NIOBIO
Nombre: Niobio (de la figura mitológica “Níobe”, una de las hijas de Tántalo) y antiguamente "Columbio", por el famoso descubridor.
Símbolo: Nb
Grupo: 5
Período: 5
Bloque: d
Categoría: Metales de transición
Número atómico: 41
Masa atómica: 92,906 u
Electrones por capa: 2, 8, 18, 12, 1
Electronegatividad: 1,6
Densidad: 8,57 gr/cc
Punto de Fusión: 2477ºC
Punto de Ebullición: 4744ºC
Conductividad Térmica: 54 W (m·K)
Conductividad Eléctrica: 6,7 × 10^6 S/m
Orden Magnético: Paramagnético
Estado Ordinario: Sólido
Estados de Oxidación: -3, -1, 1, 2, 3, 4, 5
Dureza Mohs: 6
Dureza Vickers: 1320 MPa
Dureza Brinell: 736 MPa
Isótopos más estables: Nb-93 (100% - elemento monoisotópico)
Descubridor: Christian Wilhelm Blomstrand, sueco (1864)
Breve historia del elemento
El Niobio (todavía llamado "Columbio" en algunas partes del mundo) es un metal de transición de la familia que encabeza el Vanadio y que termina en el Tantalio. Es un metal muy interesante desde varios puntos de vista, ya que presenta características únicas.
Aunque el Itrio y el Zirconio se consideran a todos los efectos metales de transición, es con el Niobio donde realmente empieza lo que nosotros podríamos llamar un metal en toda regla, más que nada por su importancia en siderurgia y el hecho de que sus usos son más típicos de los metales de transición más importantes: a diferencia de sus predecesores en la Tabla Periódica, Itrio y Zirconio, el Niobio es más importante que cualquiera de sus compuestos, salvo quizás el Carburo (algo de esperar, teniendo en cuenta que es un metal refractorio). En cualquier caso, se usa el metal como aleante directo en Aceros de todo tipo, así como otras aleaciones de base ferrosa como las de Cobalto o de Níquel, tengan o no presencia de Hierro/Acero.
Es uno de los pocos elementos que tienen (o en su caso particular, tuvieron) dos nombres usados de forma alternativa incluso en el mismo idioma. El nombre “original”, por así decirlo, del elemento es Columbio, pero no en alusión a la Columbita (mineral del elemento), como se ha dicho y repetido hasta la saciedad erróneamente, si no que de hecho éste mineral, a diferencia de cómo sucede en la mayoría de los casos, recibe el nombre del metal que contiene y no al revés. Ésto es aún más extraño si se considera que dicho metal no fue descubierto, sólo propuesto, en 1801, por el británico Charles Hatchett, que predijo la presencia de un elemento distinto al Tantalio (ya por entonces también teorizado) en un mineral que luego de la obtención del Niobio recibiría el nombre de “Columbita” (del inglés, “Columbite”, -ite es el sufijo nominal para los minerales) cuando el metal aún se llamaba Columbio en honor a Cristóbal Colón.
Por alguna razón (la versión oficial es que Heinrich Rose, el descubridor del Niobio lo llamó así al encontrarlo junto al Tantalio en el mismo mineral), por lo que el nombre de “Columbio” dejó de usarse en favor de el de “Niobio”.
(Yo sé el motivo real que propició el cambio, pero me lo reservo. Sólo diré que es más político que nada. Es curioso porque, en todo caso ésta sería una de las pocas ocasiones en la que un británico defendería la parte española, a fin de cuentas Colón, siendo Veneciano, actúo por y mediante el dinero de la Corona de Isabel la Católica, las naves eran españolas y también la tripulación).
Niobio, Columbio... no importa; antes moriría toda forma de vida en el planeta por un cataclismo antes que el propio elemento químico tuviera el poder de hablar y decir con qué nombre quiere ser llamado (nótese la ironía).
Características principales
Es un metal de color grisáceo que a diferencia del Vanadio y el Tantalio no presenta una tonalidad muy acusada (azulada para el Vanadio y azul-oscura para el Tantalio), es más brillante que ambos, aunque ni bien se oxide las diferencias se comienzan a notar más y más.
Es un metal refractorio por derecho propio y presenta los rasgos típicos del sub-grupo: duro, rígido, denso (casi idéntico al Níquel en ésto) y sin embargo dúctil y maleable. Se puede martillear con facilidad y no presenta mayor problema.
Mecánicamente tiene muy buenas prestaciones, pero no se usa en estado puro debido al precio y a que se pueden conseguir resultados similares con aleaciones de metales más asequibles que se comportan de manera similar. Algo parecido ocurre con el Molibdeno.
No obstante, y como prueba de su separación del Zirconio en tanto respecta a sus propiedades intrínsecamente típicas de un metal de transición, el Niobio sí es usado en estado puro, aunque en raras ocasiones, como material para fabricación de conductos de substancias químicamente muy agresivas.
Justo como ocurre con el caso del Zirconio, que se parece mucho al Hafnio (en todo, de hecho no existen dos elementos más parecidos entre sí) el Niobio se asemeja mucho al Tantalio, aunque no tanto como el Zirconio al Hafnio.
El principal, si bien no único mineral del cual se extrae el Niobio es la Columbita, que puede contener Tantalio o directamente, formar parte de una roca de composición compleja que contenga Tantalita y Columbita. Dicha mezcla existe, y recibe el nombre de Coltán.
El Coltán (conjugación de los nombres abreviados; de Col- de Columbite y Tan- de Tantalite) es en efecto, un mineral que es rico en ambos metales, que junto al Vanadio completan el grupo 5 de la Tabla Periódica de los elementos.
Se persigue de forma más “viva” por decirlo de alguna manera, al Tantalio que al Niobio, pero ésto no significa que sea un metal de segunda clase, ni menos importante.
Resistencia a la corrosión
El Niobio es resistente a todo lo que es resistente el Tantalio, pero en menor medida y con un rango de temperatura menor. ¿Qué significa ésto? El Tantalio es famoso por su alta resistencia a los ataques por bases, ácidos (de hecho, ésta propiedad es motivo de su nombre), pero al ser un metal del Período 6 y con mayor electronegatividad, potencial de electrodo, entre otras cosas, su resistencia al ataque químico es inequívocamente superior a la del Niobio, la cual no deja de ser excelente, al menos en temperaturas ambientes: es invulnerable a todos los ácidos (incluyendo a la famosa “Aqua Regia” que disuelve el Oro), bases, por supuesto agua dulce o salada, Cloruros, detergentes, ácidos orgánicos, ésteres, cetonas, disolventes industriales, et cétera: ésto se debe a la formación, cómo no, de una película de óxido sobre la superficie del metal que se mantiene hasta temperaturas moderadamente altas. Conforme se aumente suficiente el calor ambiente, la capa deja de ser pasiva y pasa de hecho a invadir el metal, ésto, sumado al hecho de que el Carbono está presente en la enorme mayoría de combustiones hacen que la formación de Óxidos y Carburos de consideración indeseables en el caso del elemento en bruto sea inevitable. En otras palabras, el Niobio es inerte a temperatura ambiente, pero pierde la nobleza (que no deja de ser falsa, como todos los metales de su tipo) siquiera la temperatura ha alcanzado los 700ºC o incluso antes.
Usos típicos
Se puede usar, y de hecho se usa, Niobio puro o de gran pureza para muchas aplicaciones que involucren buenas propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y al calor. Éstas incluyen tubos, instrumentos de laboratorio, partes mecánicas que requieran una combinación de las tres virtudes previamente mentadas, usos como material refractorio, entre otros.
El aleante principal del Niobio es el propio Tantalio en ésta clase de aplicaciones, típicamente en una relación de 80:20 para Niobio – Tantalio o 90:10, en el caso de aplicaciones menos exigentes. El Tantalio mejora en todo al Niobio, pero es caro y a veces se prefiere el uso del metal puro (Tantalio) e incluso en muchos casos no da la talla, especialmente cuando la temperatura alcanza un nivel lo suficientemente alto como para que el metal pierda la capa pasivadora. La adición de Cromo, de Molibdeno o una mezcla de ambos como substitutos del Tantalio no es extraña, y se puede aplicar a la inversa, es decir, puede usarse tanto el Niobio como el Tantalio para reforzar mezclas de Cromo – Molibdeno, típicamente más baratas y sin embargo de calidad semejante.
A pesar de lo que he mencionado, el Niobio quizás sea más famoso por su papel como aleante que como metal base, de hecho, no es correcto considerarlo un metal base: toda su metalurgia gira en torno a la fabricación mediante el método de sinterización, que se parece más al método de cementación de una cerámica, como los Carburos/Nitruros/Boruros ultra-duros que a una solución verdaderamente metálica, como es el caso de una aleación real.
El Niobio se usa como aleante en Aceros especiales (siempre que se usa es porque es intrínsecamente necesario, y dado que el Cromo, Vanadio y Molibdeno proporcionan cualidades similares a las del Niobio éste sólo se usa por demanda expresa, necesaria).
En los Aceros rápidos “HSS” se puede encontrar Niobio en pequeñas trazas, en solitario o acompañado por Tantalio. Ésto se debe a que ambos metales son agregados al Acero fundido, que disuelve los óxidos de ambos directamente en lugar de tener que esperar a refinar los minerales y aislar cada metal por separado, lo cual abarata mucho el proceso de aleación. Es decir, se puede agregar el óxido de Niobio directamente en el horno sin tener que aislar previamente el elemento, ya que el Oxígeno será separado por el Coque: se reducen varios metales en un mismo proceso en lugar de todos por separado.
El Niobio endurece al Acero, incrementa la tenacidad, la resistencia a la tracción y mejora también la resistencia a la corrosión, incluso en dosis moderadas.
En Superaleaciones, el Niobio es mucho más familiar en las composiciones químicas de éstas mezclas ya que, con o sin Tantalio, eleva la resistencia a la deformación plástica a altas temperaturas, además de mejorar la resistencia a la corrosión y las propiedades mecánicas en general, no sólo en frío, si no lo que es más importante, en caliente.
Miscelánea
Cuando el Niobio se oxida, da como resultado una capa de color azul-oscura que puede reforzarse artificialmente con soluciones oxidantes que la espesan, formando una película más gruesa (se hace lo mismo con el Cromo y otros metales del tipo) con la peculiaridad de que en el caso del Niobio ésta da como resultado un tinte muy acusado, estéticamente atractivo o cuanto menos llamativo. El metal puede “colorearse” mediante procesos químicos típicos en éstos casos como el de electrodeposición.
El Niobio ha sido usado para crear monedas conmemorativas en algunos países, especialmente la antigua Unión Soviética, hoy Rusia y países aledaños. Dichas monedas se presentan “tintadas”, y el color no es siempre azul, si no que mediante la modificación del procedimiento de coloreado pueden obtenerse otros tonos.
El Niobio es el metal más barato que podría considerarse pseudo-noble en el sentido de que es muy resistente a los ácidos (incluyendo Aqua Regia) por eso ha sido vendido como tal en ocasiones especiales; sé de fabricantes que venden cadenas, pulseras (también llamadas esclavas) e incluso anillos hechos a partir de éste material.
También se ha usado para fabricar piercings, pero el Titanio es mucho más popular y con el se consigue un rango más amplio de colores.
El Niobio no es tóxico y puede formar parte de aleaciones que se usan como implantes de por vida en el cuerpo, que no lo rechaza al ser químicamente inerte.