Pentóxido de niobio es el compuesto inorgánico con la fórmula Nb 2 O 5 . Es un sólido insoluble incoloro que no es bastante reactivo. Es el principal precursor de todos los materiales hechos de niobio, siendo la aplicación dominante las aleaciones, pero otras aplicaciones especializadas incluyen condensadores , niobato de litio y vidrios ópticos. [1]
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Nombres | |||
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Nombre IUPAC Óxido de niobio (V) | |||
Otros nombres Pentóxido de niobio | |||
Identificadores | |||
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Modelo 3D ( JSmol ) | |||
Tarjeta de información ECHA | 100.013.831 ![]() | ||
PubChem CID | |||
UNII | |||
Tablero CompTox ( EPA ) | |||
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Propiedades | |||
Nb 2 O 5 | |||
Masa molar | 265,81 g / mol | ||
Apariencia | blanco ortogonal sólida | ||
Densidad | 4,60 g / cm 3 | ||
Punto de fusion | 1,512 ° C (2,754 ° F; 1,785 K) | ||
insoluble | |||
Solubilidad | soluble en HF | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |||
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Referencias de Infobox | |||
Estructura
Tiene muchas formas polimórficas, todas basadas en gran parte en átomos de niobio coordinados octaédricamente. [2] [3] Los polimorfos se identifican con una variedad de prefijos. [2] [3] La forma más común es H- Nb 2 O 5 monoclínico que tiene una estructura compleja, con una celda unitaria que contiene 28 átomos de niobio y 70 de oxígeno, donde 27 de los átomos de niobio están coordinados octaédricamente y uno tetraédricamente. [4] Hay un hidrato sólido no caracterizado, Nb 2 O 5 . n H 2 O, el llamado ácido nióbico (anteriormente llamado ácido columbic ), que se puede preparar por hidrólisis de una solución básica de niobio pentacloruro o Nb 2 O 5 disuelto en HF. [5]
El pentóxido de niobio fundido tiene un número medio de coordinación más bajo que las formas cristalinas, con una estructura que comprende principalmente poliedros de NbO 5 y NbO 6 . [6]
Producción
Hidrólisis
El Nb 2 O 5 se prepara mediante hidrólisis de niobatos, alcóxidos o fluoruros de metales alcalinos utilizando una base. Estos procedimientos aparentemente simples proporcionan óxidos hidratados que luego pueden calcinarse . El Nb 2 O 5 puro también se puede preparar mediante hidrólisis de NbCl 5 : [7]
- 2 NbCl 5 + 5 H 2 O → Nb 2 O 5 + 10 HCl
Se ha informado de un método de producción mediante técnicas sol-gel que hidroliza alcóxidos de niobio en presencia de ácido acético, seguido de calcinación de los geles para producir la forma ortorrómbica , [2] T-Nb 2 O 5 . [8]
Oxidación
Dado que el Nb 2 O 5 es el compuesto más común y robusto del niobio, existen muchos métodos, tanto prácticos como esotéricos, para su formación. El óxido, por ejemplo, surge cuando el niobio metálico se oxida en el aire. [9] La oxidación del dióxido de niobio , NbO 2 en el aire forma el polimorfo, L-Nb 2 O 5 . [10]
Se han sintetizado partículas de pentóxido de niobio de tamaño nanométrico mediante reducción de LiH de NbCl 5 , seguida de oxidación aérea como parte de una síntesis de niobatos nanoestructurados. [ cita requerida ]
Reacciones
Nb 2 O 5 es atacado por HF y se disuelve en álcali fundido. [5] [9]
Reducción al metal
La conversión de Nb 2 O 5 es la ruta principal para la producción industrial de niobio metálico. En la década de 1980, se consumían anualmente unos 15.000.000 kg de Nb 2 O 5 para reducirlos al metal. [11] El método principal es la reducción de este óxido con aluminio :
- 3 Nb 2 O 5 + 10 Al → 6 Nb + 5 Al 2 O 3
Una ruta alternativa pero menos practicada implica la reducción carbotérmica, que procede a través de la reducción con carbono y forma la base del proceso Balke en dos etapas: [12] [13]
- Nb 2 O 5 + 7 C → 2 NbC + 5 CO (calentado al vacío a 1800 ° C)
- 5 NbC + Nb 2 O 5 → 7 Nb + 5 CO
Conversión a haluros
Se conocen muchos métodos para la conversión de Nb 2 O 5 en haluros. El principal problema es la reacción incompleta para dar los oxihaluros. En el laboratorio, la conversión se puede realizar con cloruro de tionilo: [14]
- Nb 2 O 5 + 5 SOCl 2 → 2 NbCl 5 + 5 SO 2
Nb 2 O 5 reacciona con CCl 4 para dar oxicloruro de niobio NbOCl 3 .
Conversión a niobatos
El tratamiento de Nb 2 O 5 con NaOH acuoso a 200 ° C puede producir niobato de sodio cristalino, NaNbO 3, mientras que la reacción con KOH puede producir hexaniobatos solubles de tipo Lindqvist, Nb
6O8-
19. [15] Los niobatos de litio tales como LiNbO 3 y Li 3 NbO 4 pueden prepararse por reacción de carbonato de litio y Nb 2 O 5 . [16] [17]
Conversión a óxidos de niobio reducidos
La reducción de alta temperatura con H 2 produce NbO 2 : [9]
- Nb 2 O 5 + H 2 → 2 NbO 2 + H 2 O
El monóxido de niobio surge de una conmutación porcentual utilizando un horno de arco: [18]
- Nb 2 O 5 + 3Nb → 5 NbO
El óxido de niobio (III) de color burdeos, uno de los primeros óxidos superconductores, puede volver a prepararse mediante una coproporción: [17]
- Li 3 NbO 4 + 2 NbO → 3 LiNbO 2
Usos
El pentóxido de niobio se utiliza principalmente en la producción de niobio metálico, [11] pero existen aplicaciones especializadas para el niobato de litio y como componente del vidrio óptico. [1]
Películas delgadas de Nb 2 O 5 forman las capas dieléctricas en los condensadores de electrolitos sólidos.
enlaces externos
- Información básica y datos de investigación sobre el niobio
Referencias
- ^ a b Francois Cardarelli (2008) Manual de materiales Springer London ISBN 978-1-84628-668-1
- ^ a b c C. Nico; et al. (2011). "Polvos sinterizados de NbO para aplicaciones de dispositivos electrónicos". El Diario de la Química Física C . 115 (11): 4879–4886. doi : 10.1021 / jp110672u .
- ^ a b Wells AF (1984) Química inorgánica estructural 5ta edición Publicaciones científicas de Oxford ISBN 0-19-855370-6
- ^ La estructura cristalina de la forma de alta temperatura del pentóxido de niobio BM Gatehouse y AD Wadsley Acta Crystallogr. (1964). 17, 1545-1554 doi : 10.1107 / S0365110X6400384X
- ^ a b D.A. Bayot y MM Devillers, Rutas de precursores para la preparación de óxidos multimetálicos basados en Nb en progreso en la investigación de química del estado sólido, Arte M. Newman, Ronald W. Buckley, (2007), Nova Publishers, ISBN 1-60021-313-8
- ^ Concejal, OLG Benmore, CJ Neuefeind, JC Coillet, E Mermet, Alain Martinez, V.Tamalonis, A. Weber, JKR (2018). "Tantala amorfa y su relación con el estado fundido" . Materiales de revisión física . 2 (4): 043602.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Proceso para la fabricación de pentóxido de niobio o pentóxido de tantalio, Kern, Therwil, Jacob, Hooper (CIBA Suiza), número de patente estadounidense: 3133788, (1964)
- ^ Ruta sol-gel al pentóxido de niobio, P Griesmar, G Papin, C Sanchez, J Livage - Chem. Mater .; 1991; 3 (2); 335-339 doi : 10.1021 / cm00014a026
- ^ a b c Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ Propiedades eléctricas de NbO 2 y Nb 2 O 5 a temperatura elevada en aire y argón que fluye, GC Vezzoli Phys. Rev. B 26, 3954 - 3957 (1982) doi : 10.1103 / PhysRevB.26.3954
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- ^ Alan E. Comyns (1999) Diccionario enciclopédico de procesos nombrados en tecnología química CRC Press, ISBN 0-8493-1205-1
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