Nióbio: Propriedades e usos do elemento

O nióbio é um elemento de transição com número atômico 41 e peso atômico de 92,91. É um elemento versátil que pode ser visto nos setores atuais. O elemento é valorizado por sua alta relação desempenho-peso, alta resistência à corrosão e propriedades supercondutoras exclusivas. Devido a esses aspectos do nióbio, o elemento é aplicado em áreas desafiadoras de especialização, desde tecnologias aeronáuticas e automotivas até eletrônica e biotecnologia.

História e descobertas

O nióbio tem uma história muito interessante que remonta ao início do século XIX. Em 1801, Charles Hatchett, um químico inglês, identificou o nióbio e o chamou temporariamente de columbium em reconhecimento à lolumbita e a Cristóvão Colombo. Durante muitos anos, não ficou claro de que elemento se tratava, devido às suas propriedades muito semelhantes às do tântalo, que também é um metal de transição.

Heinrich Rose, um químico alemão, finalmente conseguiu isolá-lo do tântalo em 1864 e confirmou que se tratava de um elemento único em 1864. Finalmente, em 1950, a IUPAC decidiu renomeá-lo para nióbio devido às semelhanças compartilhadas com Niobe, que é a deusa do luto na mitologia grega, refletindo também sua história bastante triste.

Propriedades químicas

As propriedades químicas do nióbio são amplamente caracterizadas por sua capacidade de existir prontamente em dois estados de oxidação: +3 e +5: +No entanto, no estado de oxidação +5, que é o mais estável e predominante, o nióbio forma o pentóxido de nióbio.

O pentóxido de nióbio (Nb₂O₅) tem várias aplicações na fabricação de cerâmicas, vidros e capacitores. No nível +5 de oxidação, o nióbio combina-se facilmente com o oxigênio para produzir pentóxido de nióbio, famoso por sua resistência à corrosão e capacidade de suportar condições químicas adversas. Além disso, o fato de o nióbio ter uma resistência muito baixa à água e a ácidos/álcalis também aumenta sua força quando exposto a condições adversas. O nióbio tem forte resistência a ácidos e álcalis; é por isso que se descobriu que ele tem um desempenho eficiente mesmo em temperaturas em que outros metais tenderiam a enferrujar ou se decompor. As resistências à oxidação e à corrosão em altas temperaturas o tornam muito popular no setor aeroespacial e na indústria eletrônica.

Propriedades físicas

As propriedades físicas do nióbio aumentam ainda mais seu valor como material industrial. O metal tem as seguintes características principais:

• Número atômico: 41
• Peso atômico: 92,91 g/mol
• Densidade: 8,57 g/cm³
• Ponto de fusão: 2477°C
• Ponto de ebulição: 4744°C
• Condutividade elétrica: Alta
• Condutividade térmica: Moderada

Técnicas de preparação

O processamento do nióbio de uma forma de minério para uma forma de metal viável requer várias etapas, começando com a origem comum do nióbio: dos minerais pirocloro ou columbita, ambos com altas concentrações de óxido de nióbio - na verdade, o próprio composto que extraímos para obter o nióbio metálico:

1. Mineração: Os minérios de nióbio são identificados e extraídos por meio de minas a céu aberto ou subterrâneas.
2. Esmagamento e moagem: O mineral é extraído e, em seguida, triturado e moído até virar um pó fino.
3. Lixiviação ácida: há lixiviação ácida do pó de minério, em que o concentrado de nióbio e óxido de metal é dissolvido com o uso de ácido fluorídrico.
4. Extração e redução por solvente: O nióbio pode ser separado de vários elementos por meio de extração com solvente e, por fim, o Nb2O5 será reduzido com hidrogênio ou carbono para obter o nióbio metálico puro.

Aplicações do nióbio

O nióbio tem uma combinação de alta resistência do material, leveza, um grande ponto de fusão e resistência à corrosão, características que o tornam precioso em diferentes campos. Especificamente, o nióbio pode ser encontrado em:

1. Ligas de aço e materiais de alta resistência

Sua principal aplicação é na produção de aço de alta resistência e baixa liga. Pequenas quantidades de nióbio (aproximadamente de 0,01% a 0,1%) resultam em uma grande melhora na resistência à tração, na soldabilidade e na resistência à corrosão. O aço especial com nióbio é um componente vital em setores como o automotivo e o de construção, onde são necessários materiais robustos sem peso adicional. O aço nióbio é usado em tubulações, contêineres pressurizados e em peças automotivas que exigem alta resistência.

2. Supercondutor

A propriedade do nióbio de ser um supercondutor em temperaturas muito baixas fornece a base para tecnologias inovadoras em equipamentos de ressonância magnética e aceleradores de partículas. O nióbio pode conduzir correntes elétricas sem resistência a temperaturas muito baixas; essa propriedade é vital para criar o campo magnético altamente eficaz encontrado nos equipamentos de ressonância magnética.

Em termos mais simples, seria correto dizer que, quando se trata desses equipamentos supercondutores, os fabricantes sempre optam por NbTi e Nb3Sn.

3. Aplicações aeroespaciais e de alta temperatura

Com um ponto de fusão muito alto e propriedades superiores de resistência ao calor, o nióbio tem um desempenho extremamente bom nas aplicações mais exigentes do setor aeroespacial. Ele é empregado na fabricação de lâminas de turbinas, bicos de foguetes e vários componentes essenciais de motores a jato e espaçonaves.

4. Eletrônicos e capacitores

As propriedades de resistência ao calor e à corrosão do nióbio garantem seu uso em componentes eletrônicos, especificamente em capacitores de alto desempenho. As propriedades dos capacitores de nióbio garantem um ambiente estável em eletrônicos sob condições extremas. O uso do nióbio também ocorre em eletrônicos de filme fino na fabricação de semicondutores.

5. Joias e decoração

Sua cor metálica atraente e suas qualidades que não mancham tornam o nióbio atraente em joias e outros artigos decorativos. Além disso, a anodização pode produzir uma ampla gama de cores, tornando-o esteticamente atraente. Como é hipoalergênico, o nióbio também é usado em joias para o corpo e outras aplicações de contato.

Leitura relacionada: Quais são as aplicações do nióbio?

Conclusão

O nióbio é um metal altamente versátil e valioso, com uma ampla gama de aplicações industriais, desde o aprimoramento do desempenho de ligas de aço até a viabilização da supercondutividade em tecnologias avançadas, como máquinas de ressonância magnética. Sua combinação exclusiva de força, resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão o torna indispensável em aplicações aeroespaciais, eletrônicas e médicas.

Perguntas frequentes

Quais são os principais usos do nióbio?
O nióbio é usado principalmente em ligas de aço de alta resistência, ímãs supercondutores para máquinas de ressonância magnética e aceleradores de partículas, componentes aeroespaciais, eletrônicos e joias.

Como o nióbio é extraído?
O nióbio é extraído de minerais como pirocloro e columbita por meio de uma combinação de mineração, esmagamento, lixiviação ácida e extração por solvente.

O que torna o nióbio único nas ligas de aço?
O nióbio melhora a resistência à tração, a soldabilidade e a resistência à corrosão do aço, tornando-o ideal para aplicações de alto desempenho nos setores automotivo e de construção.

Qual é a função do nióbio na supercondutividade?
O nióbio é usado em ímãs supercondutores para máquinas de ressonância magnética e aceleradores de partículas devido à sua capacidade de conduzir eletricidade sem resistência a temperaturas muito baixas.

O nióbio pode ser encontrado em sua forma pura?
Não, o nióbio é sempre encontrado em forma de composto em minerais e precisa passar por processos de extração e redução para obter o metal puro.