O nióbio é um elemento químico de número atômico 41 e está localizado no grupo 5 da Tabela Periódica. Esse elemento possui propriedades supercondutoras, ou seja, é capaz de conduzir corrente elétrica sem apresentar resistência, sendo, portanto, mais eficiente.
Esse elemento é adicionado a outros metais formando ligas metálicas especiais, com elevada resistência ao calor e mais leves, sendo utilizadas em construções de grande porte, como pontes, estruturas metálicas, aeronaves e geradores de energia.
As maiores minas de nióbio estão localizadas no Brasil, principalmente em Minas Gerais e no Amazonas, sendo ainda pouco exploradas.
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Resumo sobre nióbio
- O nióbio é um elemento do grupo 5 da Tabela Periódica, com número atômico 41.
- Possui aparência metálica característica.
- O nióbio e o tântalo possuem propriedades físico-químicas muito parecidas. Foram confundidos durante muito tempo antes de serem entendidos como dois elementos distintos.
- O nióbio é resistente à corrosão e é um supercondutor, sendo capaz de conduzir corrente elétrica sem resistência ao fluxo de elétrons.
- Esse elemento é usado em ligas metálicas, elevando a resistência térmica e a soldagem. Também é usado em grandes estruturas metálicas e empregado em ímãs supercondutores, usados em aceleradores de partículas, e em baterias de alto desempenho.
- O nióbio é encontrado em minerais como a columbita, tantalita e pirocloro.
- As maiores minas de nióbio estão localizadas no Brasil.
Propriedades do nióbio
- Símbolo: Nb.
- Número atômico: 41.
- Massa atômica: 92,906 u.
- Configuração eletrônica: [Kr] 4d4 5s1.
- Estado físico: sólido (20 °C).
- Ponto de fusão: 2477 °C.
- Ponto de ebulição: 4741 °C.
- Densidade: 8,57 g cm-3.
- Eletronegatividade: 1,6 (escala de Pauling).
- Série química: metal de transição.
- Localização na Tabela Periódica: grupo 5, período 5, bloco d.
- Isótopos naturais: 93Nb (100%).
Características do nióbio
O nióbio é um metal do grupo 5 da Tabela Periódica. Possui aparência metálica característica, com coloração prata brilhante. É macio e dúctil, adquirindo uma coloração azulada quando exposto ao ar em temperatura ambiente por um longo tempo.
O elemento apresenta um único isótopo natural, de massa molar 93. Esse metal consegue ser dissolvido em uma mistura de ácidos nítrico e fluorídrico. Os compostos de nióbio são menos comuns do que o elemento metálico, mas existem com o nióbio em estados de oxidação, principalmente +5 e +3.
O tântalo e o nióbio são elementos que ocorrem intimamente associados e são comumente confundidos, em razão das propriedades físicas e químicas similares.
O nióbio é resistente à corrosão, devido à propriedade de formação de óxidos em sua superfície. No entanto, pode sofrer processos de oxidação em temperatura superior a 400 °C.
Uma das características mais importantes do nióbio é a sua propriedade supercondutora, sendo ele capaz de conduzir eletricidade sem impor nenhum tipo de resistência ao fluxo de elétrons, evitando o desperdício de energia por dissipação de calor.
A grande aplicação do nióbio em ligas metálicas vem da sua completa miscibilidade com o ferro, gerando a liga ferronióbio, que é adicionada à composição de alguns tipos de aços inoxidáveis.
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Para que serve o nióbio?
O nióbio é empregado em ligas metálicas, inclusive na composição do aço inoxidável, contribuindo para o aumento de resistência à soldagem e aquecimento. Estima-se que a adição de 200 a 1000 gramas de nióbio a uma tonelada de ferro seria suficiente para melhorar significativamente as propriedades do aço, tornando-o mais leve e eficiente.
A liga ferronióbio está presente na estrutura de pontes, viadutos, gasodutos e na carcaça de automóveis e navios.
As ligas denominadas “ligas de grau vácuo” são formadas por nióbio, ferro e níquel, sendo altamente resistentes ao calor e empregadas na produção de motores de foguetes, aviões e em turbinas de geração de energia.
A liga nióbio-estanho é um eficiente supercondutor em temperatura inferior a 18,5 Kelvin, melhor inclusive do que o próprio nióbio, que se torna supercondutor em temperatura menor que 9,25 K. A liga nióbio-titânio é usada na fabricação de ímãs supercondutores.
Alguns óxidos de nióbio são incorporados ao vidro na moldagem de lentes específicas, sendo usadas em telescópios, câmeras de segurança e em óculos corretivos. Nesse último caso, reduzem o índice de refração, permitindo que as lentes possam ser mais finas. Compostos óxidos também são usados em catalisadores e em baterias de carros elétricos.
O nióbio metálico, em razão da capacidade supercondutora, participa da manufatura de itens muito específicos, como ímãs supercondutores em aceleradores de partículas e equipamentos de ressonância magnética nuclear e de tomografia. O nióbio apresenta compatibilidade com o urânio e, em razão da capacidade de resistir à corrosão, encontra aplicação na construção de reatores nucleares.
Onde o nióbio é encontrado?
A principal fonte natural do nióbio é o mineral columbita, que também possui tântalo em sua composição. Mesmo ocorrendo juntos, o nióbio é cerca de dez vezes mais abundante do que o tântalo.
O mineral columbita é formado por uma combinação entre a própria columbita (FeNb2O6) e a tantalita (FeTa2O6), em diversas proporções. Esse mineral também pode ser denominado columbita-tantalita e contém cerca de 76% de Nb2O5.
![Mineral columbita exposto em museu na Alemanha. [1]](https://static.manualdaquimica.com/2023/02/mineral-columbita.jpg)
O pirocloro [(Na,Ca)2Nb2O6(OH,F)] é outro mineral de onde se extrai nióbio, sendo constituído por niobato de sódio e cálcio, contendo cerca de 71% de Nb2O5.
As maiores minas de columbita são encontradas no Brasil e no Canadá. Outros países, como Austrália, Egito, República Democrática do Congo, Groenlândia, Nigéria, Zaire e Rússia, também possuem depósitos de columbita.
Quantidades de nióbio também são geradas como produto secundário da extração do estanho.
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Obtenção do nióbio
A obtenção de nióbio por meio dos minerais columbita e pirocloro enfrenta como problema principal a dificuldade de separação do nióbio e tântalo, exatamente em função de suas semelhanças atômicas.
Após ser extraído da mina, o material é submetido a uma etapa de concentração, para elevar a concentração de nióbio. Isso ocorre por etapas de separação magnética e flotação, que removem frações não desejáveis.
Na sequência vem a etapa de refino, em que o material concentrado da etapa anterior — o pentóxido de nióbio (Nb2O5) — é refinado em duas etapas. Primeiramente, são removidos água, cloro e enxofre, e, na sequência, retira-se fósforo e chumbo.
O material resultante é encaminhado à fase de metalurgia, que normalmente ocorre pela obtenção de ferronióbio. Nessa etapa, alumínio é usado para remover o oxigênio e, por fim, é acrescentado o ferro, dando origem à liga, de acordo com a reação:
\(3\ {Nb}_2O_5+\ {Fe}_2O_3+12\ Al\ \longrightarrow6\ Nb+2\ Fe+6\ {Al}_2O_3\ \)
Esse processo é denominado aluminotermia.
Outra maneira de obter o nióbio é pela eletrólise de sais fundidos ou reduzidos com algum metal muito reativo, como o sódio.
Nióbio no Brasil
No Brasil, as reservas lavráveis de nióbio estão em Minas Gerais, Amazonas, Goiás, Rondônia e Paraíba. O Brasil é o maior produtor de nióbio do mundo, responsável por 98% do total. O país também é o maior exportador desse metal.
Em Minas Gerais, as maiores reservas do mineral pirocloro estão localizadas em Araxá, em quantidade estimada de 800 milhões de toneladas do minério, suficientes para suprir a demanda mundial durante cerca de 200 anos.
Algumas das maiores reservas mundiais de nióbio ficam em Amazonas, em minas de columbita-tantalita, nas cidades de Pitinga e em São Gabriel da Cachoeira. Nessa última cidade encontram-se cerca de 2,9 bilhões de toneladas de nióbio, mas que não são exploradas porque estão localizadas em território indígena, dentro do Parque Nacional do Pico da Neblina.
Outra grande mina do estado está localizada em Presidente Figueiredo, com uma reserva lavrável de mais de 175 milhões de toneladas de columbita-tantalita.
Precauções com o nióbio
O nióbio é considerado não tóxico, no entanto quando está sob a forma de pó metálico, causa irritação aos olhos e à pele. O pó de nióbio é altamente inflamável.
Os compostos de nióbio ainda estão sendo estudados quanto à sua toxicidade, mas estudos preliminares efetuados em ratos indicam efeitos de toxicidade medianos para niobatos e cloretos de nióbio.
História do nióbio
O nome do elemento nióbio deriva de Niobe, filha de Tântalo, ambos personagens da mitologia grega. A inspiração veio pelo fato de que os dois elementos foram originalmente considerados idênticos.
O nióbio foi descoberto pelo químico britânico Charles Hatchett em 1801, por meio de um mineral preto encontrado na Columbia, cidade localizada no estado de Connecticut, nos Estados Unidos. Em homenagem à cidade, o minério foi denominado columbium.
Em 1809, o químico inglês William Hyde Wollaston afirmou que columbium e tântalo eram idênticos.
Mais tarde, em 1844, o químico e farmacêutico alemão Heinrich Rose confirmou que se tratava de dois elementos químicos diferentes. Em 1846, o nióbio foi isolado pela primeira vez pelo químico C. W. Blomstrand.
Então, em 1950, a International Union of Pure and Applied Chemistry (Iupac) firmou um acordo internacional em que o nome nióbio foi formalmente adotado para o elemento com número atômico 41. Mesmo assim, o termo columbium continuou sendo usado na indústria metalúrgica norte-americana.
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