Оксид ниобия(V)

Оксид ниобия(V) — неорганическое соединение, оксид металла ниобия с формулой Nb₂O₅, белые тугоплавкие кристаллы, термически устойчивые, не растворимые в воде.

Оксид ниобия​(V)​
Общие
Систематическое наименование	Оксид ниобия​(V)​
Традиционные названия	Окись ниобия
Хим. формула	Nb2O5
Физические свойства
Состояние	белые кристаллы
Молярная масса	265,81 г/моль
Плотность	4,47-5,29 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	1490-1500; 1521 °C
Мол. теплоёмк.	132,1 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	-1898 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS	1313-96-8
PubChem	123105
Рег. номер EINECS	215-213-6
SMILES	O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O
InChI	InChI=1S/2Nb.5O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N
ChemSpider	109722
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

ПолучениеПравить

• Сжигание ниобия в кислороде:

$\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{5}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{{\mathsf{500}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}$${\mathsf {2Nb+5O_{2}\ {\xrightarrow {500^{o}C}}\ Nb_{2}O_{5}}}$ 

• Гидролиз фторида ниобия(V) или хлорида ниобия(V):

$\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{b}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{5}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\stackrel{}{\to }\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{10}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}$${\mathsf {2NbCl_{5}+5H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ Nb_{2}O_{5}\downarrow +10HCl}}$ 

Физические свойстваПравить

Оксид ниобия(V) образует белые кристаллы нескольких (не менее 10) кристаллических модификаций:

• α-Nb₂O₅ — ромбическая сингония, параметры ячейки a = 0,623 нм, b = 4,380 нм, c = 0,391 нм, Z = 12;
• α'-Nb₂O₅ — моноклинная сингония, пространственная группа C 2/c, параметры ячейки a = 1,273 нм, b = 0,488 нм, c = 0,556 нм, β = 105,1°, Z = 4;
• β-Nb₂O₅ — моноклинная сингония, пространственная группа P 2, параметры ячейки a = 2,126 нм, b = 0,3821 нм, c = 1,935 нм, β = 119,74°, Z = 14;

При нормальных условиях стабильна форма β-Nb₂O₅.

Из раствора осаждается в виде гидрата Nb₂O₅•n H₂O, который более реакционноспособный. После прокаливания (выше 500°С) становится химически пассивным.

Не растворяется в воде, р ПР = 20,14.

Химические свойстваПравить

• Разлагается при сильном нагревании в вакууме, превращаясь в тёмно-синий оксид нестехиометрического состава:

${\mathsf {Nb_{2}O_{5}\ {\xrightarrow[{-O_{2}}]{800-1000^{o}C,vacuum}}\ NbO_{x},\ \ \ 2,4<x<2,5}}$ 

• Реагирует с концентрированной плавиковой кислотой:

$\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{12}\mathsf{H}\mathsf{F}\stackrel{}{\to }{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{[}\mathsf{N}\mathsf{b}{\mathsf{F}}_{\mathsf{7}}\mathsf{]}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{[}\mathsf{N}\mathsf{b}\mathsf{O}{\mathsf{F}}_{\mathsf{5}}\mathsf{]}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Nb_{2}O_{5}+12HF\ {\xrightarrow {}}\ H_{2}[NbF_{7}]+H_{2}[NbOF_{5}]+4H_{2}O}}$ 

• С фторидом калия в разбавленной плавиковой кислоте:

$\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{K}\mathsf{F}\mathsf{+}\mathsf{10}\mathsf{H}\mathsf{F}\stackrel{}{\to }\mathsf{2}{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{[}\mathsf{N}\mathsf{b}{\mathsf{F}}_{\mathsf{7}}\mathsf{]}\mathsf{+}\mathsf{5}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Nb_{2}O_{5}+4KF+10HF\ {\xrightarrow {}}\ 2K_{2}[NbF_{7}]+5H_{2}O}}$ 

• Реагирует с растворами щелочей:

$\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\stackrel{\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}}{\to }\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{8}}\mathsf{[}\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{6}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{19}}\mathsf{]}\mathsf{,}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{8}}\mathsf{[}\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{4}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{12}}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{4}}\mathsf{]}$${\mathsf {Nb_{2}O_{5}\ {\xrightarrow {NaOH}}\ Na_{8}[Nb_{6}O_{19}],Na_{8}[Nb_{4}O_{12}(OH)_{4}]}}$ 

• Реагирует с карбонатами щелочных металлов при спекании:

$\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\stackrel{{\mathsf{800}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}\mathsf{,}\mathsf{v}\mathsf{a}\mathsf{c}\mathsf{u}\mathsf{u}\mathsf{m}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{(}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{N}\mathsf{b}\mathsf{)}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {Nb_{2}O_{5}+Na_{2}CO_{3}\ {\xrightarrow {800^{o}C,vacuum}}\ 2(NaNb)O_{3}+CO_{2}}}$ 

• Восстанавливается водородом:

$\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\stackrel{\mathsf{800}\mathsf{-<!--\; -\; -->}{\mathsf{1000}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}\mathsf{,}\mathsf{v}\mathsf{a}\mathsf{c}\mathsf{u}\mathsf{u}\mathsf{m}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{b}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Nb_{2}O_{5}+H_{2}\ {\xrightarrow {800-1000^{o}C,vacuum}}\ 2NbO_{2}+H_{2}O}}$ 

• Реагирует с хлором в присутствии восстановителей:

$\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{5}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{5}\mathsf{C}\stackrel{\mathsf{600}\mathsf{-<!--\; -\; -->}{\mathsf{900}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}\mathsf{,}\mathsf{v}\mathsf{a}\mathsf{c}\mathsf{u}\mathsf{u}\mathsf{m}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{b}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{5}\mathsf{C}\mathsf{O}$${\mathsf {Nb_{2}O_{5}+5Cl_{2}+5C\ {\xrightarrow {600-900^{o}C,vacuum}}\ 2NbCl_{5}+5CO}}$ 

• Восстанавливается алюминием или сажей до металлического ниобия:

$\mathsf{3}\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{10}\mathsf{A}\mathsf{l}\stackrel{\mathsf{t}}{\to }\mathsf{6}\mathsf{N}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{5}\mathsf{A}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}$${\mathsf {3Nb_{2}O_{5}+10Al\ {\xrightarrow {t}}\ 6Nb+5Al_{2}O_{3}}}$ 

$\mathsf{N}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{5}}\mathsf{+}\mathsf{5}\mathsf{C}\stackrel{{\mathsf{1900}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{5}\mathsf{C}\mathsf{O}$${\mathsf {Nb_{2}O_{5}+5C\ {\xrightarrow {1900^{o}C}}\ 2Nb+5CO}}$ 

ПрименениеПравить

• Промежуточный продукт при получении ниобия.
• Компонент огнеупоров, керамик, специальных стёкол.

ЛитератураПравить

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — 639 с. — ISBN 5-82270-039-8.
• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
• Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0.
• Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.
• Неорганическая химия / под ред. Ю.Д. Третьякова. — М.: Академия, 2007. — Т. 3. — 352 с.