أحد التطبيقات المثيرة للاهتمام للنيوبيوم هو استخدامه كعنصر في المجوهرات، حيث يمكنه الحصول على ألوان قزحية الألوان الجميلة باللون الأحمر والأزرق والذهبي والأخضر. وبالمثل، فإنه غالبا ما يستخدم في الصناعات البتروكيماوية والمعادن والفضاء والزجاج، من بين أمور أخرى. اكتشف كيف تجعل خصائصه الفيزيائية والكيميائية المفيدة منه عنصرًا متعدد الاستخدامات.
ما هو النيوبيوم؟
العنصر الكيميائي النيوبيوم، المعروف أيضًا باسم كولومبيوم، هو معدن انتقالي ناعم ومرن وقابل للطرق، ومقاوم للتآكل ودرجات الحرارة المرتفعة. بالإضافة إلى ذلك، فهو موصل كهربائي فائق باللون الأبيض والرمادي.
رمز النيوبيوم
ملحوظة: رمز النيوبيوم مشتق من الأساطير اليونانية وكلمة نيوب ومعناها ابنة تانتالوس . أطلق عليه اسم النيوبيوم عندما تم عزله من عنصر التانتاليت، تكريما لابنة الملك اليوناني تانتالوس بطلة الدموع. ومع ذلك، كما لا يزال البعض يسمي المعدن كولومبيو، فهو يعتمد رمز Cb.
خصائص النيوبيوم
تتميز بمقاومتها العالية للتآكل والأحماض. ومع ذلك، يتم مهاجمته بشكل عام بواسطة العوامل المؤكسدة والقلويات وحمض الهيدروفلوريك. ويمكنه أيضًا تشكيل طبقات أكسيد عازلة. من ناحية أخرى، فإن رقم أكسدته +5 يولد طرطرات، فلورايد، بيروكسيد وأوكسالات. الخصائص الأخرى هي:
- التفاعل الكيميائي : يتفاعل عادة مع الكربون والأكسجين والنيتروجين والهالوجينات والكبريت.
- الذوبان : في الطور المنصهر يمتزج مع الحديد ولكنه غير قابل للذوبان في الماء.
- الانصهار والغليان : على الرغم من أنه يتمتع بنقطة انصهار عالية إلا أنه ذو كثافة منخفضة مقارنة بالمعادن الأخرى.
- الليونة : يمكن أن تتشوه بسهولة إلى خيوط، على الرغم من أنها عند مدها تصبح مقاومة وصلبة دون أن تكون هشة.
- الحالة : حالة التجميع العادية صلبة.
- اللون : يبدو لامعًا وفضيًا ومعدنيًا، لكن لون المعدن في درجة حرارة الغرفة يكون مزرقًا.
- موصل فائق : وهو موصل مثالي للكهرباء، لأنه يقاوم مرور التيار الكهربائي بشكل جيد.
- البنية البلورية : البنية مركزية مكعبة، أي أن 8 من ذراتها تشكل مكعباً وبداخلها ذرة واحدة.
- درجة الحرارة : يتحمل درجات الحرارة العالية بشكل جيد جداً دون أن يتحلل أو يذوب.
- الترتيب المغناطيسي : هو عنصر ممغنطيسي.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية للنيوبيوم
- العدد الذري : 41
- نصف القطر الذري (Å) : 198 م
- الكثافة (جم/مل) : 8570 كجم/م3
- نصف القطر التساهمي (Å) : 137 م
- نقطة الغليان : 4744 درجة مئوية (5017 كلفن)
- جهد التأين الأول (eV) : 652.1 كيلوجول/مول
- سرعة الصوت : 3480 م/ث عند 293.15 ك
- نقطة الانصهار : 2477 درجة مئوية (2750 كلفن)
- حالات الأكسدة : +5، +3، +2، +4
- التكوين الإلكتروني : [Kr]4d 4 5s 1
- الكتلة الذرية (جم/مول) : 92.90638
- المحتوى الحراري للتبخر : 696.6 كيلوجول/مول
- السالبية الكهربية : 1.6
- أكسيد : حمضي قليلا
- الحرارة النوعية : 265 جول/(ك-كجم)
- المحتوى الحراري للانصهار : 26.4 كيلوجول/مول
- الإلكترونات لكل مستوى : 2، 8، 18، 12، 1
أصل النيوبيوم
ووفقا لتاريخ النيوبيوم، اكتشف جون وينثروب معدنا غريبا في ولاية ماساتشوستس بالولايات المتحدة خلال عام 1734. ثم استعد لإرساله إلى الأراضي البريطانية، حيث تم كشفه وفحصه ودراسته على يد الكيميائي تشارلز هاتشيت خلال العام. 1801. وبعد العديد من الملاحظات والتحليلات، أطلق عليه الإنجليز اسم كولومبيو ، وبذلك أصبح مكتشف النيوبيوم. وفي وقت لاحق، قارنه الفيزيائي ويليام هايد ولاستون عام 1809 بعناصر أخرى واستنتج خطأً أن الكولومبيوم والتنتالوم متماثلان.
وفي وقت لاحق، عمل الكيميائي الألماني هاينريش روز في عام 1844 مع الكولومبيت والتانتاليت وفصل كل عينة إلى أشكال حمضية، والتي أطلق عليها اسم حمض النيوبيك. وبعد ذلك، نجح السويسري جان شارل دي ماريجناك في عزل معدن النيوبيوم عن طريق تسخينه بالكلوريد. ثم، في عام 1949، تم اعتماد اسمها الرسمي.
ما هي استخدامات النيوبيوم؟
استخدامه الرئيسي هو في إنتاج الفولاذ، حيث يتم استخدامه لربط المركبات بهدف زيادة القوة والمقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة والتآكل. وبالمثل، يتم استخدام سبائك النيوبيوم والصلب، من بين أمور أخرى، في الصناعات الكيميائية والفضاء والسيارات. اكتشف تطبيقات أخرى:
- المغناطيس فائق التوصيل: في سبيكة من التيتانيوم والقصدير والألومنيوم، يتم بثق العنصر في سلك وصبه لتشكيل مغناطيس فائق التوصيل.
- العدسات والشاشات الزجاجية: يتم طلاء الزجاج بمسحوق معدني ناعم لتوزيع الضوء، دون أن يتراجع أو يمتصه، وليكون أكثر مقاومة للانعكاس.
- مسرعات الجسيمات: تحتوي بعض مسرعات الإلكترون على غرف مصبوبة من عنصر النيوبيوم المخلوط أو النقي.
- مصابيح بخار الصوديوم: يتم استخدام سبيكة النيوبيوم والزركونيوم في القاعدة المعدنية لهذه المصابيح.
- العملات المعدنية: تستخدم في صناعة العملات المعدنية ثنائية المعدن، نظراً لخاصيتها لتغيير اللون.
- المجوهرات: عند تسخينها أو تمريرها في مجال كهربائي، تكتسب ظلالاً جميلة لصنع الدبابيس والأطواق والأقراط والمسامير والدبابيس.
باختصار، النيوبيوم عبارة عن معدن انتقالي حديدي مقاوم للتآكل، ومرن، ومرن، ومقاوم لدرجات الحرارة المرتفعة. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يتفاعل مع الأكسجين والكربون والكبريت والهالوجينات والنيتروجين. وبالمثل، فهو عنصر ممغنطيسي، وموصل كهربائي فائق، وغير قابل للذوبان في الماء.