Niobio

El niobio, o columbio, es un elemento químico de símbolo químico Nb (anteriormente Cb) y número atómico 41. Es un metal de transición gris claro, cristalino y dúctil. El niobio puro tiene un índice de dureza de Mohs similar al titanio puro y tiene una ductilidad similar al hierro. El niobio se oxida muy lentamente en la atmósfera terrestre, de ahí su aplicación en joyería como alternativa hipoalergénica al níquel. El niobio se encuentra a menudo en los minerales pirocloro y columbita, de ahí el nombre anterior "columbium". Su nombre proviene de la mitología griega: Niobe, hija de Tantalus, homónimo del tantalio. El nombre refleja la gran similitud entre los dos elementos en sus propiedades físicas y químicas, lo que los hace difíciles de distinguir.

El químico inglés Charles Hatchett informó sobre un nuevo elemento similar al tantalio en 1801 y lo llamó columbium. En 1809, el químico inglés William Hyde Wollaston concluyó erróneamente que el tantalio y el columbio eran idénticos. El químico alemán Heinrich Rose determinó en 1846 que los minerales de tantalio contienen un segundo elemento, al que llamó niobio. En 1864 y 1865, una serie de hallazgos científicos aclararon que el niobio y el columbio eran el mismo elemento (a diferencia del tantalio), y durante un siglo ambos nombres se usaron indistintamente. El niobio se adoptó oficialmente como el nombre del elemento en 1949, pero el nombre columbium se mantiene en uso actual en la metalurgia en los Estados Unidos.

No fue hasta principios del siglo XX que el niobio se utilizó comercialmente por primera vez. El niobio es una adición importante a los aceros de baja aleación de alta resistencia. Brasil es el principal productor de niobio y ferroniobio, una aleación de 60 a 70 % de niobio con hierro. El niobio se utiliza sobre todo en aleaciones, la mayor parte en aceros especiales como los que se utilizan en los gasoductos. Aunque estas aleaciones contienen un máximo de 0,1 %, el pequeño porcentaje de niobio mejora la resistencia del acero al eliminar el carburo y el nitruro. La estabilidad de la temperatura de las superaleaciones que contienen niobio es importante para su uso en motores a reacción y cohetes.

El niobio se utiliza en varios materiales superconductores. Estas aleaciones, que también contienen titanio y estaño, se utilizan ampliamente en los imanes superconductores de los escáneres de resonancia magnética. Otras aplicaciones del niobio incluyen soldadura, industrias nucleares, electrónica, óptica, numismática y joyería. En las dos últimas aplicaciones, la baja toxicidad y la iridiscencia que produce la anodización son propiedades muy deseadas. El niobio se considera un elemento crítico para la tecnología.

Historia

El niobio fue identificado por el químico inglés Charles Hatchett en 1801. Encontró un nuevo elemento en una muestra de mineral que había sido enviada a Inglaterra desde Connecticut, Estados Unidos en 1734 por John Winthrop FRS (nieto de John Winthrop el Joven) y llamó al mineral columbita y el nuevo elemento columbium después de Columbia, el nombre poético de los Estados Unidos. El columbio descubierto por Hatchett era probablemente una mezcla del nuevo elemento con tantalio.

Posteriormente, hubo una confusión considerable sobre la diferencia entre el columbio (niobio) y el tantalio estrechamente relacionado. En 1809, el químico inglés William Hyde Wollaston comparó los óxidos derivados tanto del columbio-columbita, con una densidad de 5,918 g/cm, como del tantalio-tantalita, con una densidad de más de 8 g/cm, y concluyó que los dos óxidos, a pesar de la importante diferencia de densidad, eran idénticos; así mantuvo el nombre de tantalio. Esta conclusión fue cuestionada en 1846 por el químico alemán Heinrich Rose, quien argumentó que había dos elementos diferentes en la muestra de tantalita y los nombró en honor a los hijos de Tántalo: niobio (de Niobe) y pelopio (de Pelops).Esta confusión surgió de las mínimas diferencias observadas entre tantalio y niobio. Los nuevos elementos reclamados pelopio, ilmenio y dianio eran de hecho idénticos al niobio o mezclas de niobio y tantalio.

Las diferencias entre tantalio y niobio fueron demostradas inequívocamente en 1864 por Christian Wilhelm Blomstrand y Henri Étienne Sainte-Claire Deville, así como por Louis J. Troost, quien determinó las fórmulas de algunos de los compuestos en 1865 y finalmente por el químico suizo Jean Charles Galissard. de Marignac en 1866, quienes demostraron que solo había dos elementos. Los artículos sobre el ilmenio continuaron apareciendo hasta 1871.

De Marignac fue el primero en preparar el metal en 1864, cuando redujo el cloruro de niobio calentándolo en una atmósfera de hidrógeno. Aunque de Marignac pudo producir niobio sin tantalio a mayor escala en 1866, no fue hasta principios del siglo XX que se utilizó niobio en filamentos de lámparas incandescentes, la primera aplicación comercial. Este uso rápidamente quedó obsoleto debido a la sustitución del niobio por tungsteno, que tiene un punto de fusión más alto. Que el niobio mejora la resistencia del acero se descubrió por primera vez en la década de 1920, y esta aplicación sigue siendo su uso predominante. En 1961, el físico estadounidense Eugene Kunzler y sus compañeros de trabajo en Bell Labs descubrieron que el niobio-estaño continúa exhibiendo superconductividad en presencia de fuertes corrientes eléctricas y campos magnéticos.convirtiéndolo en el primer material en soportar las altas corrientes y campos necesarios para imanes de alta potencia útiles y maquinaria de energía eléctrica. Este descubrimiento permitió, dos décadas después, la producción de cables largos de múltiples hilos enrollados en bobinas para crear electroimanes grandes y potentes para maquinaria giratoria, aceleradores de partículas y detectores de partículas.

Nombrar el elemento

Columbium (símbolo Cb) fue el nombre que originalmente le dio Hatchett cuando descubrió el metal en 1801. El nombre reflejaba que el espécimen tipo del mineral provenía de América (Columbia). Este nombre se mantuvo en uso en las revistas estadounidenses (el último artículo publicado por la American Chemical Society con columbio en su título data de 1953), mientras que el niobio se usaba en Europa. Para poner fin a esta confusión, se eligió el nombre niobio para el elemento 41 en la 15ª Conferencia de la Unión de Química en Amsterdam en 1949.Un año después, este nombre fue adoptado oficialmente por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) después de 100 años de controversia, a pesar de la precedencia cronológica del nombre columbium. Esto fue una especie de compromiso; la IUPAC aceptó tungsteno en lugar de wolframio en deferencia al uso norteamericano; y niobio en lugar de columbium en deferencia al uso europeo. Si bien muchas sociedades químicas y organizaciones gubernamentales de EE. UU. suelen utilizar el nombre oficial de la IUPAC, algunos metalúrgicos y sociedades metalúrgicas todavía utilizan el nombre estadounidense original, " columbium ".

Características

Físico

El niobio es un metal paramagnético dúctil, gris, lustroso en el grupo 5 de la tabla periódica (ver tabla), con una configuración electrónica en las capas más externas atípica para el grupo 5. Configuraciones atípicas similares ocurren en la vecindad del rutenio (44), rodio (45) y paladio (46).

Aunque se cree que tiene una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo desde el cero absoluto hasta su punto de fusión, las mediciones de alta resolución de la expansión térmica a lo largo de los tres ejes cristalográficos revelan anisotropías que no son consistentes con una estructura cúbica. Por lo tanto, se esperan más investigaciones y descubrimientos en esta área.

El niobio se convierte en un superconductor a temperaturas criogénicas. A presión atmosférica, tiene la temperatura crítica más alta de los superconductores elementales a 9,2 K. El niobio tiene la mayor profundidad de penetración magnética de cualquier elemento. Además, es uno de los tres superconductores elementales de Tipo II, junto con el vanadio y el tecnecio. Las propiedades superconductoras dependen en gran medida de la pureza del metal niobio.

Cuando es muy puro, es comparativamente suave y dúctil, pero las impurezas lo hacen más duro.

El metal tiene una sección transversal de captura baja para neutrones térmicos; por lo tanto, se utiliza en las industrias nucleares donde se desean estructuras transparentes de neutrones.

Químico

El metal adquiere un tinte azulado cuando se expone al aire a temperatura ambiente durante períodos prolongados. A pesar de un alto punto de fusión en forma elemental (2468 °C), es menos denso que otros metales refractarios. Además, es resistente a la corrosión, exhibe propiedades de superconductividad y forma capas de óxido dieléctrico.

El niobio es un poco menos electropositivo y más compacto que su predecesor en la tabla periódica, el zirconio, mientras que es prácticamente idéntico en tamaño a los átomos de tantalio más pesados, como resultado de la contracción de los lantánidos. Como resultado, las propiedades químicas del niobio son muy similares a las del tantalio, que aparece directamente debajo del niobio en la tabla periódica. Aunque su resistencia a la corrosión no es tan sobresaliente como la del tantalio, el precio más bajo y la mayor disponibilidad hacen que el niobio sea atractivo para aplicaciones menos exigentes, como revestimientos de tanques en plantas químicas.

Isótopos

El niobio en la corteza terrestre comprende un isótopo estable, Nb. En 2003, se habían sintetizado al menos 32 radioisótopos, cuya masa atómica oscilaba entre 81 y 113. El más estable es el Nb, con una vida media de 34,7 millones de años. Uno de los menos estables es Nb; vida media estimada de 30 milisegundos. Los isótopos más ligeros que el Nb estable tienden a la desintegración β, y los que son más pesados ​​tienden a la desintegración β, con algunas excepciones. Nb, Nb y Nb tienen caminos de decaimiento de emisión de protones retardados β menores, Nb se desintegra por captura de electrones y emisión de positrones, y Nb se desintegra por decaimiento β y β.

Se han descrito al menos 25 isómeros nucleares, que varían en masa atómica de 84 a 104. Dentro de este rango, solo Nb, Nb y Nb no tienen isómeros. El más estable de los isómeros de niobio es Nb con una vida media de 16,13 años. El isómero menos estable es el Nb con una vida media de 103 ns. Todos los isómeros de niobio se descomponen por transición isomérica o desintegración beta, excepto Nb, que tiene una rama menor de captura de electrones.

Ocurrencia

Se estima que el niobio es el 34º elemento más común en la corteza terrestre, con 20 ppm. Algunos creen que la abundancia en la Tierra es mucho mayor y que la alta densidad del elemento lo ha concentrado en el núcleo de la Tierra. El elemento libre no se encuentra en la naturaleza, pero el niobio se encuentra en combinación con otros elementos en los minerales. Los minerales que contienen niobio a menudo también contienen tantalio. Los ejemplos incluyen columbita ((Fe,Mn)Nb ₂ O ₆) y columbita-tantalita (o coltán, (Fe,Mn)(Ta,Nb) ₂ O ₆).Minerales de columbita-tantalita (las especies más comunes son columbita-(Fe) y tantalita-(Fe), donde "-(Fe)" es el sufijo de Levinson que indica la prevalencia del hierro sobre otros elementos como el manganeso) que se encuentran con mayor frecuencia como minerales accesorios en intrusiones de pegmatitas y en rocas intrusivas alcalinas. Menos comunes son los niobatos de calcio, uranio, torio y los elementos de tierras raras. Ejemplos de tales niobatos son pirocloro ((Na,Ca) ₂ Nb ₂ O ₆ (OH,F)) (ahora un nombre de grupo, siendo un ejemplo relativamente común, por ejemplo, fluorcalciopirocloro) y euxenita (correctamente llamada euxenita-(Y)) ((Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti) ₂ O ₆). Estos grandes depósitos de niobio se han encontrado asociados a carbonatitas (rocas ígneas de carbonato-silicato) y como componente del pirocloro.

Los tres depósitos de pirocloro más grandes que se extraen actualmente, dos en Brasil y uno en Canadá, se encontraron en la década de 1950 y siguen siendo los principales productores de concentrados minerales de niobio. El depósito más grande está alojado dentro de una intrusión de carbonatita en Araxá, estado de Minas Gerais, Brasil, propiedad de CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração); el otro depósito brasileño activo está ubicado cerca de Catalão, estado de Goiás, y es propiedad de China Molybdenum, también alojado dentro de una intrusión de carbonatita. Juntas, esas dos minas producen alrededor del 88% del suministro mundial. Brasil también tiene un depósito grande pero aún sin explotar cerca de São Gabriel da Cachoeira, estado de Amazonas, así como algunos depósitos más pequeños, especialmente en el estado de Roraima.

El tercer mayor productor de niobio es la mina Niobec alojada en carbonatita, en Saint-Honoré, cerca de Chicoutimi, Quebec, Canadá, propiedad de Magris Resources. Produce entre el 7% y el 10% del suministro mundial.

Producción

Tras la separación de los demás minerales, se obtienen los óxidos mixtos de tantalio Ta ₂ O ₅ y niobio Nb ₂ O ₅. El primer paso en el procesamiento es la reacción de los óxidos con ácido fluorhídrico:Ta ₂ O ₅ + 14 HF → 2 H ₂ [TaF ₇ ] + 5 H ₂ ONb ₂ O ₅ + 10 HF → 2 H ₂ [NbOF ₅ ] + 3 H ₂ O

La primera separación a escala industrial, desarrollada por el químico suizo de Marignac, explota las diferentes solubilidades de los fluoruros complejos de niobio y tantalio, el monohidrato de oxipentafluoroniobato de dipotasio (K _​​2 [NbOF ₅ ]·H ₂ O) y el heptafluorotantalato de dipotasio (K _​​2 [TaF ₇ ]) en agua. Los procesos más nuevos utilizan la extracción líquida de los fluoruros de una solución acuosa mediante disolventes orgánicos como la ciclohexanona.Los fluoruros complejos de niobio y tantalio se extraen por separado del disolvente orgánico con agua y se precipitan mediante la adición de fluoruro de potasio para producir un complejo de fluoruro de potasio, o se precipitan con amoníaco como pentóxido:H ₂ [NbOF ₅ ] + 2 KF → K ₂ [NbOF ₅ ]↓ + 2 HF

Seguido por:2 H ₂ [NbOF ₅ ] + 10 NH ₄ OH → Nb ₂ O ₅ ↓ + 10 NH ₄ F + 7 H ₂ O

Se utilizan varios métodos para la reducción a niobio metálico. La electrólisis de una mezcla fundida de K ₂ [ NbOF ₅ ] y cloruro de sodio es una; el otro es la reducción del fluoruro con sodio. Con este método, se puede obtener un niobio de pureza relativamente alta. En la producción a gran escala, el Nb ₂ O ₅ se reduce con hidrógeno o carbono. En la reacción aluminotérmica, una mezcla de óxido de hierro y óxido de niobio se hace reaccionar con aluminio:3 Nb ₂ O ₅ + Fe ₂ O ₃ + 12 Al → 6 Nb + 2 Fe + 6 Al ₂ O ₃

Se agregan pequeñas cantidades de oxidantes como el nitrato de sodio para mejorar la reacción. El resultado es óxido de aluminio y ferroniobio, una aleación de hierro y niobio utilizada en la producción de acero. El ferroniobio contiene entre un 60 y un 70 % de niobio. Sin óxido de hierro, el proceso aluminotérmico se utiliza para producir niobio. Es necesaria una mayor purificación para alcanzar el grado de aleaciones superconductoras. La fusión por haz de electrones al vacío es el método utilizado por los dos principales distribuidores de niobio.

A partir de 2013, CBMM de Brasil controló el 85 por ciento de la producción mundial de niobio. El Servicio Geológico de los Estados Unidos estima que la producción aumentó de 38.700 toneladas en 2005 a 44.500 toneladas en 2006. Los recursos mundiales se estiman en 4,4 millones de toneladas. Durante el período de diez años entre 1995 y 2005, la producción se duplicó con creces, a partir de 17.800 toneladas en 1995. Entre 2009 y 2011, la producción se mantuvo estable en 63.000 toneladas por año, con una ligera disminución en 2012 a solo 50.000 toneladas por año..

País	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019
Australia	160	230	290	230	200	200	200	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
Brasil	30,000	22,000	26,000	29,000	29,900	35,000	40.000	57,300	58,000	58,000	58,000	58,000	63,000	53,100	53,000	58,000	57,000	60,700	59,000	88,900
Canadá	2,290	3,200	3,410	3,280	3,400	3,310	4,167	3,020	4,380	4,330	4,420	4,630	5,000	5,260	5,000	5,750	6,100	6,980	7,700	6,800
República Democrática del Congo	?	50	50	13	52	25	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
Mozambique	?	?	5	34	130	34	29	?	?	4	10	29	30	20	?	?	?	?	?
Nigeria	35	30	30	190	170	40	35	?	?	?	?	?	?	?	?	29	104	122	181	150
Ruanda	28	120	76	22	63	63	80	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
Mundo	32,600	25,600	29,900	32,800	34,000	38,700	44.500	60.400	62,900	62,900	62,900	63,000	50,100	59,400	59,000	64,300	63,900	69,100	68,200	97,000

Cantidades menores se encuentran en el Depósito Kanyika de Malawi (mina Kanyika).

Compuestos

En muchos sentidos, el niobio es similar al tantalio y al circonio. Reacciona con la mayoría de los no metales a altas temperaturas; con flúor a temperatura ambiente; con cloro a 150 °C e hidrógeno a 200 °C; y con nitrógeno a 400 °C, con productos frecuentemente intersticiales y no estequiométricos. El metal comienza a oxidarse en el aire a 200 °C. Resiste la corrosión por álcalis fundidos y por ácidos, incluidos los ácidos agua regia, clorhídrico, sulfúrico, nítrico y fosfórico. El niobio es atacado por el ácido fluorhídrico y las mezclas de ácido fluorhídrico/nítrico.

Aunque el niobio exhibe todos los estados de oxidación formales de +5 a -1, los compuestos más comunes tienen niobio en el estado +5. Característicamente, los compuestos en estados de oxidación inferiores a 5+ muestran enlaces Nb-Nb. En soluciones acuosas, el niobio solo exhibe el estado de oxidación +5. También es propenso a la hidrólisis y es apenas soluble en soluciones diluidas de ácido clorhídrico, sulfúrico, nítrico y fosfórico debido a la precipitación del óxido de Nb hidratado. Nb (V) también es ligeramente soluble en medios alcalinos debido a la formación de especies de polioxoniobato solubles.

Óxidos, niobatos y sulfuros

El niobio forma óxidos en los estados de oxidación +5 (Nb ₂ O ₅), +4 (NbO ₂) y el estado de oxidación más raro, +2 (NbO). El más común es el pentóxido, precursor de casi todos los compuestos y aleaciones de niobio. Los niobatos se generan disolviendo el pentóxido en soluciones básicas de hidróxido o fundiéndolo en óxidos de metales alcalinos. Algunos ejemplos son el niobato de litio (LiNbO ₃) y el niobato de lantano (LaNbO ₄). En el niobato de litio hay una estructura similar a la perovskita distorsionada trigonalmente, mientras que el niobato de lantano contiene NbO solitario.₄iones También se conoce el sulfuro de niobio en capas (NbS ₂).

Los materiales se pueden recubrir con una película delgada de deposición química de vapor de óxido de niobio (V) o procesos de deposición de capa atómica, producidos por la descomposición térmica del etóxido de niobio (V) por encima de 350 °C.

Haluros

El niobio forma haluros en los estados de oxidación +5 y +4 así como diversos compuestos subestequiométricos. Los pentahaluros (NbX₅) cuentan con centros Nb octaédricos. El pentafluoruro de niobio (NbF ₅) es un sólido blanco con un punto de fusión de 79,0 °C y el pentacloruro de niobio (NbCl ₅) es amarillo (ver imagen a la izquierda) con un punto de fusión de 203,4 °C. Ambos se hidrolizan para dar óxidos y oxihalogenuros, como NbOCl ₃. El pentacloruro es un reactivo versátil utilizado para generar los compuestos organometálicos, como el dicloruro de nioboceno ((C₅H₅)₂NbCl₂). Los tetrahaluros (NbX₄) son polímeros de color oscuro con enlaces Nb-Nb; por ejemplo, el tetrafluoruro de niobio negro higroscópico (NbF ₄) y el tetracloruro de niobio marrón (NbCl ₄).

Los compuestos de haluros aniónicos de niobio son bien conocidos, debido en parte a la acidez de Lewis de los pentahaluros. El más importante es [NbF ₇ ], un intermedio en la separación de Nb y Ta de los minerales. Este heptafluoruro tiende a formar el oxopentafluoruro más fácilmente que el compuesto de tantalio. Otros complejos de haluros incluyen octaédricos [ NbCl ₆ ]:Nb ₂ Cl ₁₀ + 2 Cl → 2 [ NbCl ₆ ]

Al igual que con otros metales con números atómicos bajos, se conoce una variedad de iones de grupos de haluros reducidos, siendo el principal ejemplo [ Nb ₆ Cl ₁₈ ].

Nitruros y carburos

Otros compuestos binarios de niobio incluyen el nitruro de niobio (NbN), que se convierte en un superconductor a bajas temperaturas y se usa en detectores de luz infrarroja. El principal carburo de niobio es el NbC, un material cerámico refractario extremadamente duro que se utiliza comercialmente en brocas para herramientas de corte.

Aplicaciones

De las 44.500 toneladas de niobio extraídas en 2006, aproximadamente el 90% se utilizó en acero estructural de alta calidad. La segunda aplicación más grande son las superaleaciones. Los superconductores de aleación de niobio y los componentes electrónicos representan una parte muy pequeña de la producción mundial.

Producción de acero

El niobio es un elemento de microaleación efectivo para el acero, dentro del cual forma carburo de niobio y nitruro de niobio. Estos compuestos mejoran el refinado del grano y retardan la recristalización y el endurecimiento por precipitación. Estos efectos, a su vez, aumentan la tenacidad, la resistencia, la formabilidad y la soldabilidad. Dentro de los aceros inoxidables microaleados, el contenido de niobio es una adición pequeña (menos del 0,1 %) pero importante a los aceros de baja aleación y alta resistencia que se usan ampliamente estructuralmente en los automóviles modernos. El niobio a veces se usa en cantidades considerablemente más altas para componentes de máquinas y cuchillas altamente resistentes al desgaste, hasta un 3% en acero inoxidable Crucible CPM S110V.

Estas mismas aleaciones de niobio se utilizan a menudo en la construcción de tuberías.

Superaleaciones

Se utilizan cantidades de niobio en superaleaciones a base de níquel, cobalto y hierro en proporciones de hasta el 6,5 % para aplicaciones tales como componentes de motores a reacción, turbinas de gas, subensamblajes de cohetes, sistemas de turbocargadores, equipos resistentes al calor y de combustión. El niobio precipita una fase γ'' de endurecimiento dentro de la estructura granular de la superaleación.

Un ejemplo de superaleación es Inconel 718, que consta de aproximadamente 50 % de níquel, 18,6 % de cromo, 18,5 % de hierro, 5 % de niobio, 3,1 % de molibdeno, 0,9 % de titanio y 0,4 % de aluminio. Estas superaleaciones se utilizaron, por ejemplo, en sistemas avanzados de estructura de aire para el programa Gemini. Se utilizó otra aleación de niobio para la boquilla del módulo de servicio Apollo. Debido a que el niobio se oxida a temperaturas superiores a 400 °C, se necesita una capa protectora para estas aplicaciones para evitar que la aleación se vuelva quebradiza.

Aleaciones a base de niobio

La aleación C-103 fue desarrollada a principios de la década de 1960 conjuntamente por Wah Chang Corporation y Boeing Co. DuPont, Union Carbide Corp., General Electric Co. y varias otras compañías estaban desarrollando aleaciones de base Nb simultáneamente, en gran medida impulsadas por la Guerra Fría y Carrera en el espacio. Está compuesto por un 89 % de niobio, un 10 % de hafnio y un 1 % de titanio y se utiliza para las toberas de los propulsores de cohetes líquidos, como el motor principal de los módulos lunares Apolo.

La tobera de la serie de motores Merlin Vacuum desarrollada por SpaceX para la etapa superior de su cohete Falcon 9 está hecha de una aleación de niobio.

La reactividad del niobio con el oxígeno requiere que se trabaje en vacío o atmósfera inerte, lo que aumenta significativamente el costo y la dificultad de producción. La refundición por arco al vacío (VAR) y la fusión por haz de electrones (EBM), procesos novedosos en ese momento, permitieron el desarrollo de niobio y otros metales reactivos. El proyecto que produjo C-103 comenzó en 1959 con hasta 256 aleaciones de niobio experimentales en la "serie C" (C que surge posiblemente de columbium) que podrían derretirse como botones y enrollarse en láminas. Wah Chang Corporation tenía un inventario de hafnio, refinado a partir de aleaciones de circonio de grado nuclear, que quería utilizar comercialmente. La composición experimental número 103 de las aleaciones de la serie C, Nb-10Hf-1Ti, tuvo la mejor combinación de formabilidad y propiedades a alta temperatura. Wah Chang fabricó el primer calor de 500 lb de C-103 en 1961, de lingote a lámina, usando EBM y VAR. Las aplicaciones previstas incluían motores de turbina e intercambiadores de calor de metal líquido. Las aleaciones de niobio de la competencia de esa era incluían FS85 (Nb-10W-28Ta-1Zr) de Fansteel Metallurgical Corp., Cb129Y (Nb-10W-10Hf-0.2Y) de Wah Chang y Boeing, Cb752 (Nb-10W-2.5Zr) de Union Carbide y Nb1Zr de Superior Tube Co.

Imanes superconductores

Germanio-niobio (Nb₃Ge), niobio-estaño (Nb₃Sn), así como las aleaciones de niobio-titanio se utilizan como alambre superconductor de tipo II para imanes superconductores. Estos imanes superconductores se utilizan en imágenes de resonancia magnética e instrumentos de resonancia magnética nuclear, así como en aceleradores de partículas. Por ejemplo, el Gran Colisionador de Hadrones utiliza 600 toneladas de hilos superconductores, mientras que el Reactor Termonuclear Experimental Internacional utiliza aproximadamente 600 toneladas de hilos de Nb ₃ Sn y 250 toneladas de hilos de NbTi. Solo en 1992, se construyeron sistemas de imágenes de resonancia magnética clínica con un valor de más de mil millones de dólares estadounidenses con alambre de niobio-titanio.

Otros superconductores

Las cavidades de radiofrecuencia superconductora (SRF) utilizadas en los láseres de electrones libres FLASH (resultado del proyecto cancelado del acelerador lineal TESLA) y XFEL están hechas de niobio puro. Un equipo de criomódulos en Fermilab usó la misma tecnología SRF del proyecto FLASH para desarrollar cavidades SRF de nueve celdas de 1,3 GHz hechas de niobio puro. Las cavidades se utilizarán en el acelerador lineal de partículas de 30 kilómetros (19 millas) del Colisionador Lineal Internacional. La misma tecnología se utilizará en LCLS-II en SLAC National Accelerator Laboratory y PIP-II en Fermilab.

La alta sensibilidad de los bolómetros de nitruro de niobio superconductores los convierte en un detector ideal para la radiación electromagnética en la banda de frecuencia THz. Estos detectores se probaron en el Telescopio submilimétrico, el Telescopio del Polo Sur, el Telescopio de laboratorio receptor y en APEX, y ahora se utilizan en el instrumento HIFI a bordo del Observatorio espacial Herschel.

Otros usos

Electrocerámica

El niobato de litio, que es un ferroeléctrico, se usa ampliamente en teléfonos móviles y moduladores ópticos, y para la fabricación de dispositivos de ondas acústicas de superficie. Pertenece a los ferroeléctricos de estructura ABO ₃ como el tantalato de litio y el titanato de bario. Los capacitores de niobio están disponibles como alternativa a los capacitores de tantalio, pero los capacitores de tantalio aún predominan. El niobio se agrega al vidrio para obtener un índice de refracción más alto, lo que hace posible vidrios correctivos más delgados y livianos.

Aplicaciones hipoalergénicas: medicina y joyería

El niobio y algunas aleaciones de niobio son fisiológicamente inertes e hipoalergénicos. Por esta razón, el niobio se usa en prótesis y dispositivos de implante, como los marcapasos. El niobio tratado con hidróxido de sodio forma una capa porosa que ayuda a la osteointegración.

Al igual que el titanio, el tantalio y el aluminio, el niobio se puede calentar y anodizar ("anodización de metal reactivo") para producir una amplia gama de colores iridiscentes para joyería, donde su propiedad hipoalergénica es muy deseable.

Numismática

El niobio se utiliza como metal precioso en monedas conmemorativas, a menudo con plata u oro. Por ejemplo, Austria produjo una serie de monedas de euro de plata y niobio a partir de 2003; el color de estas monedas es creado por la difracción de la luz por una fina capa de óxido anodizado. En 2012, están disponibles diez monedas que muestran una amplia variedad de colores en el centro de la moneda: azul, verde, marrón, morado, violeta o amarillo. Dos ejemplos más son la moneda conmemorativa del Ferrocarril Alpino Semmering de 150 años de 25 € de Austria de 2004 y la moneda conmemorativa de navegación por satélite europea de 25 € de Austria de 2006. La Casa de la Moneda de Austria produjo para Letonia una serie similar de monedas a partir de 2004, seguida de una en 2007.En 2011, Royal Canadian Mint comenzó la producción de una moneda de plata esterlina y niobio de $ 5 llamada Hunter's Moon en la que el niobio se oxidó selectivamente, creando así acabados únicos donde no hay dos monedas exactamente iguales.

Una moneda de ferrocarril alpino de 150 años de duración hecha de niobio y plata

Otro

Los sellos del tubo de arco de las lámparas de vapor de sodio de alta presión están hechos de niobio, a veces aleado con 1% de circonio; el niobio tiene un coeficiente de expansión térmica muy similar, igualando la cerámica del tubo de arco de alúmina sinterizada, un material translúcido que resiste el ataque químico o la reducción por el sodio líquido caliente y el vapor de sodio contenido dentro de la lámpara de operación.

El niobio se usa en varillas de soldadura por arco para algunos grados estabilizados de acero inoxidable y en ánodos para sistemas de protección catódica en algunos tanques de agua, que luego se recubren con platino.

El niobio es un componente importante de los catalizadores heterogéneos de alto rendimiento para la producción de ácido acrílico por oxidación selectiva de propano.

El niobio se utiliza para fabricar el cable de alto voltaje del módulo receptor de partículas de corona solar de Parker Solar Probe.

Precauciones

Riesgos
NFPA 704 (diamante de fuego)	000

El niobio no tiene ningún papel biológico conocido. Mientras que el polvo de niobio es un irritante para los ojos y la piel y un peligro potencial de incendio, el niobio elemental a mayor escala es fisiológicamente inerte (y por lo tanto hipoalergénico) e inofensivo. A menudo se usa en joyería y se ha probado para su uso en algunos implantes médicos.

Se ha probado en ratas la exposición a corto y largo plazo a los niobatos y al cloruro de niobio, dos sustancias químicas solubles en agua. Las ratas tratadas con una sola inyección de pentacloruro de niobio o niobatos muestran una dosis letal media (LD ₅₀) entre 10 y 100 mg/kg. Para administración oral la toxicidad es menor; un estudio con ratas arrojó una LD ₅₀ después de siete días de 940 mg/kg.