Niobium

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Niobium
Zirconium ← Niobium → Molybdène
V
  Structure cristalline cubique à corps centré
 
41		 Nb
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
↑
Nb
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Ta
Tableau complet • Tableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Niobium, Nb, 41
Série chimique métaux de transition
Groupe, période, bloc 5, 5, d
Masse volumique 8,57 g·cm-3 (20 °C)[1]
Dureté 6
Couleur Gris métallique
No CAS 7440-03-1
No EINECS 231-113-5
Propriétés atomiques
Masse atomique 92,90638 ± 0,00002 u[1]
Rayon atomique (calc) 145 pm (198 pm)
Rayon de covalence 1,64 ± 0,06 Å [2]
Configuration électronique [Kr] 4d4 5s1
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 12, 1
État(s) d’oxydation 5, 3
Oxyde Acide faible
Structure cristalline Cubique centré
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 2 477 °C [1]
Point d’ébullition 4 744 °C [1]
Énergie de fusion 26,4 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 696,6 kJ·mol-1
Volume molaire 14,02×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 0,0755 Pa à 2 467,85 °C
Vitesse du son 3 480 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,6
Chaleur massique 265 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 6,93×106 S·m-1
Conductivité thermique 53,7 W·m-1·K-1
Solubilité sol. dans HF + HNO3 [3]
Énergies d’ionisation[4]
1re : 6,75885 eV 2e : 14,0 eV
3e : 25,04 eV 4e : 38,3 eV
5e : 50,55 eV 6e : 102,057 eV
7e : 125 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
91Nb {syn.} 680 a ε 1,253 91Zr
92Nb {syn.} 34,7 Ma β-
—-—-
ε		 0,356
—-—-
2,006		 92Mo
—-—-
92Zr
93Nb 100 % stable avec 52 neutrons
94Nb {syn.} 20 300 a β- 2,045 94Mo
Précautions
Directive 67/548/EEC[5]
État pulvérulent :
Facilement inflammable
F
SGH[6]
SGH02 : Inflammable
Danger
H250, P222, P231, P422,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Le niobium est un élément chimique, de symbole Nb et de numéro atomique 41. C'est un métal de transition gris, rare, mou et ductile.

Sommaire

Caractéristiques notables[modifier]

Le niobium est un métal brillant gris, ductile qui prend une couleur bleutée lorsqu'il est exposé à l'air à température ambiante pendant une longue période. Les propriétés chimiques du niobium sont presque identiques à celles du tantale. Le métal commence à s'oxyder à l'air au-dessus d'une température de 200 °C. Le minerai pyrochlore (Ca,Na)Nb2O6(OH,F) fournit la majeure partie du niobium produit.

Histoire[modifier]

Le nom dérive de Niobé, la fille de Tantale. Ce choix est dû au fait que le tantale découvert antérieurement s'est avéré par la suite être un mélange avec le niobium.

Le niobium a été découvert en 1801 par Charles Hatchett sous forme d'oxyde Nb2O5. Il l'avait baptisé « colombium ». En 1866, du niobium (relativement impur) a été préparé par Christian Wilhelm Blomstrand puis le niobium pur par Werner von Bolton en 1907.

Les États-Unis ont longtemps utilisé le nom « colombium » (symbole Cb), du district de Columbia où le minéral a été découvert. Bien que « niobium » soit le nom officiel, on trouve encore « colombium » dans diverses publications.

Provenance[modifier]

Le principal pays producteur de niobium est le Brésil, à 80 % de la production mondiale, tandis qu'une seule mine située à Saint-Honoré, au Québec, Canada, compte pour 15 % de la production mondiale. On trouve aussi du niobium dans le Nord-Kivu en République démocratique du Congo[7] et au Gabon. Madagascar devient producteur en 2008. Par ailleurs, il existe de grandes quantités de niobium en Afghanistan mais la faiblesse des infrastructures dans ce pays rend son exploitation très difficile[8].

Utilisations[modifier]

Environ 89 % de la consommation mondiale du niobium se retrouve dans la fabrication de l'acier tandis que 9 % va à la production de superalliages et 2 % aux applications de super-conductivité et aux applications médicales[9].

Alliage d'acier[modifier]

Pour les aciers à hautes caractéristiques, l'adjonction bien précise de niobium, de titane[9] et d'aluminium génère un caractère qualifié de dispersoïde. Un tel acier à dispersoïdes a une résistance améliorée (limite d'élasticité et limite de rupture, allongement, striction, résiliences) car la combinaison Ti - Al - Nb favorise l'affinement des grains. L'addition d'élément dispersoïde est très faible mais nécessite une grande précision de dosage, on parle aussi d'aciers micro-alliés.

Cette résistance justifie l'utilisation d'acier au niobium dans les applications :

Les qualités du niobium en font l'une des huit matières premières stratégiques considérées comme indispensables en temps de guerre comme en temps de paix[10].

Aimant supraconducteur[modifier]

On utilise de l'acier au niobium (60 % de niobium) et des alliages de niobium, zirconium ou étain dans des aimants supraconducteurs. L'alliage supraconducteur le plus utilisé est Nb3Ge possédant une température critique de 23K (-250 °C).

Métal d'apport pour le soudage à l'arc[modifier]

On utilise des alliages de niobium, avec le zirconium, le molybdène, le vanadium, le chrome ou le tungstène comme métal d'apport pour souder à l'arc certains aciers inoxydables.

Orthopédie[modifier]

Le corps supporte bien un alliage de niobium et de titane que l'on utilise pour des implants ou dans les broches et plaques de réduction des fractures.

Cristaux de niobium et cube de niobium anodisé, bleu de 1cm3
Niobium

Réacteurs nucléaires[modifier]

Il est utilisé en alliage avec le zirconium pour les enveloppes de barre de combustible du fait de sa faible section de capture des neutrons.

Filtres à onde de surface[modifier]

Utilisent le niobate de lithium.

Joaillerie[modifier]

Le niobium est avec l'or le seul métal qui se laisse forger à froid par l'artisan.
Sa coloration par anodisation est similaire à celle des autres métaux réfractaires tel que le titane[11].

Toxicologie, écotoxicologie[modifier]

Le niobium n'a pas de rôle biologique connu. Ses composés semblent rares dans la nature, mais beaucoup sont hautement toxiques ou écotoxiques.

Sa cinétique environnementale et son métabolisme sont mal connus, et les données radioécologiques relatives au niobium sont rares, « voire absentes » selon l'IRSN[12].

Son isotope radioactif Niobium 95 (95Nb) coexiste habituellement avec le zirconium 95 (95Zr) (quand il n'est pas confondu avec lui) dans l’équilibre radioactif 95Zr/95Nb[12]. Ces deux isotopes ne sont pas chimiquement comparables mais sont réputés avoir des comportements proches dans les sols et végétaux. Peu de travaux les ont décrit, mais ils sont considérés comme « particulièrement peu réactifs et donc probablement peu mobiles dans l’environnement » par l'IRSN, en raison d'une forte affinité du niobium pour les particules du sol et un transfert racinaire probablement nul (adsorption sur les racines, mais sans passage et translocation dans la plante)[12]. On ne comprend pas pourquoi il est aussi peu mobile dans le sol[12] et il semble qu'on ignore quels peuvent être ses impacts dans les organismes ou le réseau trophique quand il est ingéré par les animaux "mangeurs de terre" (ex : vers de terre) ou quand des animaux consommant les racines vivantes ou des décomposeurs (animaux, champignons, bactéries) consomment la matière organique sur laquelle il a été adsorbé.

Précautions[modifier]

Les composés niobés sont souvent hautement toxiques et doivent être traités avec attention, en particulier aussi quand ils sont présents dans les déchets.
La poussière métallique de niobium provoque une irritation oculaire et dermique. Elle accroît aussi les risques d'incendie.

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Voir aussi[modifier]

Notes et références[modifier]

  1. ↑ a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0) 
  2. ↑ (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions, 2008, p. 2832 - 2838 [lien DOI] 
  3. ↑ (en) Metals handbook, vol. 10 : Materials characterization, ASM International, 1986, 1310 p. (ISBN 0-87170-007-7), p. 344 
  4. ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, 2006, 87e éd. (ISBN 0849304873), p. 10-202 
  5. ↑ Entrée de « Niobium, Powder » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais) (JavaScript nécessaire)
  6. ↑ SIGMA-ALDRICH
  7. ↑ http://www.lepotentiel.com/afficher_article.php?id_article=104783&id_edition=7002
  8. ↑ http://actu.orange.fr/a-la-une/l-afghanistan-assis-sur-mille-milliards-de-dollars-de-minerais_567058.html
  9. ↑ a et b (en) Présentation du Niobium sur le site de Niocan Inc., NIOCAN inc. Consulté le 2009-07-04
  10. ↑ Avec le germanium (électronique avancée) ; le titane (sous-marins de chasse, alliage extrêmement résistant ; magnésium (explosifs) ; platine (contacts aussi conducteurs que l'or pour l'aviation, circuits avec contacts rapides) ; mercure (chimie nucléaire, instruments de mesure) ; molybdène (acier) ; cobalt (chimie nucléaire). (Christine Ockrent, comte de Marenches, Dans le secret des princes, éd. Stock, 1986, p; 193.)
  11. ↑ Pour plus de détail, voir http://www.archaeometry.org/interaction.htm
  12. ↑ a, b, c et d J. Réal, P. Santucci Fiche Radionucléide Niobium et environnement, IRSN, PDF, 11pages, 2002

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Sources[modifier]

  • Louis Perron, Le Niobium, Ressources naturelles Canada
  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
  ↓  
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
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