خامس أكسيد النيوبيوم

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

خامس أكسيد النيوبيوم هو مركب غير عضوي صيغته الكيميائية Nb₂O₅ . وهو مادة صلبة عديمة اللون ، غير قابلة للذوبان ، وقليلة التفاعل، ويُعدّ أكثر المواد الأولية شيوعًا لمركبات ومواد أخرى تحتوي على النيوبيوم. يُستخدم بشكل أساسي في صناعة السبائك، وله تطبيقات متخصصة أخرى في المكثفات ، والزجاج البصري، وإنتاج نيوبات الليثيوم . [ 3 ]

بناء

يحتوي على العديد من الأشكال البلورية المتعددة، والتي تعتمد جميعها بشكل كبير على ذرات النيوبيوم ذات التنسيق الثماني السطوح. [ 4 ] [ 5 ] تُعرف الأشكال البلورية المتعددة بمجموعة متنوعة من البادئات. [ 4 ] [ 5 ] الشكل الأكثر شيوعًا هو أحادي الميل H-Nb₂O₅ ، والذي يتميز ببنية معقدة تحتوي وحدة الخلية فيه على 28 ذرة نيوبيوم و70 ذرة أكسجين، حيث ترتبط 27 ذرة نيوبيوم بتنسيق ثماني السطوح، بينما ترتبط ذرة واحدة بتنسيق رباعي السطوح. [ 6 ] يوجد هيدرات صلب غير موصوف، Nb₂O₅·nH₂O ، يُعرف باسم حمض النيوبيك ( كان يُسمى سابقًا حمض الكولومبيك ) ، والذي يمكن تحضيره عن طريق التحلل المائي لمحلول قاعدي من خماسي كلوريد النيوبيوم أو Nb₂O₅ المذاب في حمض الهيدروفلوريك. [ 7 ]

يتميز خماسي أكسيد النيوبيوم المنصهر بأعداد تنسيق متوسطة أقل من الأشكال البلورية، ويتكون هيكله في الغالب من متعددات السطوح NbO 5 و NbO 6. [ 8 ]

إنتاج

التحلل المائي

يُحضّر Nb₂O₅ عن طريق التحلل المائي لنيوبات الفلزات القلوية أو ألكوكسيداتها أو فلوريداتها باستخدام قاعدة. تُنتج هذه الإجراءات البسيطة ظاهريًا أكاسيدًا مائية يمكن تكليسها بعد ذلك . كما يمكن تحضير Nb₂O₅ النقي عن طريق التحلل المائي لـ NbCl₅ : [ 9 ]

2 NbCl 5 + 5 H 2 O → Nb 2 O 5 + 10 HCl

تم الإبلاغ عن طريقة إنتاج عبر تقنيات سول-جل عن طريق تحلل ألكوكسيدات النيوبيوم في وجود حمض الأسيتيك، متبوعًا بتكليس المواد الهلامية لإنتاج الشكل المعيني القائم ، [ 4 ] T- Nb2O5 . [ 10 ]

أكسدة

نظرًا لأن أكسيد النيوبيوم ( Nb₂O₅ ) هو المركب الأكثر شيوعًا وثباتًا للنيوبيوم، توجد طرق عديدة، عملية وغير عملية، لتكوينه. على سبيل المثال، يتكون هذا الأكسيد عند أكسدة معدن النيوبيوم في الهواء. [ 11 ] وتؤدي أكسدة ثاني أكسيد النيوبيوم ( NbO₂ ) في الهواء إلى تكوين الشكل البلوري L- Nb₂O₅ . [ 12 ]

ردود الفعل

يتفاعل Nb 2 O 5 مع HF ويذوب في القلويات المنصهرة. [ 7 ] [ 11 ]

الاختزال إلى المعدن

يُعدّ تحويل خامس أكسيد النيوبيوم (Nb₂O₅ ) الطريقة الرئيسية لإنتاج معدن النيوبيوم صناعيًا. في ثمانينيات القرن الماضي، استُهلك حوالي 15 مليون  كيلوغرام من خامس أكسيد النيوبيوم سنويًا لاختزاله إلى المعدن. [ 13 ] وتتمثل الطريقة الرئيسية في اختزال هذا الأكسيد باستخدام الألومنيوم .

3 Nb 2 O 5 + 10 Al → 6 Nb + 5 Al 2 O 3

هناك مسار بديل ولكنه أقل ممارسة يتضمن الاختزال الكربوني الحراري، والذي يتم عن طريق الاختزال بالكربون ويشكل أساس عملية بالك ذات المرحلتين: [ 14 ] [ 15 ]

Nb 2 O 5 + 7 C → 2 NbC + 5 CO (تم تسخينه تحت الفراغ عند 1800  درجة مئوية)
5 NbC + Nb 2 O 5 → 7 Nb + 5 CO

التحويل إلى هاليدات

تُعرف طرق عديدة لتحويل خامس أكسيد النيوبيوم (Nb₂O₅ ) إلى هاليدات . تكمن المشكلة الرئيسية في عدم اكتمال التفاعل لإنتاج الأوكسي هاليدات. في المختبر، يمكن إجراء التحويل باستخدام كلوريد الثيونيل: [ 16 ]

Nb₂O₅ + 5 SOCl₂ → 2 NbCl₅ + 5 SO₂

يتفاعل Nb 2 O 5 مع CCl 4 ليعطي أوكسي كلوريد النيوبيوم NbOCl 3 .

التحويل إلى نيوبات

يمكن أن يؤدي معالجة Nb₂O₅ بمحلول NaOH المائي عند 200 درجة مئوية إلى إنتاج نيوبات الصوديوم البلورية، NaNbO₃ ، بينما قد ينتج عن التفاعل مع KOH سداسي نيوبات من نوع ليندكفيست قابل للذوبان ، Nb₂O₅ 6 O 8− 19 . [ 17 ] يمكن تحضيرنيوبات الليثيوممثل LiNbO3و Li3NbO4كربونات الليثيومو Nb2O5. [ 18 ] [ 19 ]

التحويل إلى أكاسيد النيوبيوم المختزلة

يؤدي الاختزال بدرجة حرارة عالية باستخدام H2 إلى NbO2 : [ 11 ]

ملحوظة 2 يا 5 + ح 2 → 2 نبو 2 + ح 2 يا

ينتج أكسيد النيوبيوم من تفاعل التناسب باستخدام فرن القوس الكهربائي: [ 20 ]

Nb₂O₅ + 3Nb → 5NbO

يمكن تحضير أكسيد النيوبيوم (III) ذو اللون العنابي، وهو أحد أوائل الأكاسيد فائقة التوصيل، مرة أخرى عن طريق التناسب: [ 19 ]

لي 3 نبو 4 + 2 نبو → 3 لي نبو 2

الاستخدامات

يُستخدم خامس أكسيد النيوبيوم بشكل رئيسي في إنتاج معدن النيوبيوم، [ 13 ] ولكن توجد تطبيقات متخصصة في إنتاج الزجاج البصري ونيوبات الليثيوم . [ 3 ]

تشكل الأغشية الرقيقة من Nb 2 O 5 الطبقات العازلة في مكثفات النيوبيوم الإلكتروليتية .

تم النظر في استخدام Nb 2 O 5 كقطب سالب في بطارية أيونات الليثيوم، نظرًا لأن بنيتها البلورية المنتظمة تسمح بسرعات شحن تبلغ 225 مللي أمبير/ غرام عند 200 مللي أمبير /غرام عبر 400 دورة، بكفاءة كولومبية تبلغ 99.93%. [ 21 ]

مراجع

  1. ↑ "دليل الكيمياء والفيزياء، الطبعة 102" . دار نشر CRC .
  2. ↑ PubChem. "خماسي أكسيد النيوبيوم" . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 فبراير 2026 .
  3. 1 2 فرانسوا كارداريلي (2008) دليل المواد سبرينغر لندن ISBN 978-1-84628-668-1
  4. 1 2 3 سي. نيكو وآخرون (2011). "مساحيق أكسيد النيوبيوم المتلبدة لتطبيقات الأجهزة الإلكترونية". مجلة الكيمياء الفيزيائية ج . 115 (11): 4879-4886 . doi : 10.1021/jp110672u . 
  5. 1 2 ويلز إيه إف (1984) الكيمياء اللاعضوية البنيوية، الطبعة الخامسة، منشورات أكسفورد للعلوم، رقم ISBN 0-19-855370-6
  6. ↑ غيت هاوس، بي إم؛ وادسلي، إيه دي (1964-12-01). "البنية البلورية لشكل أكسيد النيوبيوم الخماسي عند درجات الحرارة العالية". أكتا كريستالوغرافيكا . 17 (12). الاتحاد الدولي لعلم البلورات (IUCr): 1545-1554 . Bibcode : 1964AcCry..17.1545G . doi : 10.1107/s0365110x6400384x . ISSN 0365-110X . 
  7. 1 2 د. أ. بايوت وم. م. ديفيلرز، طرق تحضير المواد الأولية لأكاسيد متعددة المعادن القائمة على النيوبيوم في التقدم في أبحاث كيمياء الحالة الصلبة، آرت م. نيومان، رونالد و. باكلي، (2007)، دار نشر نوفا، ISBN 1-60021-313-8
  8. ↑ ألديرمان، أو إل جي بنمور، سي جيه نويفهايند، جيه سي كويليه، إي ميرميت، آلان مارتينيز، في تامالونيس، إيه ويبر، جيه كيه آر (2018). "التانتال غير المتبلور وعلاقته بالحالة المنصهرة" . مجلة Physical Review Materials . 2 (4) 043602. Bibcode : 2018PhRvM...2d3602A . doi : 10.1103/PhysRevMaterials.2.043602 . OSTI 1436942 . {{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  9. ↑ عملية تصنيع خامس أكسيد النيوبيوم أو خامس أكسيد التنتالوم، كيرن، ثيرويل، جاكوب، هوبر (CIBA سويسرا)، رقم براءة الاختراع الأمريكية: 3133788، (1964)
  10. ↑ غريسمار، ب.؛ بابين، ج.؛ سانشيز، س.؛ ليفاج، ج. (1991). "طريقة سول-جل لخامس أكسيد النيوبيوم". كيمياء المواد . 3 (2). الجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS): 335-339 . doi : 10.1021/cm00014a026 . ISSN 0897-4756 . 
  11. 1 2 3 غرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN  978-0-08-037941-8.
  12. ↑ فيزولي، جي سي (1982-10-01). "الخواص الكهربائية لـ NbO2 وNb2O5 عند درجة حرارة مرتفعة في الهواء وغاز الأرجون المتدفق". مجلة Physical Review B. 26 ( 7). الجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS): 3954-3957 . Bibcode : 1982PhRvB..26.3954V . doi : 10.1103/physrevb.26.3954 . ISSN 0163-1829 . 
  13. 1 2 ألبريشت، سفين؛ شيمورك، كريستيان؛ إيكيرت ، يواكيم (2011)، موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية: مركبات النيوبيوم والنيوبيوم ، Weinheim: Wiley-VCH، doi : 10.1002/14356007.a17_251.pub2
  14. ↑ آلان إي. كومينز (1999) قاموس موسوعي للعمليات المسماة في التكنولوجيا الكيميائية، مطبعة سي آر سي، رقم ISBN 0-8493-1205-1
  15. ↑ وكالة حماية البيئة الأمريكية، وثيقة تطوير قيود النفايات السائلة، والمبادئ التوجيهية، والمعايير لفئة مصادر التلوث النقطية لتصنيع المعادن غير الحديدية، المجلد الثامن، مكتب لوائح ومعايير المياه، مايو 1989
  16. ↑ براون، د. (1967). "كلوريد النيوبيوم (V) وسداسي كلورو نيوبات (V)". التخليق غير العضوي . المجلد 9. الصفحات 88-92 . doi : 10.1002/9780470132401.ch24 . ISBN   978-0-470-13240-1.
  17. ↑ سانتوس، ICMS؛ لوريرو، LH؛ سيلفا، MFP؛ كافاليرو، آنا MV (2002). "دراسات حول التخليق الحراري المائي لأكاسيد النيوبيوم". بولي هيدرون . 21 (20). إلسيفير بي في: 2009-2015 . doi : 10.1016/s0277-5387(02)01136-1 . ISSN 0277-5387 . 
  18. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 5482001 - عملية إنتاج بلورة أحادية من نيوبات الليثيوم، 1996، كاتونو تي، توميناغا إتش،
  19. 1 2 جيسيلبراخت، مارغريت جيه؛ ستايسي، أنجليكا إم؛ روسينسكي، ماثيو (2007-01-05). "أكسيد الليثيوم والنيوبيوم: LiNbO2 و LixNbO2 فائق التوصيل " . التخليق غير العضوي . المجلد 30. هوبوكين ، نيوجيرسي، الولايات المتحدة الأمريكية: جون وايلي وأولاده، الصفحات 222-226 . doi : 10.1002/9780470132616.ch42 . ISBN   978-0-470-13261-6ISSN 1934-4716​​ 
  20. ↑ ريد، تي بي؛ بولارد، إي آر؛ لوني، إل إي؛ لومان، آر إي؛ هونيغ، جيه إم (5 يناير 2007). "أحادي أكسيد النيوبيوم". التخليق غير العضوي . المجلد 30. هوبوكين، نيوجيرسي، الولايات المتحدة الأمريكية: جون وايلي وأولاده، الصفحات 108-110 . doi : 10.1002/9780470132616.ch22 . ISBN   978-0-470-13261-6ISSN 1934-4716​​ 
  21. ↑ لافارس، نيك (9 سبتمبر 2022). "يتحول قطب البطارية أثناء الاستخدام لشحن أسرع" . نيو أطلس . تم الاسترجاع في 10 سبتمبر 2022 .