Niobium (Nb): mitä se on, mihin sitä käytetään ja mistä se löytyy

Niobium (Nb) on atomiluvun 41 kemiallinen alkuaine, joka kuuluu jaksollisen järjestelmän ryhmään 5.

Se on luonnollisesti saatavana kiinteässä tilassa oleva siirtymämetalli, jonka löysi vuonna 1801 brittiläinen kemisti Charles Hatchett.

Niobiumia sisältävät mineraalit ovat harvinaisia ​​maailmassa, mutta runsaasti Brasiliassa, maassa, jossa on suurimmat tämän metallin varastot.

Ominaisuuksiensa, korkean johtokykynsä ja korroosionkestävyytensä ansiosta tällä elementillä on monia sovelluksia terästuotannosta rakettien valmistukseen.

Seuraavaksi esitellään tämä kemiallinen alkuaine ja ominaisuudet, jotka tekevät siitä niin tärkeän.

Mikä on niobium?

Niobium on tulenkestävä metalli, eli se kestää hyvin lämpöä ja kulutusta.

Tämän luokan metallit ovat: niobium, volframi, molybdeeni, tantaali ja renium, niobiumin ollessa kaikista kevyin.

Niobiumia esiintyy luonnossa mineraaleissa, jotka yleensä liittyvät muihin alkuaineisiin, pääasiassa tantaaliin, koska niillä on hyvin samanlaiset fysikaalis-kemialliset ominaisuudet.

Tämä kemiallinen alkuaine luokitellaan kausijärjestelmässä siirtymämetalliksi. Se on kirkas, matala kovuus, alhainen kestävyys sähkövirran kulkemiseen ja korroosionkestävä.

Niobiumin fysikaaliset ominaisuudet

fyysinen tila	kiinteä huoneenlämpötilassa
väri ja ulkonäkö	metalliharmaa
Tiheys	8,570 g / cm^3
Fuusiopiste	2468 ° C
Kiehumispiste	4742 ° C
Kiteinen rakenne	Kehon keskitetty kuutio - CCC
lämmönjohtokyky	54,2 W m^-1 K^-1

Niobiumin kemialliset ominaisuudet

Luokitus	siirtymämetalli
atomiluku	41
Lohko	d
Ryhmä	5
Aikakurssi	5
atomipaino	92,90638 u
atomisäde	1,429 Å
tavalliset ionit	Huom^5^+ ja Nb^3^+
elektronegatiivisuus	1.6 Pauling

Tämän metallin käytön tärkein etu on, että vain osa tästä elementistä voi grammoina muokata tonnia rautaa, mikä tekee metallista kevyemmän, kestää korroosiota ja paljon muuta tehokas.

Mistä Niobiumia löytyy?

Verrattuna muihin luonnossa esiintyviin aineisiin niobiumin pitoisuus on alhainen, 24 miljoonasosaa.

Tätä metallia löytyy seuraavista maista: Brasilia, Kanada, Australia, Egypti, Kongon demokraattinen tasavalta, Grönlanti, Venäjä, Suomi, Gabon ja Tansania.

Niobium Brasiliassa

1950-luvulla brasilialainen geologi Djalma Guimarães löysi tämän metallin sisältävän pyroklorimalmin suurimman kerrostuman Brasiliassa.

Suuri määrä niobiumia sisältäviä malmeja sijaitsee Brasiliassa, joka on maailman suurin tuottaja, jolla on yli 90% metallin varastoista.

Tutkittavat varannot sijaitsevat Minas Geraisin, Amazonasin, Goiásin ja Rondônian osavaltioissa.

niobiummalmit

Niobiumia esiintyy luonnossa aina yhteydessä muihin kemiallisiin alkuaineisiin. Yli 90 mineraalilajia, jotka sisältävät luonnossa niobiumia ja tantaalia, tunnetaan jo.

Alla olevassa taulukossa on joitain niobiumia sisältävistä malmeista, pääominaisuudet ja niobiumpitoisuus, jotka ovat käytettävissä jokaisessa materiaalissa.

kolumbiittitaliitti
Sävellys:	(Fe, Mn) (Nb, Ta)2O6
Niobiumpitoisuus (enintään):	76% Nb: stä2O5
Ominaisuudet:	Ortorombinen mineraali Suhteellinen tiheys vaihtelee 5,2 - 8,1 g / cm^3 Se muodostaa samanlaiset rakenteet, joissa tantaali ja niobium korvaavat toisensa kaikissa suhteissa.

Pyrokloriitti
Sävellys:	(Klo2,Tässä)2(Nb, Ti) (O, F)7
Niobiumpitoisuus (enintään):	71% Nb: stä2O5
ominaisuudet:	Oktaedrisen tapan isometrinen mineraali Suhteellinen tiheys 4,5 g / cm^3 Sillä on bariopyroklorilajike, joka sisältää elementin barium sen koostumuksessa.

Lopariitti
Sävellys:	(C, Na, C)2(Ti, Nb)2O6
Niobiumpitoisuus (enintään):	20% Nb: stä2O5
Ominaisuudet:	Rakeinen tai hauras mineraali Tiheys 4,77 g / cm^3 Kiteytyy isometrisessä järjestelmässä

niobiumin etsintä

Niobiummalmit muuttuvat, kunnes kaupan pidettävät tuotteet muodostuvat.

Prosessin vaiheet voidaan tiivistää seuraavasti:

1. Kaivostoiminta
2. Niobiumpitoisuus
3. Niobiumin jalostus
4. Niobium tuotteet

Kaivos tapahtuu siellä, missä on malmivarantoja, jotka uutetaan räjähteillä ja kuljetetaan vyöillä pitoisuusvaiheeseen.

Pitoisuus tapahtuu malmin hajoamisen yhteydessä, jauhamalla malmikiteistä tulee paljon hienompia ja käyttämällä magneettierotus rautafraktiot poistetaan malmista.

Niobiumin jalostuksessa rikki, vesi, fosfori ja lyijy poistetaan.

Yksi niobiumia sisältävistä tuotteista on rauta-niobiumseos, jota valmistetaan seuraavan yhtälön mukaisesti:

Tätä prosessia kutsutaan aluminotermiaksi, jossa malmitiiviste sekoitetaan reaktorissa rautaromun tai rautaoksidin kanssa.

Metallioksidit reagoivat alumiinin kanssa korkeissa lämpötiloissa, jolloin muodostuu kiinnostava tuote.

Kaupallisimmat niobiumtuotteet ovat:

• Niobiumtiivisteet: emäs, joka sisältää 58% Nb: tä₂O₅.
• Rauta-niobiumseos: sisältää 65% niobiumia.
• Erittäin puhdas oksidi: käytetään erikoismateriaalien valmistuksessa.

Mihin niobium on tarkoitettu?

Niobiumin ominaisuudet tekevät tästä elementistä yhä toivottavamman ja lukemattomien sovellusten kanssa.

Niobiumin hakemuksia alettiin tutkia vuonna 1905, kun saksalainen kemisti Werner von Bolton tuotti alkuaineen puhtaassa muodossa.

50-luku oli niobiumisovellusten suuri etsintä, koska siihen saakka sitä ei tuotettu laajamittaisesti.

Tänä aikana kylmä sota herätti kiinnostusta metalliin, jota käytetään ilmailu- ja avaruustekniikan komponenteissa.

Alla on luettelo niobiumin käyttötavoista.

Metalliseokset

Niobiumin lisääminen seokseen lisää sen kovettuvuutta, toisin sanoen kykyä kovettua, kun se altistetaan lämmölle ja sitten jäähdytetään. Niinpä niobiumia sisältävälle materiaalille voidaan suorittaa erityisiä lämpökäsittelyjä.

Niobiumin affiniteetti hiilin ja typen kanssa suosii seoksen mekaanisia ominaisuuksia, mikä lisää esimerkiksi mekaanista lujuutta ja hankauskestävyyttä.

Nämä vaikutukset ovat hyödyllisiä, koska ne voivat laajentaa metalliseoksen teollista käyttöä.

Esimerkiksi teräs on metalliseos, jonka muodostaa rauta ja hiili. Niobiumin lisäämisellä tähän seokseen voi olla etuja:

• Autoteollisuus: kevyemmän ja törmäyksenkestävämmän auton valmistus.
• Rakentaminen: parantaa teräksen hitsattavuutta ja antaa muokattavuuden.
• Liikenneputkiteollisuus: Sallii rakenteet, joiden seinät ovat ohuemmat ja halkaisijat suurempia, vaikuttamatta turvallisuuteen.

superseokset

Superseos on metalliseos, jolla on korkea vastustuskyky korkeille lämpötiloille ja mekaaninen lujuus. Niobiumia sisältävät seokset tekevät tästä materiaalista hyödyllisen lentoturbiinien valmistuksessa tai energiantuotannossa.

Korkeissa lämpötiloissa toimimisen etu saa superseokset muodostamaan tehokkaita suihkumoottoreita.

suprajohtavat magneetit

Niobiumin suprajohtavuus aiheuttaa niobium-germaniumin, niobium-skandiumin ja niobium-titaanin yhdisteiden käytön:

• MRI-laitteiden skanneri.
• Hiukkaskiihdyttimet, kuten Large Hadron Collider.
• Sähkömagneettisen säteilyn havaitseminen ja kosmisen säteilyn tutkiminen niobiumnitriittiä sisältävillä materiaaleilla.

Oksidit

Muita niobiumin käyttökohteita ovat oksidit, pääasiassa Nb₂O₅. Tärkeimmät käyttökohteet ovat:

• optiset linssit
• Keraamiset kondensaattorit
• pH-anturit
• moottorin osat
• Korut

Niobiumin historia ja löytö

Vuonna 1734 jotkut John Winthropin henkilökohtaiseen kokoelmaan kuuluvat malmit vietiin Amerikasta Englantiin, ja nämä tuotteet olivat osa Lontoon British Museumin kokoelmaa.

Kun hän liittyi Royal Societyn jäseneksi, brittiläinen kemisti Charles Hatchett keskittyi tutkimaan museossa olevien malmien koostumusta. Näin hän eristää vuonna 1801 kemiallisen alkyylin oksidin muodossa ja nimitti sen kolumbiumiksi ja malmiksi, josta se uutettiin.

Vuonna 1802 ruotsalainen kemisti Anders Gustaf Ekeberg ilmoitti uuden kemiallisen alkuaineen löytämisestä ja nimesi tantaaliksi viitaten Zeuksen poikaan kreikkalaisessa mytologiassa.

Vuonna 1809 englantilainen kemisti ja fyysikko William Hyde Wollaston analysoi nämä kaksi elementtiä ja havaitsi, että niillä oli hyvin samanlaiset ominaisuudet.

Tästä johtuen vuosina 1809-1846 kolumbiumia ja tantaalia pidettiin samana elementtinä.

Myöhemmin saksalainen mineralogi ja kemisti Heinrich Rose, tutkien kolumbiittimalmia, totesi, että tantaalia oli myös läsnä.

Rose löysi toisen tantaalia muistuttavan elementin läsnäolon ja kutsui sitä Niobiukseksi viitaten Kreikan mytologiasta Tantaloksen tytär Niobeen.

Vuonna 1864 ruotsalainen Christian Bromstrand onnistui eristämään niobiumin vetyatmosfäärissä kuumennetusta kloridinäytteestä.

Vuonna 1950 puhtaan ja sovelletun kemian liitto (IUPAC) hyväksyi niobiumin viralliseksi nimeksi kolumbiumin sijasta, koska ne olivat sama kemiallinen alkuaine.

Niobium-yhteenveto

Kemiallinen alkuaine: Niobium
Symboli	Huom	Löytäjä	Charles Hatchett
atomiluku	41	atomimassa	92,906 u
Ryhmä	5	Aikakurssi	5
Luokitus	siirtymämetalli	Eletroninen jakautuminen	[Kr] 4d^35s^2
ominaisuudet	tulenkestävä metalli Kiinteä, taipuisa ja taottava korkea johtavuus Korroosionkestävä
Päämalmit	Kolumbiittitaliitti: 76% Nb-pitoisuus2O5 Pyrokloori: 71% Nb-pitoisuus2O5 Lopariitti: 20% Nb-pitoisuus2O5
Päätuotteet	Niobium konsentraatti Rauta-niobiumseos Erittäin puhdas niobiumoksidi
sovellukset	Metalliseokset: siviilirakentaminen ja kuljetus Superseokset: Lento- ja rakettiturbiinit Suprajohtavat magneetit: magneettikuvauskoneet Oksidit: koruja eri väreissä
Tapahtuma	Maailmassa	Brasilia Kanada Australia Egypti Kongon demokraattinen tasavalta Grönlanti Venäjä Suomi Gabon Tansania.
Brasiliassa	Minas Gerais Amazonit Goiás Rondônia

Enem-harjoitukset ja pääsykokeet

1. (Enem / 2018) Kreikkalaisessa mytologiassa Niobia oli Tantaloksen tytär, kaksi kärsimyksestä tunnettua hahmoa. Kemiallisen elementin atomiluvulla (Z) 41 on kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet, jotka ovat niin samanlaisia ​​kuin alkuaineen atomiluku 73, että ne sekoittuivat.

Siksi näiden kahden hahmon kunniaksi kreikkalaisessa mytologiassa näille elementeille annettiin niobiumin (Z = 41) ja tantaalin (Z = 73) nimet. Nämä kaksi kemiallista alkuaineita ovat saaneet suuren taloudellisen merkityksen metallurgiassa, metallin valmistuksessa suprajohteissa ja muissa huippuluokan teollisuuden sovelluksissa nimenomaan kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksiensa vuoksi molemmille yhteisiä.

_{KEAN, S. Katoava lusikka: ja muita todellisia tarinoita hulluudesta, rakkaudesta ja kuolemasta kemiallisista alkuaineista. Rio de Janeiro: Zahar, 2011 (mukautettu).}

Näiden alkuaineiden taloudellinen ja tekninen merkitys johtuu niiden kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien samankaltaisuudesta

a) elektronien on oltava alatasolla f.
b) olla sisäisen siirtymän elementtejä.
c) kuuluvat samaan ryhmään jaksollisessa taulukossa.
d) uloimpien elektroniensa tasot 4 ja 5, vastaavasti.
e) sijaittava maa-alkalimetalli- ja emäksisissä perheissä.

Katso Vastaus

Oikea vaihtoehto: c) kuuluvat samaan ryhmään jaksollisessa taulukossa.

Jaksotaulukko on jaettu 18 ryhmään (perheeseen), joissa jokainen ryhmä yhdistää kemialliset alkuaineet, joilla on samanlaiset ominaisuudet.

Nämä yhtäläisyydet tapahtuvat, koska ryhmän elementeillä on sama määrä elektroneja valenssikuoressa.

Suorittamalla sähköinen jakelu ja lisäämällä elektronit energisimmältä alatasolta uloimpaan alatasoon löydämme ryhmän, johon nämä kaksi elementtiä kuuluvat.

Niobium
Jakelu elektroniikka	1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^65s^2 4d^3
summa elektronit	energisempi + ulkoisempi 4d^3 + 5 sekuntia^2= 5 elektronia
Ryhmä	5

Tantaali
Jakelu elektroniikka	1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^6 5s^2 4d^10 5p^66s^2 4f^145d^3
summa elektronit	energisempi + ulkoisempi 5d^3 + 6 s^2 = 5 elektronia
Ryhmä	5

Aineosat niobium ja tantaali:

• He kuuluvat samaan ryhmään jaksollisessa taulukossa.
• Heidän uloimmat elektroninsa ovat vastaavasti tasoilla 5 ja 6, ja siten ne sijaitsevat 5. ja 6. jaksossa.
• Heillä on elektroneja d-alatasolla, ja siksi ne ovat siirtymäelementtejä ulkopuolella.

2. (IFPE / 2018) Brasilia on maailman suurin niobiumin tuottaja, jonka osuus tämän metallin varannosta on yli 90%. Niobiumia, symbolia Nb, käytetään erikoisterästen valmistuksessa ja se on yksi korroosion ja äärilämpötilojen kestävimmistä metalleista. Nb-yhdiste₂O₅ se on lähes kaikkien seosten ja niobiumyhdisteiden edeltäjä. Valitse vaihtoehto vaaditulla Nb-massalla₂O₅ saaden 465 grammaa niobiumia. Annettu: Nb = 93 g / mol ja O = 16 g / mol.

a) 275 g
b) 330 g
c) 930 g
d) 465 g
e) 665 g

Katso Vastaus

Oikea vaihtoehto: e) 665 g

Niobiumin edeltäjäyhdiste on Nb-oksidi₂O₅ ja seoksissa käytetty niobium on alkuaine Nb-muodossa.

Siksi meillä on seuraava stökiometrinen suhde:

1 mooli Nb: tä₂O₅ tuottaa 2 moolia Nb: tä, koska niobiumoksidi muodostuu 2 tämän metallin atomista.

1. vaihe: Laske tuotettujen niobiummoolien määrä, joka vastaa 465 g.

Jos laskennalla näimme, että niobiumin massa vastaa 5 moolia, niin Nb: n moolien määrä₂O₅ käytetty on puolet tästä arvosta, koska:

2. vaihe: lasketaan niobiumoksidin moolimassa.

3. vaihe: Laske niobiumoksidin massa, joka vastaa 2,5 moolia.

3. (UECE / 2015) Brasilialla on 98% maailman niobiumvarastoista, jolla on lukuisia teollisia sovelluksia, kuten korujen valmistuksessa, hyperallergeeniset implantit, sähkökeramiikka, suprajohtavat magneetit, magneettikuvauskoneet, metalliseokset, erikoiskolikot ja teräs. Niobiumia varten tarkista alla olevat lausunnot ja valitse ainoa todellinen vaihtoehto.

a) Sen differentiaalielektroni sijaitsee viimeistä edellisessä kuoressa.
b) Se on edustava elementti.
c) Sen elektronegatiivisuus on pienempi kuin vanadiumilla.
d) Se kuuluu jaksollisen taulukon neljänteen jaksoon.

Katso Vastaus

Oikea vaihtoehto: a) Sen differentiaalielektroni sijaitsee viimeistä edellisessä kuoressa.

Niobiumin sähköistä jakelua suoritettaessa voidaan nähdä, että sen differentiaalielektroni sijaitsee viimeistä edellisessä kuoressa.

Koska sillä on differentiaalielektroni d-alatasossa, se on ulompi siirtymäelementti.

Koska sen uloin taso on viidennessä kerroksessa, niobium sijaitsee taulukon viidennessä jaksossa.

Elektronegatiivisuus on ominaisuus, joka liittyy elementin kykyyn houkutella elektroneja, ja se vaihtelee sen mukaan atomisäde: mitä pienempi atomisäde, sitä suurempi vetovoima on elektronien suhteen ja sitä suurempi on elektronegatiivisuus.

Taulukkoa tarkasteltaessa elektronegatiivisuusarvoilla voidaan nähdä, että niobiumilla ja vanadiumilla on lähellä 1,6 Paulingin arvoa.

4. (UEA / 2014) Niobiumin luonnollinen isotooppi on ⁹³Huom. Neutronien määrä tässä isotoopissa on

a) 41.
b) 52.
c) 93.
d) 134.
e) 144.

Katso Vastaus

Oikea vaihtoehto: b) 52.

Isotoopit ovat kemiallisen elementin atomeja, joilla on erilaiset massanumerot.

Atomimassa vastaa elementin protonien ja neutronien summaa.

Protonien lukumäärä edustaa kemiallisen elementin atomilukua, eikä isotooppien osalta se muutu.

Siten isotooppien massan vaihtelu tapahtuu neutronien erilaisen lukumäärän vuoksi.

Jos niobiumin atomiluku on 41, neutronien lukumäärä saadaan laskemalla:

5. (IFMG / 2015) Kemiallinen alkuaine niobium, Nb, on nimetty kreikkalaisen jumalattaren Nioben mukaan. Brasilia on maailman suurin metallintuottaja, jonka osuus tuotannosta on 75%. Seosten lämpöstabiilisuuden vuoksi niobiumia käytetään erikoislujien terässeosten valmistuksessa moottoreille, käyttövoimalaitteille ja erilaisille suprajohtaville materiaaleille. Tarkkailemalla niobiumin sijaintia jaksollisessa taulukossa on oikein sanoa, että:

a) energisempi alatasosi on alataso d.
b) on alkalimetalliperheeseen kuuluva alkuaine.
c) muodostaa ionisia yhdisteitä muiden metallien kanssa.
d) sen kationien atomisäde on suurempi kuin puhtaan elementin.

Katso Vastaus

Oikea vaihtoehto: a) energisempi alatasosi on alataso d.

Tarkasteltaessa jaksollista taulukkoa voidaan nähdä, että niobiumille on tunnusomaista ulompi siirtymäelementti, joka kuuluu jaksollisen järjestelmän ryhmään 5, koska sen energeettisin alataso on d.

Voimme myös saada nämä tiedot jakamalla ne sähköisesti.

Koska se on metalli, tämä elementti muodostaa metalliset yhteydet muiden metallien kanssa, kuten seoksessa rauta-niobium tai myös kovalenttiset sidokset jakamalla elektroneja, kuten niobiumoksidissa Huom₂O₅.

6. (UFSC / 2003) Niobiumin löysi vuonna 1801 englantilainen kemisti Charles Hatchett. Brasilian osuus maailman niobiumtiivisteen tuotannosta on noin 93%. Suurimmat talletukset sijaitsevat Minas Geraisin, Goiásin ja Amazonasin osavaltioissa. Metallia käytetään pääasiassa rauta-niobiumseosten ja muiden monimutkaisempien seosten valmistuksessa, joita on käytetty suihkumoottorien, rakettien ja avaruusalusten rakentamisessa. Sen oksideja käytetään silmälasien, valokuvakameroiden ja muiden optisten laitteiden valolinssien valmistuksessa. Annettu (Z = 41). Merkitse niobiumin kohdalla OIKEA ehdotus (ehdot).

(01) Niobium, menetettäessä 3 elektronia, olettaa kryptonin konfiguraation.
(02) Niobium voi muodostaa M-tyyppisiä metallioksideja₂O₅ sisään₂O₃.
(04) Niobiumin kemiallinen symboli on Ni.
(08) Niobium on siirtymämetalli.
(16) Rauta-niobiumseos on esimerkki kiinteästä liuoksesta.

Katso Vastaus

Oikeat vaihtoehdot: 02 + 08 + 16 = 26.

(01) VÄÄRIN.

Elementit	Eletroninen jakautuminen
36Kr	1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^6
41Huom 41Huom^3+	1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^65s^2 4d^3 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^6 4p^6 4d^2

(02) OIKEA

Kun otetaan huomioon niobiumin hapetusnumerot 3+ ja 5+, se voi muodostaa yhdisteet:

Hapettumisnumero 5+	Hapettumisnumero 3+
Huom2O5	Huom2O3

(04) VÄÄRIN

Ni on nikkelin elementin symboli. Niobiumin symboli on Nb.

(08) OIKEA

Niobium on ulkoinen siirtymämetalli, joka kuuluu jaksollisen järjestelmän ryhmään 5.

(16) OIKEA

Kiinteä liuos vastaa kahden tai useamman komponentin seosta samassa faasissa, joka on kiinteää ja yleistä metallien keskuudessa.

7. (UERJ / 2013) Niobium on metalli, joka löytyy luonnon kerrostumista, pääasiassa oksidien muodossa.
Niobiumia sisältävässä kerroksessa, jonka hapetusluku on +5, tämän metallin hallitsevan oksidin kaava vastaa:

a) NbO₅
b) Nb₅O
c) Nb₅O₂
d) Nb₂O₅

Katso Vastaus

Oikea vaihtoehto: d) Nb₂O₅

Happi muodostaa kaksi sidosta ja sillä on kiinteä hapetusluku, joka on 2.

Siksi niobiumoksidin muodostamiseksi hapen on sitoututtava tämän metallin kahteen atomiin.

Niobiumilla on erilaiset hapetustilat. Hapetusluvulla 3+ se sitoutuu 3 oksigeeniin ja Nox 5+: lla muodostaa yhdisteen: Nb₂O₅ jolloin 2 niobiumatomia sitoutuu 5 happiatomiin.

Lue teksti vastaamaan kysymyksiin 8-10.

Niobium on metalli, jolla on suuri tekninen merkitys, ja sen päävarannot maailmassa sijaitsevat
Brasilia pyrokloorimalmin muodossa, joka koostuu Nb: stä₂O₅. Aluminotermiaa käytetään yhdessä sen uuttavan metallurgian prosesseista Fe-oksidin läsnä ollessa₂O₃, jolloin saadaan sivutuotteena niobium ja rauta ja alumiinioksidi. Tämän prosessin reaktio on esitetty yhtälössä:

Luonnossa niobium esiintyy stabiilin niobium-93-isotoopin muodossa, mutta tunnetaan useita epävakaita synteettisiä isotooppeja, jotka hajoavat säteilyn päästöjen avulla. Yksi niistä on niobium-95, joka hajoaa elementiksi molybdeeni-95.
_{(Systems.dnpm.gov.br; Teknologia Metalli. Mater. Miner., São Paulo, v. 6, ei. 4, s. 185-191, huhti-kesäkuu. 2010 ja G. Audi ym. / Ydinfysiikka A 729 (2003) 3–128. Mukautettu)}

8. (FGV / 2019) Niobiumin ja raudan seoksen saamiseksi aluminotermiareaktiossa, kun otetaan huomioon tasapainotetussa yhtälössä esitetty stökiometria, prosessiin osallistuvien elektronien kokonaismäärä on

a) 6.
b) 12.
c) 18.
d) 24.
e) 36.

Katso Vastaus

Oikea vaihtoehto: e) 36.

Redox-reaktio tapahtuu elektronien häviämisen ja vahvistumisen myötä.

Kun elementti pienenee, se saa elektroneja ja kun elementti hapettuu, se menettää elektroneja.

Kun alkuaine pelkistyy, se on hapettava aine, kun taas alkuaineen hapetessa se on pelkistin.

Tällä tavalla elektronien määrä, jotka yksi elementti on menettänyt ja luovuttanut toiselle, on yhtä suuri.

Elementti	NOX	Reaktio	elektronit
Niobium	+5 3Huom2O5	0 6Nb	Vähennys	3.2.5 = 30 ja^- voitot
Rauta	+3 Usko2O3	0 2Fe	Vähennys	2,3 = 6 ja^- voitot
Alumiini	0 12Al	+3 6Al2O3	Hapetus	6.2.3 = 36 ja^- menetetty

Alumiinioksidituotteen alumiinivaraus on 3+ eli kukin alumiini on menettänyt 3 elektronia.

Tuotteissa on kuitenkin 12 alumiiniatomia, mikä tekee prosessiin osallistuvien elektronien kokonaismäärän:

12. 3 = 36 elektronia.

9. (FGV / 2019) Aluminotermiaoperaatiossa niobiumin ja rautaseoksen valmistamiseksi stoikiometrisillä määrillä Nb₂O₅ ja Fe₂O₃ ja ylimääräisen metallisen alumiinin käyttö, muodostui 6,12 tonnia Al: a.₂O₃. Tässä operaatiossa arvioitujen niobiumin ja raudan määrien yhteenlaskettu määrä moolina on

a) 6 × 10⁴
b) 6 × 10⁶
c) 8 × 10³
d) 8 × 10⁴
e) 8 × 10⁶

Katso Vastaus

Oikea vaihtoehto: d) 8 × 10⁴.

1. vaihe: lasketaan Al: n moolimassa₂O₃

2. vaihe: Laske Al: n moolien määrä₂O₃

3. vaihe: suorita stökiometriset suhteet.

Kemiallisessa yhtälössä näemme, että suhde on olemassa: 6 moolia niobiumia, 6 moolia alumiinia ja 2 moolia rautaa.

Muodostuneiden moolien lukumäärän suhteen mukaan meillä on:

Ja niobiumin ja raudan määrien summa moolina on:

10. (FGV / 2019) Kuvassa näkyy niobium-95-näytteen säteilevä hajoamiskäyrä, joka hajoaa molybdeeni-95: ksi.

Niobium-95-radioisotooppien hajoamisprosessissa tämän näytteen aktiivisuuden hajoamiseen kuluva aika 25 MBq: iin ja päästetyn lajin nimi ilmoitetaan

a) 140 päivää ja neutronit.
b) 140 päivää ja protoneja.
c) 120 päivää ja protoneja.
d) 120 päivää ja hiukkasia ß^–.
e) 140 päivää ja hiukkasia ß^–.

Katso Vastaus

Oikea vaihtoehto: e) 140 päivää ja hiukkasia ß^–.

Puoliintumisaika on aika, jonka radioaktiivinen näyte kestää puolittamaan aktiivisuutensa.

Kaaviosta näemme, että radioaktiivinen aktiivisuus alkaa 400 MBq: sta, joten puoliintumisaika on aika, jonka aktiviteetti hajosi 200 MBq: iin, joka on puolet alkuperäisestä.

Analysoimme kaaviossa, että tämä aika oli 35 päivää.

Jotta aktiviteetti laskisi taas puoleen, kului vielä 35 päivää ja aktiivisuus nousi 200 MBq: sta 100 MBq: iin, kun kului vielä 35 päivää, toisin sanoen 400: sta 100 MBq: een 70 päivää.

Näytteen hajoamiseen 25 MBq asti vaadittiin 4 puoliintumisaikaa.

Mikä vastaa:

4 x 35 päivää = 140 päivää

Radioaktiivisessa hajoamisessa päästöt voivat olla alfa, beeta tai gamma.

Gammasäteily on sähkömagneettinen aalto.

Alfa-emissiolla on positiivinen varaus ja se vähentää 4 massayksikköä ja 2 yksikköä hajonneen elementin atomiluvussa muuttaen sen toiseksi elementiksi.

Beetapäästö on nopea elektroni, joka lisää hajonneen elementin atomiluvun yhdellä yksiköllä muuttaen sen toiseen elementiksi.

Niobium-95: llä ja molybdeeni-95: llä on sama massa, joten beetapäästö tapahtui, koska: