Pentóxido de niobio
# Pentóxido de niobio

El pentóxido de niobio es un compuesto inorgánico de fórmula $Nb_2O_5.$ Sólido incoloro, insoluble y poco reactivo, es el precursor más extendido de otros compuestos y materiales que contienen niobio. Se utiliza principalmente en aleaciones, con otras aplicaciones especializadas en condensadores, vidrios ópticos y la producción de niobato de litio.

## Estructura

Tiene muchas formas polimórficas, todas basadas en gran medida en átomos de niobio coordinados octaédricamente. Los polimorfos se identifican con una variedad de prefijos.La forma más comúnmente encontrada es la monoclínica $H-Nb_2O_5,$ que tiene una estructura compleja con una celda unitaria que contiene 28 átomos de niobio y 70 de oxígeno, donde 27 de los átomos de niobio están coordinados octaédricamente y uno tetraédricamente. Existe un hidrato sólido no caracterizado, $Nb_2O_5-nH_2O,$ el llamado ácido niobio (antes llamado ácido colúmbico), que puede prepararse por hidrólisis de una solución básica de pentacloruro de niobio o de $Nb_2O_5$ disuelto en HF.

El pentóxido de niobio fundido tiene números de coordinación medios más bajos que las formas cristalinas, con una estructura que comprende principalmente poliedros $NbO_5$ y $NbO_6.$

## Producción

### Hidrólisis

El $Nb_2O_5$ se prepara por hidrólisis de niobatos, alcóxidos o fluoruros de metales alcalinos utilizando bases. Estos procedimientos, aparentemente sencillos, producen óxidos hidratados que pueden calcinarse. El $Nb_2O_5$ puro también puede prepararse por hidrólisis de $NbCl_5:$

2 $NbCl_5$ + 5 $H_2O$ → $Nb_2O_5$ + 10 HCl

Se ha descrito un método de producción mediante técnicas sol-gel hidrolizando alcóxidos de niobio en presencia de ácido acético, seguido de la calcinación de los geles para producir la forma ortorrómbica, $T-Nb_2O_5.$

El pentóxido de niobio fundido tiene números de coordinación medios más bajos que las formas cristalinas, con una estructura que comprende principalmente poliedros $NbO_5$ y $NbO_6.$

### Oxidación

Dado que el $Nb_2O_5$ es el compuesto más común y robusto del niobio, existen muchos métodos, tanto prácticos como esotéricos, para su formación. El óxido, por ejemplo, surge cuando el niobio metálico se oxida en el aire. La oxidación del dióxido de niobio, $NbO_2,$ en el aire forma el polimorfo, $L-Nb_2O_5.$

Se han sintetizado partículas de pentóxido de niobio de tamaño nanométrico mediante reducción por LiH de $NbCl_5,$ seguida de oxidación aérea como parte de una síntesis de niobatos nanoestructurados.

## Reacciones

El $Nb_2O_5$ es atacado por el HF y se disuelve en álcali fundido.

### Reducción al metal

La conversión del $Nb_2O_5$ es la vía principal para la producción industrial de niobio metal. En la década de 1980, se consumían anualmente unos 15.000.000 de kg de $Nb_2O_5$ para su reducción a metal. El método principal es la reducción de este óxido con aluminio:

3 $Nb_2O_5$ + 10 Al → 6 Nb + 5 $Al_2O_3$

Una vía alternativa, pero menos practicada, es la reducción carbotérmica, que procede mediante la reducción con carbono y constituye la base del proceso Balke de dos etapas:

$Nb_2O_5$ + 7 C → 2 NbC + 5 CO (calentado al vacío a 1800 °C)

5 NbC + $Nb_2O_5$ → 7 Nb + 5 CO

### Conversión a haluros

Se conocen muchos métodos para convertir el $Nb_2O_5$ en haluros. El principal problema es la reacción incompleta para dar los oxihaluros. En el laboratorio, la conversión puede efectuarse con cloruro de tionilo:

$Nb_2O_5$ + 5 $SOCl_2$ → 2 $NbCl_5$ + 5 $SO_2$

El $Nb_2O_5$ reacciona con $CCl_4$ para dar oxicloruro de niobio $NbOCl_3.$

### Conversión en niobatos

El tratamiento del $Nb_2O_5$ con NaOH acuoso a 200 °C puede dar niobato de sodio cristalino, $NaNbO_3$ mientras que la reacción con KOH puede dar hexaniobatos solubles de tipo Lindqvist, Nb 6O8− 19. Los niobatos de litio como $LiNbO_3$ y $Li_3NbO_4$ pueden prepararse por reacción de carbonato de litio y $Nb_2O_5.$

### Conversión a óxidos de niobio reducidos

La reducción a alta temperatura con $H_2$ da $NbO_2:$

$Nb_2O_5$ + $H_2$ → 2 $NbO_2$ + $H_2O$

El monóxido de niobio se obtiene de una comproporación utilizando un horno de arco:

$Nb_2O_5$ + 3Nb → 5 NbO

El óxido de niobio(III) de color burdeos, uno de los primeros óxidos superconductores, puede prepararse de nuevo mediante una comproporación:

$Li_3NbO_4$ + 2 NbO → 3 $LiNbO_2$

## Usos

El pentóxido de niobio se utiliza principalmente en la producción de niobio metálico, pero existen aplicaciones especializadas en la producción de vidrios ópticos y niobato de litio.

Las láminas delgadas de $Nb_2O_5$ forman las capas dieléctricas de los condensadores electrolíticos de niobio.

Se ha considerado el uso del $Nb_2O_5$ como ánodo en una batería de iones de litio, dado que su estructura cristalina ordenada permite velocidades de carga de 225 mAh $g^{-1}$ a 200 mA $g^{-1}$ a lo largo de 400 ciclos, con una eficiencia coulómbica del 99,93%.

