Compuesto químico
El pentóxido de niobio es un compuesto inorgánico con la fórmula Nb2O5 . Es un sólido incoloro, insoluble y poco reactivo, y es el precursor más extendido de otros compuestos y materiales que contienen niobio. Se utiliza predominantemente en aleaciones, con otras aplicaciones especializadas en condensadores , vidrios ópticos y la producción de niobato de litio . [2]
Estructura
Tiene muchas formas polimórficas, todas basadas principalmente en átomos de niobio coordinados octaédricamente. [3] [4] Los polimorfos se identifican con una variedad de prefijos. [3] [4] La forma más comúnmente encontrada es la monoclínica H- Nb 2 O 5 , 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. [5] Hay un hidrato sólido no caracterizado, Nb 2 O 5 · n H 2 O , el llamado ácido nióbico (anteriormente llamado ácido colúmbico ), que se puede preparar por hidrólisis de una solución básica de pentacloruro de niobio o Nb 2 O 5 disuelto en HF. [6]
El pentóxido de niobio fundido tiene números de coordinación medios más bajos que las formas cristalinas, con una estructura que comprende principalmente poliedros de NbO 5 y NbO 6. [7]
Producción
Hidrólisis
El Nb2O5 se prepara por hidrólisis de niobatos, alcóxidos o fluoruros de metales alcalinos utilizando una base. Estos procedimientos aparentemente simples producen óxidos hidratados que luego se pueden calcinar . El Nb2O5 puro también se puede preparar por hidrólisis de NbCl5 : [8]
- 2NbCl5 + 5 H2O → Nb2O5 + 10 HCl
Se ha informado de un método de producción mediante técnicas sol-gel que hidrolizan alcóxidos de niobio en presencia de ácido acético, seguido de calcinación de los geles para producir la forma ortorrómbica , [3] T-Nb 2 O 5 . [9]
Oxidación
Dado que el Nb2O5 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 metal niobio se oxida en el aire. [ 10 ] La oxidación del dióxido de niobio , NbO2 en el aire forma el polimorfo L-Nb2O5 . [ 11]
Se han sintetizado partículas de pentóxido de niobio de tamaño nanométrico mediante reducción de NbCl 5 con LiH , seguida de oxidación aérea como parte de una síntesis de niobatos nanoestructurados. [ cita requerida ]
Reacciones
El Nb2O5 es atacado por HF y se disuelve en álcali fundido. [6] [ 10]
Reducción al metal
La conversión de Nb2O5 es la principal vía de producción industrial de niobio metálico. En la década de 1980, se consumían anualmente unos 15.000.000 kg de Nb2O5 para su reducción al metal . [ 12] El método principal es la reducción de este óxido con aluminio :
- 3Nb2O5 + 10Al → 6Nb + 5Al2O3
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 de dos etapas: [13] [14]
- Nb2O5 + 7C → 2 NbC + 5CO (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 Nb2O5 en haluros. El principal problema es que la reacción para producir oxihaluros es incompleta. En el laboratorio, la conversión se puede realizar con cloruro de tionilo: [ 15 ]
- Nb2O5 + 5SOCl2 → 2 NbCl5 + 5SO2
El Nb2O5 reacciona con CCl4 para dar oxicloruro de niobio NbOCl3 .
Conversión a niobatos
El tratamiento de Nb2O5 con NaOH acuoso a 200 °C puede dar niobato de sodio cristalino, NaNbO3 , mientras que la reacción con KOH puede producir hexaniobatos solubles de tipo Lindqvist, Nb
6Oh8−
19[16] Los niobatos de litio como LiNbO 3 y Li 3 NbO 4 se pueden preparar mediante la reacción de carbonato de litio y Nb 2 O 5 . [17] [18]
Conversión a óxidos de niobio reducidos
La reducción a alta temperatura con H2 da NbO2 : [ 10]
- Nb 2 O 5 + H 2 → 2 NbO 2 + H 2 O
El monóxido de niobio surge de una dosificación mediante un horno de arco: [19]
- Nb2O5 + 3Nb → 5 NbO
El óxido de niobio (III) de color burdeos, uno de los primeros óxidos superconductores, se puede preparar nuevamente mediante una proporción: [18]
- Li 3 NbO 4 + 2 NbO → 3 LiNbO 2
Usos
El pentóxido de niobio se utiliza principalmente en la producción de niobio metálico, [12] pero existen aplicaciones especializadas en la producción de vidrios ópticos y niobato de litio . [2]
Las películas delgadas de Nb2O5 forman las capas dieléctricas en los condensadores electrolíticos de niobio .
Se ha considerado el uso del Nb 2 O 5 como ánodo en una batería de iones de litio, dado que su estructura cristalina ordenada permite velocidades de carga de 225 mAh g −1 a 200 mA g −1 a lo largo de 400 ciclos, con una eficiencia coulombiana del 99,93%. [20]
Enlaces externos
- Información básica sobre el niobio y datos de investigación
Referencias
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