नाइओबियम पेंटोक्साइड

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नाइओबियम पेंटोक्साइड
Kristallstruktur Niob(V)-oxid.png
Names
IUPAC name
Niobium(V) oxide
Other names
Niobium pentoxide
Identifiers
3D model (JSmol)
UNII
  • O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O
Properties
Nb2O5
Molar mass 265.81 g/mol
Appearance white orthogonal solid
Density 4.60 g/cm3
Melting point 1,512 °C (2,754 °F; 1,785 K)
insoluble
Solubility soluble in HF
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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नाइओबियम पेंटोक्साइड ऐसा रासायनिक सूत्र है जो नाइओबियम के साथ अकार्बनिक यौगिक का उत्पादन करता हैं तथा इसका ऑक्साइड रंगहीन, अघुलनशील, और अधिक अप्रतिक्रियाशील ठोस, तथा अन्य यौगिकों और नाइओबियम युक्त पदार्थों के लिए सबसे व्यापक अग्रदूत के रूप में कार्य करता है। यह मुख्य रूप से मिश्र धातु में उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए संधारित्र, ऑप्टिकल ग्लास और लिथियम निओबेट के उत्पादन में अन्य विशेष अनुप्रयोगों के साथ इसका उपयोग किया जाता हैं।[1]

संरचना

इसके कई बहुरूप होते हैं जो बड़े पैमाने पर ऑक्टाहेड्रली समन्वित नाइओबियम परमाणुओं पर आधारित होते हैं।[2][3] इसके अन्य प्रतिरूपों की पहचान विभिन्न प्रकार के उपसर्गों से की जाती है।[2][3] इसका सबसे अधिक सामना किया जाने वाले प्रतिरूपों में मोनोक्लिनिक क्रिस्टल प्रणाली एच-नाइओबियम है, जिसका ऑक्साइड मान की संरचना जटिल होती है जिसमें यूनिट सेल भी सम्मलित होता हैं, इसमें 28 नाइओबियम परमाणु और 70 ऑक्सीजन होते हैं, जहां 27 नाइओबियम परमाणु ऑक्टाहेड्रली समन्वित होते हैं और टेट्राहेड्रली भी सम्मलित होता हैं।[4] अनैच्छिक ठोस हाइड्रेट Nb2O5·nH2O होता है, इस प्रकार तथाकथित नाइओबिक एसिड (जिसे पहले कोलम्बिक अम्ल कहा जाता था), जिसे O5 HF में मिले हुए नाइओबियम पेंटाक्लोराइड या एनबी के मूल समाधान के हाइड्रोलिसिस द्वारा तैयार किया जाता है।[5] पिघला हुआ नाइओबियम पेंटोक्साइड में क्रिस्टलीय रूपों की तुलना में कम औसत समन्वय संख्या होती है, जिसमें अधिकतर NbO5 युक्त संरचना होती है और NbO6 बहुत अधिक मात्रा में पाया जाता हैं।[6]

उत्पादन

हाइड्रोलिसिस

Nb2O5 आधार का उपयोग करके क्षार-धातु नाइओबेट्स, अल्कोक्साइड्स या फ्लोराइड के हाइड्रोलिसिस द्वारा तैयार किया जाता है। इस तरह की स्पष्ट रूप से सरल प्रक्रियाएं हाइड्रेटेड ऑक्साइड का वहन करती हैं जो तब पकाना हो सकती हैं। शुद्ध Nb2O5 नाइओबियम (वी) क्लोराइड NbCl5 या एनबीसीएल के हाइड्रोलिसिस द्वारा भी तैयार किया जाता है:[7]

2 NbCl5 + 5 H2O → Nb2O5 + 10 HCl

SOL-जेल तकनीकों के माध्यम से उत्पादन की विधि को एसिटिक एसिड की उपस्थिति में नाइओबियम अल्कोक्साइड्स को हाइड्रोलाइजिंग करने की सूचना दी गई है, इसके बाद जैल के कैल्सीनेशन के बाद ऑर्थोरोम्बिक क्रिस्टल सिस्टम T-Nb2O5 फॉर्म का उत्पादन किया जाता है,[2] [8]

ऑक्सीकरण

यह देखते हुए कि Nb2O5 नाइओबियम का सबसे सरल और मजबूत यौगिक है, इसके गठन के लिए व्यावहारिक और गूढ़ दोनों तरह के कई तरीके सम्मलित हैं। उदाहरण के लिए, ऑक्साइड तब उत्पन्न होता है जब नाइओबियम धातु हवा में ऑक्सीकृत होती है।[9] नाइओबियम डाइऑक्साइड का ऑक्सीकरण, NbO2 हवा में बहुरूपता, L-Nb2O5 बनाता है.[10] नैनो संरचित निओबेट्स के संश्लेषण के हिस्से के रूप में हवाई ऑक्सीकरण के बाद नैनो-आकार के नाइओबियम पेंटोक्साइड कणों को NbCl5 के LiH अपचयन द्वारा संश्लेषित किया गया है।[citation needed]

प्रतिक्रियाएं

Nb2O5 एचएफ द्वारा हमला किया जाता है और इसे फ्यूज्ड क्षार में घोल दिया जाता है।[5][9]

धातु में कमी

Nb2O5 को नाइओबियम धातु के औद्योगिक उत्पादन का मुख्य पदार्थ माना जाता है। 1980 के दशक में, लगभग 15,000,000 किग्रा Nb2O5 धातु में कमी के लिए सालाना खपत होती थी।[11] इसकी मुख्य विधि अल्युमीनियम के साथ मिलकर ऑक्साइड के मान में कमी कर देती हैं:

3 Nb2O5 + 10 Al → 6 Nb + 5 Al2O3

एक वैकल्पिक किन्तु कम प्रचलित मार्ग में कार्बोथर्मल कमी सम्मलित है, जो कार्बन के साथ कमी के माध्यम से आगे बढ़ती है और दो चरण बाल्के प्रक्रिया का आधार बनाती है:[12][13]

Nb2O5 + 7 C → 2 NbC + 5 CO (1800 डिग्री सेल्सियस पर वैक्यूम के अनुसार गर्म)
5 NbC + Nb2O5 → 7 Nb + 5 CO

हैलाइड्स में रूपांतरण

Nb2O5 के रूपांतरण के लिए हालिड्स में रूपांतरित करने के लिए कई तरीके उपयोग किये जाते हैं। ऑक्सीहैलाइड्स देने के लिए मुख्य समस्या अपूर्ण प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है। प्रयोगशाला में, रूपांतरण को थियोनील क्लोराइड से प्रभावित किया जा सकता है:[14] :

Nb2O5 + 5 SOCl2 → 2 NbCl5 + 5 SO2

नाइओबियम ऑक्सीक्लोराइड NbOCl3 देने के लिए Nb2O5 मुख्यतः कार्बन टेट्राक्लोराइड या CCl के साथ अभिक्रिया करता है।

निओबेट्स में रूपांतरण

Nb2O5 को रूपांतरित करने के लिए 200 डिग्री सेल्सियस पर जलीय सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ क्रिस्टलीय सोडियम नाइओबेट, NaNbO3 दे सकता है जबकि पोटेशियम हाइड्रोक्साइड के साथ प्रतिक्रिया घुलनशील लिंडक्विस्ट-प्रकार हेक्सानियोबेट्स उत्पन्न कर सकती है, Nb
6O8−
19.[15] लीथियम निओबेट्स जैसे LiNbO3 और LiNbO4 प्रतिक्रिया लिथियम कार्बोनेट और Nb2O5 द्वारा तैयार किया जा सकता है.[16][17]

कम निओबियम ऑक्साइड में रूपांतरण

एच के साथ उच्च तापमान में कमी Nb2O5 देता है:[9]

Nb2O5 + H2 → 2 NbO2 + H2O

नाइओबियम मोनोऑक्साइड आर्क-फर्नेस का उपयोग करके अनुपातीकरण से उत्पन्न होता है:[18]

Nb2O5 + 3Nb → 5 NbO

बरगंडी रंग का नाइओबियम (III) ऑक्साइड, जो पहले पूर्ण चालक ऑक्साइड में से होते है, कॉम्प्रोपोर्शन द्वारा फिर से तैयार किया जा सकता है:[17]

Li3NbO4 + 2 NbO → 3 LiNbO2

उपयोग करता है

नाइओबियम पेंटोक्साइड मुख्य रूप से नाइओबियम धातु के उत्पादन में प्रयोग किया जाता है,[11]किन्तु ऑप्टिकल ग्लास और लिथियम नाइओबेट के उत्पादन में विशेष अनुप्रयोग सम्मलित हैं।[1]

Nb2O5 की पतली फिल्में नाइओबियम संधारित्र में ढांकते हुई परत बनाता हैं। Nb2O5 लिथियम आयन बैटरी में एनोड के रूप में उपयोग करने पर विचार किया गया है, यह देखते हुए कि उनकी आदेशित क्रिस्टलीय संरचना 225 mAh g -1 पर 400 चक्रों में, 99.93% की कूलॉम्बिक दक्षता पर आवेश गति की अनुमति देती है।[19]

बाहरी संबंध

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Francois Cardarelli (2008) Materials Handbook Springer London ISBN 978-1-84628-668-1
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 C. Nico; et al. (2011). "Sintered NbO powders for electronic device applications". The Journal of Physical Chemistry C. 115 (11): 4879–4886. doi:10.1021/jp110672u.
  3. ↑ 3.0 3.1 Wells A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry 5th edition Oxford Science Publications ISBN 0-19-855370-6
  4. ↑ Gatehouse, B. M.; Wadsley, A. D. (1964-12-01). "The crystal structure of the high temperature form of niobium pentoxide". Acta Crystallographica. International Union of Crystallography (IUCr). 17 (12): 1545–1554. doi:10.1107/s0365110x6400384x. ISSN 0365-110X.
  5. ↑ 5.0 5.1 D.A. Bayot and M.M. Devillers, Precursors routes for the preparation of Nb based multimetallic oxides in Progress in Solid State Chemistry Research, Arte M. Newman, Ronald W. Buckley, (2007),Nova Publishers, ISBN 1-60021-313-8
  6. ↑ Alderman, O. L. G. Benmore, C. J. Neuefeind, J. C. Coillet, E Mermet, Alain Martinez, V. Tamalonis, A. Weber, J. K. R. (2018). "Amorphous tantala and its relationship with the molten state". Physical Review Materials. 2 (4): 043602. Bibcode:2018PhRvM...2d3602A. doi:10.1103/PhysRevMaterials.2.043602.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  7. ↑ Process for the manufacture of niobium pentoxide or tantalum pentoxide, Kern, Therwil, Jacob, Hooper (CIBA Switzerland), US Patent number: 3133788, (1964)
  8. ↑ Griesmar, P.; Papin, G.; Sanchez, C.; Livage, J. (1991). "Sol-gel route to niobium pentoxide". Chemistry of Materials. American Chemical Society (ACS). 3 (2): 335–339. doi:10.1021/cm00014a026. ISSN 0897-4756.
  9. ↑ 9.0 9.1 9.2 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
  10. ↑ Vezzoli, G. C. (1982-10-01). "Electrical properties of NbO2andNb2O5at elevated temperature in air and flowing argon". Physical Review B. American Physical Society (APS). 26 (7): 3954–3957. Bibcode:1982PhRvB..26.3954V. doi:10.1103/physrevb.26.3954. ISSN 0163-1829.
  11. ↑ 11.0 11.1 Albrecht, Sven; Cymorek, Christian; Eckert, Joachim (2011), Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry: Niobium and Niobium Compounds, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a17_251.pub2
  12. ↑ Alan E. Comyns (1999) Encyclopedic Dictionary of Named Processes in Chemical Technology CRC Press, ISBN 0-8493-1205-1
  13. ↑ U.S. Environmental Protection Agency, Development Document for Effluent Limitations, Guidelines and Standards for the Nonferrous Metals Manufacturing Point Source Category, Volume VIII, Office of Water Regulations and Standards, May 1989
  14. ↑ Brown, D. (1967). "Niobium(V) Chloride and Hexachloroniobates(V)". Inorganic Syntheses. 9: 88–92. doi:10.1002/9780470132401.ch24.
  15. ↑ Santos, I.C.M.S.; Loureiro, L.H.; Silva, M.F.P.; Cavaleiro, Ana M.V. (2002). "Studies on the hydrothermal synthesis of niobium oxides". Polyhedron. Elsevier BV. 21 (20): 2009–2015. doi:10.1016/s0277-5387(02)01136-1. ISSN 0277-5387.
  16. ↑ US Patent 5482001 - Process for producing lithium niobate single crystal,1996, Katoono T., Tominaga H.,
  17. ↑ 17.0 17.1 Geselbracht, Margret J.; Stacy, Angelica M.; Rosseinsky, Matthew (2007-01-05). "Lithium Niobium Oxide: LiNbO2 and Superconducting LixNbO2". Inorganic Syntheses. Vol. 30. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc. pp. 222–226. doi:10.1002/9780470132616.ch42. ISBN 9780470132616. ISSN 1934-4716.
  18. ↑ Reed, T. B.; Pollard, E. R.; Lonney, L. E.; Loehman, R. E.; Honig, J. M. (2007-01-05). "Niobium Monoxide". Inorganic Syntheses. Vol. 30. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc. pp. 108–110. doi:10.1002/9780470132616.ch22. ISBN 9780470132616. ISSN 1934-4716.
  19. ↑ Lavars, Nick (2022-09-09). "Battery electrode transforms during use for faster charging". New Atlas. Retrieved 2022-09-10.
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