температура плавления 1512 ° С (2754 ° F, 1785 К)
нерастворимый
Растворимостьрастворим в HF
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить (что проверятьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Пятиокись ниобия это неорганическое соединение с формула Nb2О5. Это бесцветное нерастворимое твердое вещество, которое практически не реагирует. Он является основным предшественником всех материалов, изготовленных из ниобия, причем основным применением являются сплавы, но другие специализированные применения включают конденсаторы, ниобат лития, и оптические очки.[1]

Структура

Он имеет множество полиморфных форм, и все они в основном основаны на октаэдрически координированных атомах ниобия.[2][3] Полиморфы идентифицируются с помощью множества префиксов.[2][3] Чаще всего встречается форма моноклинический ЧАС-Nb2О5 который имеет сложную структуру с элементарной ячейкой, содержащей 28 атомов ниобия и 70 атомов кислорода, где 27 атомов ниобия координированы октаэдрически, а один - тетраэдрически.[4] Существует не охарактеризованный твердый гидрат Nb.2О5.пЧАС2О, так называемый ниобиевая кислота (ранее назывался колумбовая кислота), который можно получить гидролизом основного раствора пентахлорида ниобия или Nb2О5 растворяется в HF.[5]

Расплавленный пятиокись ниобия имеет более низкие средние координационные числа, чем кристаллические формы, со структурой, состоящей в основном из NbO5 и NbO6 многогранники.[6]

Производство

Гидролиз

Nb2О5 получают гидролизом ниобатов, алкоксидов или фторидов щелочных металлов с использованием основания. Такие якобы простые процедуры дают гидратированные оксиды, которые затем могут быть кальцинированный. Чистый Nb2О5 также можно получить гидролизом NbCl5:[7]

2 NbCl5 + 5 часов2O → Nb2О5 + 10 HCl

Способ производства через золь-гель сообщалось о методах гидролиза алкоксидов ниобия в присутствии уксусной кислоты с последующим прокаливанием гелей для получения ромбический форма[2] T-Nb2О5.[8]

Окисление

Учитывая, что Nb2О5 является наиболее распространенным и надежным соединением ниобия, для его образования существует множество методов, как практических, так и эзотерических. Оксид, например, возникает, когда металлический ниобий окисляется на воздухе.[9] Окисление диоксид ниобия, NbO2 в воздухе образует полиморф, L-Nb2О5.[10]

Наноразмерные частицы пятиокиси ниобия были синтезированы восстановлением LiH NbCl.5с последующим окислением в воздухе в рамках синтеза наноструктурированных ниобатов.[нужна цитата ]

Реакции

Nb2О5 подвергается действию HF и растворяется в расплавленной щелочи.[5][9]

Приведение к металлу

Конверсия Nb2О5 является основным маршрутом промышленного производства металлического ниобия. В 1980-х годах около 15 000 000 кг Nb2О5 ежегодно расходуются на приведение к металлу.[11] Основной метод - восстановление этого оксида алюминий:

3 Nb2О5 + 10 Al → 6 Nb + 5 Al2О3

Альтернативный, но менее практичный способ включает карботермическое восстановление, которое происходит через восстановление углеродом и составляет основу двухстадийного процесса Балке:[12][13]

Nb2О5 + 7 C → 2 NbC + 5 CO (нагревается в вакууме до 1800 ° C)
5 NbC + Nb2О5 → 7 Nb + 5 CO

Преобразование в галогениды

Известно много методов преобразования Nb2О5 к галогенидам. Основная проблема - неполная реакция с образованием оксигалогенидов. В лаборатории преобразование можно осуществить с помощью тионилхлорида:[14]

Nb2О5 + 5 SOCl2 → 2 NbCl5 + 5 СО2

Nb2О5 реагирует с CCl4 давать оксихлорид ниобия NbOCl3.

Преобразование в ниобаты

Лечение Nb2О5 с водным NaOH при 200 ° C может дать кристаллический ниобат натрия, NaNbO3 тогда как реакция с КОН может давать растворимые гексаниобаты типа Линдквиста, Nb
6О8−
19.[15] Ниобаты лития такие как LiNbO3 и Ли3NbO4 может быть получен реакцией карбонат лития и Nb2О5.[16][17]

Преобразование в восстановленные оксиды ниобия

Снижение высоких температур с H2 дает NbO2:[9]

Nb2О5 + H2 → 2 NbO2 + H2О

Монооксид ниобия образуется в результате пропорционального распределения в дуговой печи:[18]

Nb2О5 + 3Nb → 5 NbO

Оксид ниобия (III) бордового цвета, один из первых сверхпроводящих оксидов, может быть снова получен путем компропорционирования:[17]

Ли3NbO4 + 2 NbO → 3 LiNbO2

Использует

Пятиокись ниобия используется в основном в производстве металлического ниобия,[11] но существуют специализированные приложения для ниобат лития и как компонент оптического стекла.[1]

Тонкие пленки Nb2О5 образуют диэлектрические слои в конденсаторах с твердым электролитом.

внешние ссылки

использованная литература

  1. ^ а б Франсуа Кардарелли (2008) Справочник по материалам Springer London ISBN  978-1-84628-668-1
  2. ^ а б c К. Нико; и другие. (2011). «Спеченные порошки NbO для электронных устройств». Журнал физической химии C. 115 (11): 4879–4886. Дои:10.1021 / jp110672u.
  3. ^ а б Уэллс А.Ф. (1984) Структурная неорганическая химия 5-е издание Oxford Science Publications ISBN  0-19-855370-6
  4. ^ Кристаллическая структура высокотемпературной формы пятиокиси ниобия Б. М. Гейтхаус и А. Д. Уодсли Acta Crystallogr. (1964). 17, 1545–1554 Дои:10.1107 / S0365110X6400384X
  5. ^ а б Д.А. Байот и М. Девильеры, Пути получения прекурсоров для получения мультиметаллических оксидов на основе Nb in Progress in Solid State Chemistry Research, Arte M. Newman, Ronald W. Buckley, (2007), Nova Publishers, ISBN  1-60021-313-8
  6. ^ Олдерман, О. Л. Г. Бенмор, К. Дж. Нойфейнд, Дж. К. Койе, Э. Мермет, Ален Мартинес, В. Тамалонис, А. Вебер, Дж. К. Р. (2018). «Аморфная тантала и ее связь с расплавленным состоянием». Материалы физического обзора. 2 (4): 043602.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  7. ^ Процесс производства пятиокиси ниобия или пятиокиси тантала, Kern, Therwil, Jacob, Hooper (CIBA, Швейцария), номер патента США: 3133788, (1964)
  8. ^ Золь-гель путь к пятиокиси ниобия, P Griesmar, G Papin, C Sanchez, J Livage - Chem. Mater .; 1991; 3 (2); 335-339 Дои:10.1021 / см 00014a026
  9. ^ а б c Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
  10. ^ Электрические свойства NbO2 и Nb2О5 при повышенной температуре воздуха и в токе аргона, G.C. Vezzoli Phys. Ред. B 26, 3954 - 3957 (1982).Дои:10.1103 / PhysRevB.26.3954
  11. ^ а б Иоахим Эккерт, Герман К. Старк «Ниобий и соединения ниобия» Энциклопедия промышленной химии Ульмана, 2005, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a17_251
  12. ^ Алан Э. Коминс (1999) Энциклопедический словарь названных процессов в химической технологии CRC Press, ISBN  0-8493-1205-1
  13. ^ Агентство по охране окружающей среды США, Документ по разработке ограничений по сбросам, руководящих указаний и стандартов для категории точек производства цветных металлов, том VIII, Управление водных норм и стандартов, май 1989 г.
  14. ^ Д. Браун «Неорганический синтез хлорида ниобия (V) и гексахлорониобатов (V)», 1957 г., том 9, стр. 88–92.Дои:10.1002 / 9780470132401.ch24
  15. ^ Исследования гидротермального синтеза оксидов ниобия, I.C. М. С. Сантос, Л. Х. Лоурейро, М. Ф. П. Силва и Ана М. В. Кавалейро, Многогранник, 21, 20, (2002), 2009-2015, Дои:10.1016 / S0277-5387 (02) 01136-1
  16. ^ Патент США 5482001 - Процесс получения монокристалла ниобата лития, 1996, Katoono T., Tominaga H.,
  17. ^ а б Маргрет Дж. Гезельбрахт, Анжелика М. Стейси, «Литий-ниобиевый оксид: LiNbo2 и сверхпроводящий LiИксNbO2"Неорганические синтезы 1995 г., том 30, страницы: 222–226".Дои:10.1002 / 9780470132616.ch42
  18. ^ Т. Б. Рид, Э. Р. Поллард "Неорганические синтезы монооксида ниобия", 1995 Том 30, стр. 108–110, 2007. Дои:10.1002 / 9780470132616.ch22