ניוביום (Nb): מה זה, בשביל מה זה ואיפה הוא נמצא

ניוביום (Nb) הוא היסוד הכימי של מספר האטום 41 השייך לקבוצה 5 בטבלה המחזורית.

זוהי מתכת מעבר זמינה באופן טבעי במצב מוצק, אשר התגלתה בשנת 1801 על ידי הכימאי הבריטי צ'רלס האטט.

מינרלים המכילים ניוביום הם נדירים בעולם, אך בשפע בברזיל, המדינה עם העתודות הגדולות ביותר של מתכת זו.

בשל תכונותיו, מוליכותו הגבוהה ועמידות בפני קורוזיה, לאלמנט זה יש יישומים רבים החל מייצור פלדה וייצור רקטות.

לאחר מכן נציג את היסוד הכימי הזה ואת המאפיינים שהופכים אותו לחשוב כל כך.

מה זה ניוביום?

ניוביום הוא מתכת עקשן, כלומר, הוא עמיד מאוד בפני חום ובלאי.

המתכות בכיתה זו הן: ניוביום, טונגסטן, מוליבדן, טנטלום ורניום, כאשר הניוביום הוא הקל מכולם.

ניוביום מופיע בטבע במינרלים, המקושרים בדרך כלל לאלמנטים אחרים, בעיקר טנטלום, שכן לשניים תכונות פיזיקוכימיות דומות מאוד.

יסוד כימי זה מסווג כמתכת מעבר בטבלה המחזורית. הוא בהיר, בעל קשיות נמוכה, עם עמידות נמוכה למעבר זרם חשמלי ועמיד בפני קורוזיה.

תכונות פיזיות של ניוביום

מצב פיזי	מוצק בטמפרטורת החדר
צבע ומראה	אפור מטאלי
צְפִיפוּת	8.570 גרם / ס"מ^3
נקודת היתוך	2468 מעלות צלזיוס
נקודת רתיחה	4742 מעלות צלזיוס
מבנה גבישי	גוף מעוקב מעוקב - CCC
מוליכות תרמית	54.2 W מ '^-1 ק^-1

תכונות כימיות של ניוביום

מִיוּן	מתכת מעבר
מספר אטומי	41
לַחסוֹם	ד
קְבוּצָה	5
קורס זמן	5
משקל אטומי	92,90638 u
קרן אטומית	1,429 Å
יונים נפוצות	Nb^5^+ ו- Nb^3^+
שליליות אלקטרונית	1.6 פאולינג

היתרון העיקרי בשימוש במתכת זו הוא שרק כמות, בגרמים, של יסוד זה יכולה לשנות טון ברזל, מה שהופך את המתכת לקלה יותר, עמידה בפני קורוזיה ועוד יָעִיל.

היכן נמצא ניוביום?

בהשוואה לחומרים אחרים הקיימים בטבע, לניוביום יש ריכוז נמוך, בשיעור של 24 חלקים למיליון.

מתכת זו נמצאת במדינות הבאות: ברזיל, קנדה, אוסטרליה, מצרים, הרפובליקה הדמוקרטית של קונגו, גרינלנד, רוסיה, פינלנד, גבון וטנזניה.

ניוביום בברזיל

בשנות החמישים של המאה העשרים התגלה פיקדון הגדול ביותר של עפרות פירקלור, המכיל מתכת זו, בברזיל על ידי הגיאולוג הברזילאי דג'למה גימאראס.

הכמות הגדולה של עפרות שמכילה ניוביום ממוקמת בברזיל, היצרנית הגדולה בעולם, המחזיקה ביותר מ -90% מעתודות המתכת.

השמורות שנחקרו ממוקמות במדינות מינאס גיר, אמזונס, גויאס ורונדוניה.

עפרות ניוביום

ניוביום נמצא בטבע מקושר תמיד לאלמנטים כימיים אחרים. יותר מ -90 מינים מינרליים המכילים טבע ניוביום וטנטלום ידועים כבר.

בטבלה שלהלן נוכל לראות חלק מהעפרות המכילות ניוביום, המאפיינים העיקריים ותכולת הניוביום הקיימים בכל חומר.

טנטליט קולומביט
הרכב:	(Fe, Mn) (Nb, Ta)2או6
תכולת ניוביום (מקסימום):	76% מה- Nb2או5
תכונות:	מינרל אורטורומבי צפיפות יחסית משתנה בין 5.2 ל 8.1 גרם / ס"מ^3 הוא יוצר מבנים דומים, בהם טנטלום וניוביום מחליפים זה את זה בכל הפרופורציות.

פירוכלוריט
הרכב:	(בְּ2,פה)2(Nb, Ti) (O, F)7
תכולת ניוביום (מקסימום):	71% מה- Nb2או5
תכונות:	מינרל איזומטרי של הרגל אוקטדראלי צפיפות יחסית של 4.5 גרם / ס"מ^3 יש לו זן בריופירוכלור, שכולל את יסוד הבריום בהרכבו.

לופרית
הרכב:	(C, Na, C)2(Ti, Nb)2או6
תכולת ניוביום (מקסימום):	20% מה- Nb2או5
תכונות:	מינרלים גרגירים עד שבירים צפיפות 4.77 גרם / ס"מ^3 מתגבש במערכת האיזומטרית

חקר ניוביום

עפרות ניוביום עוברות טרנספורמציות עד להיווצרות המוצרים שישווקו.

ניתן לסכם את שלבי התהליך כ:

1. כְּרִיָה
2. ריכוז ניוביום
3. זיקוק ניוביום
4. מוצרי ניוביום

הכרייה מתבצעת במקום בו יש עתודות עפרות, המופקות באמצעות חומרי נפץ ומועברות באמצעות חגורות למקום בו מתרחש שלב הריכוז.

ריכוז מתרחש עם פירוק העפרות, טחינה גורמת לגבישי העפרה להיות עדינים בהרבה ומשתמשים ב הפרדה מגנטית שברי הברזל מוסרים מהעפרה.

בזיקוק הניוביום יש סילוק של גופרית, מים, זרחן ועופרת.

אחד המוצרים המכילים ניוביום הוא סגסוגת הברזל-ניוביום, המיוצר על פי המשוואה הבאה:

תהליך זה נקרא aluminothermia שבו מערבבים את רכז העפרות בכורים עם גרוטאות ברזל או תחמוצת ברזל.

תחמוצות מתכת מגיבות עם אלומיניום בטמפרטורות גבוהות, ויוצרות תוצר מעניין.

מוצרי הניוביום הממוסחרים ביותר הם:

• תרכיזי ניוביום: בסיס המכיל 58% Nb₂או₅.
• סגסוגת ברזל-ניוביום: מכילה 65% ניוביום.
• תחמוצת טוהר גבוהה: משמשת לייצור חומרים מיוחדים.

לשם מה נוביום?

המאפיינים של ניוביום הופכים את האלמנט הזה ליותר ויותר נחשק ועם אינספור יישומים.

מאז גילויו בשנת 1905, החלו להיבדק יישומים לניוביום, כאשר הכימאי הגרמני ורנר פון בולטון ייצר את היסוד בצורה טהורה.

שנות ה -50 ייצגו חיפוש נהדר ליישומי ניוביום, שכן עד אז הוא לא הופק בקנה מידה גדול.

בתקופה זו, המלחמה הקרה עוררה עניין במתכת זו שתשמש ברכיבים תעופתיים.

להלן רשימה של דרכי השימוש בניוביום.

סגסוגות מתכת

תוספת ניוביום לסגסוגת מגבירה את יכולת ההתקשות שלה, כלומר את היכולת להתקשות בחשיפה לחום ואז מקוררת. לפיכך, ניתן להכניס את החומר המכיל ניוביום לטיפולי חום ספציפיים.

הזיקה של ניוביום לפחמן וחנקן מעדיפה את התכונות המכניות של הסגסוגת, ומגבירה, למשל, חוזק מכני ועמידות בפני שחיקה שוחקת.

השפעות אלה מועילות מכיוון שהם יכולים להרחיב את היישומים התעשייתיים של סגסוגת.

פלדה, למשל, היא סגסוגת מתכתית הנוצרת מברזל ופחמן. לתוספת של ניוביום לסגסוגת זו יכולות להיות יתרונות עבור:

• תעשיית הרכב: ייצור מצית לרכב ועמיד יותר להתנגשות.
• בְּנִיָה: משפר את יכולת הריתוך של הפלדה ומספק יכולת גמישות.
• תעשיית צינורות התחבורה: מאפשר קונסטרוקציות עם קירות דקים וקוטר גדול יותר, מבלי לפגוע בבטיחות.

סגסוגות על

סגסוגת העל היא סגסוגת מתכתית עם עמידות גבוהה לטמפרטורות גבוהות ולחוזק מכני. סגסוגות המכילות ניוביום הופכות חומר זה שימושי בייצור טורבינות מטוסים או ייצור אנרגיה.

היתרון של פעולה בטמפרטורות גבוהות גורם לסגסוגות-על להרכיב מנועי סילון בעלי ביצועים גבוהים.

מגנטים מוליכים-על

מוליכות-על של ניוביום גורמת לשימוש בתרכובות ניוביום-גרמניום, ניוביום-סקנדיום וניוביום-טיטניום ב:

• סורק מכונות MRI.
• מאיצי חלקיקים כמו Collider Hadron הגדול.
• איתור קרינה אלקטרומגנטית וחקר קרינה קוסמית על ידי חומרים המכילים ניוביום ניטריט.

תחמוצות

יישומים אחרים עבור ניוביום הם בצורה של תחמוצות, בעיקר Nb₂או₅. השימושים העיקריים הם:

• עדשות אופטיות
• קבלים קרמיים
• חיישני pH
• חלקי מנוע
• תכשיט

היסטוריה וגילוי ניוביום

בשנת 1734 נלקחו כמה עפרות השייכות לאוסף אישי של ג'ון וינטרופ מאמריקה לאנגליה ופריטים אלה היו חלק מאוסף המוזיאון הבריטי בלונדון.

עם הצטרפותו לחברה המלכותית התמקד הכימאי הבריטי צ'רלס האטט בחקירת הרכב העפרות הזמינות במוזיאון. כך, בשנת 1801, הוא בודד יסוד כימי, בצורת תחמוצת, וכינה אותו קולומביום ואת העפרות שממנו הוצא קולומביט.

בשנת 1802, הכימאי השבדי אנדרס גוסטף אקברג דיווח על גילוי יסוד כימי חדש וכינה אותו טנטלום, בהתייחס לבנו של זאוס במיתולוגיה היוונית.

בשנת 1809, הכימאי והפיזיקאי האנגלי ויליאם הייד וולסטון ניתח את שני היסודות הללו וצפה שיש להם מאפיינים דומים מאוד.

בשל עובדה זו, בין השנים 1809-1846, קולומביום וטנטלום נחשבו לאותו יסוד.

מאוחר יותר, המינרולוג והכימאי הגרמני היינריך רוז, שחקר את עפרות הקולומביט, ציין כי טנטלום קיים גם כן.

רוז מצאה נוכחות של אלמנט אחר, הדומה לטנטלום וכינתה אותו ניוביוס, בהתייחס לניובה, בתו של טנטלוס, מהמיתולוגיה היוונית.

בשנת 1864 הצליח השוודי כריסטיאן ברומסטרנד לבודד ניוביום מדגימת כלוריד המחוממת באווירת מימן.

בשנת 1950 איחוד כימיה טהורה ויישומית (IUPAC) אישר את הניוביום כשם הרשמי, ולא את הקולומביום, מכיוון שהם היו אותו יסוד כימי.

סיכום ניוביום

יסוד כימי: ניוביום
סֵמֶל	Nb	מְגַלֶה	צ'רלס האצ'ט
מספר אטומי	41	מסה אטומית	92,906 u
קְבוּצָה	5	קורס זמן	5
מִיוּן	מתכת מעבר	הפצה אלקטרונית	[Kr] 4 ד^35s^2
תכונות	מתכת עקשן מוצק, רקיע ונחלש מוליכות גבוהה עמיד בפני קורוזיה
עפרות עיקריות	קולומביט-טנטליט: 76% תוכן Nb2או5 פירוכלוריט: 71% תוכן Nb2או5 Loparite: 20% Nb תוכן2או5
מוצרים עיקריים	תרכיז ניוביום סגסוגת ברזל ניוביום טוהר תחמוצת ניוביום גבוהה
יישומים	סגסוגות מתכת: בנייה אזרחית ותחבורה סגסוגות-על: טורבינות מטוסים ורקטות מגנטים מוליכים-על: מכונות לתהודה מגנטית תחמוצות: תכשיטים בצבעים שונים
הִתרַחֲשׁוּת	בעולם	בְּרָזִיל קנדה אוֹסטְרַלִיָה מִצְרַיִם הרפובליקה הדמוקרטית של קונגו גרינלנד רוּסִיָה פינלנד גבון טנזניה.
בברזיל	מינאס גאריס אמזונות גויאס רונדוניה

תרגילי אויב ומבחני כניסה

1. (Enem / 2018) במיתולוגיה היוונית ניוביה הייתה בתו של טנטלוס, שתי דמויות הידועות בסבלותן. למספר האטומי הכימי (Z) השווה ל- 41 יש תכונות כימיות ופיזיקליות הדומות כל כך למספר האטומי 73 עד שהן התבלבלו.

לכן, לכבוד שתי הדמויות הללו במיתולוגיה היוונית, יסודות אלה קיבלו את השמות ניוביום (Z = 41) וטנטלום (Z = 73). שני היסודות הכימיים הללו רכשו חשיבות כלכלית רבה במתכות, בייצור מוליכי-על וביישומים מתקדמים אחרים בתעשייה, בדיוק בגלל התכונות הכימיות והפיזיקליות משותף לשניהם.

_{KEAN, S. הכף הנעלמת: וסיפורים אמיתיים אחרים של טירוף, אהבה ומוות מיסודות כימיים. ריו דה ז'ניירו: זהר, 2011 (מעובד).}

החשיבות הכלכלית והטכנולוגית של יסודות אלה, בשל הדמיון בתכונותיהם הכימיות והפיזיקליות, נובעת מכך

א) יש אלקטרונים ברמת המשנה f.
ב) להיות אלמנטים של מעבר פנימי.
ג) שייכים לאותה קבוצה בטבלה המחזורית.
ד) יש את האלקטרונים החיצוניים ביותר ברמות 4 ו- 5, בהתאמה.
ה) להיות ממוקמים במשפחת האדמה הבסיסית והאלקליין בהתאמה.

ראה תשובה

חלופה נכונה: ג) שייכים לאותה קבוצה בטבלה המחזורית.

הטבלה המחזורית מאורגנת ב -18 קבוצות (משפחות), כאשר כל קבוצה מפגישה יסודות כימיים בעלי תכונות דומות.

קווי דמיון אלה קורים מכיוון שלאלמנטים של קבוצה יש מספר זהה של אלקטרונים במעטפת הערכיות.

עושים את ההתפלגות האלקטרונית ומוסיפים את האלקטרונים מרמת המשנה האנרגטית ביותר לרמה התחתונה החיצונית ביותר אנו מוצאים את הקבוצה אליה שייכים שני היסודות.

ניוביום
הפצה מכשירי חשמל	1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^65s^2 4d^3
סכום של אלקטרונים	יותר אנרגטי + יותר חיצוני 4d^3 + 5 שניות^2= 5 אלקטרונים
קְבוּצָה	5

טנטלום
הפצה מכשירי חשמל	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
סכום של אלקטרונים	יותר אנרגטי + יותר חיצוני 5d^3 + 6s^2 = 5 אלקטרונים
קְבוּצָה	5

היסודות ניוביום וטנטלום:

• הם שייכים לאותה קבוצה בטבלה המחזורית.
• יש להם את האלקטרונים החיצוניים ביותר ברמות 5 ו -6 בהתאמה, וכך הם נמצאים בתקופה החמישית והשישית.
• יש להם אלקטרונים ברמת המשנה d ולכן הם אלמנטים מעבר בחוץ.

2. (IFPE / 2018) ברזיל היא היצרנית הגדולה בעולם של ניוביום, המהווה יותר מ -90% מהרזרבה של מתכת זו. ניוביום, סמל Nb, משמש לייצור פלדות מיוחדות והיא אחת המתכות העמידות ביותר בפני קורוזיה וטמפרטורות קיצוניות. מתחם Nb₂או₅ זהו מבשרם של כמעט כל הסגסוגות ותרכובות הניוביום. סמן את החלופה עם המסה הנדרשת של Nb₂או₅ להשיג 465 גרם ניוביום. נתון: Nb = 93 גרם למול ו- O = 16 גרם למול.

א) 275 גרם
ב) 330 גרם
ג) 930 גרם
ד) 465 גרם
ה) 665 גרם

ראה תשובה

חלופה נכונה: ה) 665 גרם

תרכובת המבשר של ניוביום היא תחמוצת Nb₂או₅ והניוביום המשמש בסגסוגות הוא בצורת היסוד Nb.

לכן, יש לנו את הקשר הסטואיכיומטרי הבא:

1 שומה של Nb₂או₅ מייצר 2 שומות Nb, שכן תחמוצת הניוביום נוצרת על ידי 2 אטומים ממתכת זו.

שלב 1: חישוב מספר השומות המיוצרות של ניוביום המתאים ל 465 גרם.

אם לפי החישוב ראינו שמסת הניוביום מתאימה ל -5 שומות, אז מספר השומות של Nb₂או₅ משמש הוא מחצית מהערך הזה, כי:

שלב שני: לחשב את המסה הטוחנת של תחמוצת ניוביום.

שלב שלישי: חישוב המסה של תחמוצת הניוביום המתאימה ל -2.5 מול.

3. (UECE / 2015) ברזיל מחזיקה ב 98% מעתודות הניוביום בעולם, שיש לה יישומים תעשייתיים רבים, כגון בייצור תכשיטים, שתלים היפר-אלרגניים, אלקטרוקרמיקה, מגנטים מוליכים-על, מכונות תהודה מגנטית, סגסוגות מתכת, מטבעות מיוחדות וייצור פְּלָדָה. לגבי ניוביום, עיין בהצהרות שלמטה וסמן את החלופה האמיתית היחידה.

א) האלקטרון הדיפרנציאלי שלו נמצא במעטפת הלפני אחרונה.
ב) זהו אלמנט מייצג.
ג) האלקטרוני שליליותה נמוכה מזו של ונדיום.
ד) הוא שייך לתקופה הרביעית בטבלה המחזורית.

ראה תשובה

חלופה נכונה: א) האלקטרון הדיפרנציאלי שלו נמצא במעטפת הלפני אחרונה.

בעת ביצוע ההפצה האלקטרונית של ניוביום, ניתן לראות כי האלקטרון הדיפרנציאלי שלו נמצא במעטפת הלפני אחרונה.

מכיוון שיש לו האלקטרון הדיפרנציאלי ברמת המשנה d, זהו אלמנט מעבר חיצוני.

מכיוון שהמפלס החיצוני ביותר שלו הוא בשכבה החמישית, הניוביום נמצא בתקופה החמישית של הטבלה.

אלקטרונטיביות היא המאפיין הקשור ליכולת האלמנט למשוך אלקטרונים והיא משתנה בהתאם ל- רדיוס אטומי: ככל שרדיוס האטום קטן יותר, כך המשיכה של האלקטרונים גדולה יותר ולכן, כך גדולה יותר שליליות אלקטרונית.

בהתייעצות עם הטבלה עם הערכים האלקטרוניים, ניתן לראות כי לניוביום ולווניום יש ערכים הקרובים ל 1.6 פאולינג.

4. (UEA / 2014) האיזוטופ הטבעי של ניוביום הוא ⁹³Nb. מספר הנויטרונים באיזוטופ זה הוא

א) 41.
52).
93).
134).
ה) 144.

ראה תשובה

חלופה נכונה: ב) 52.

איזוטופים הם אטומים של יסוד כימי עם מספר מסות שונה.

המסה האטומית תואמת את סכום הפרוטונים והנייטרונים של יסוד.

מספר הפרוטונים מייצג את המספר האטומי של היסוד הכימי ועבור איזוטופים הוא אינו משתנה.

לפיכך, הווריאציה ההמונית של איזוטופים מתרחשת עקב המספר השונה של נויטרונים.

אם המספר האטומי של הניוביום הוא 41, מספר הנויטרונים ניתן על ידי החישוב:

5. (IFMG / 2015) היסוד הכימי ניוביום, Nb, נקרא על שם האלה היוונית ניובה. ברזיל היא יצרנית המתכת הגדולה בעולם, המהווה 75% מהייצור. בשל היציבות התרמית של סגסוגותיו, ניוביום משמש לייצור סגסוגות פלדה בעלות חוזק מיוחד למנועים, ציוד הנעה וחומרים מוליכים שונים. בהתבונן במיקום הניוביום על הטבלה המחזורית, נכון לקבוע כי:

א) רמת המשנה האנרגטית ביותר שלך תהיה רמת משנה d.
ב) הוא יסוד השייך למשפחת המתכות האלקליות.
ג) יוצר תרכובות יוניות עם מתכות אחרות.
ד) לקטיונים שלה יהיה רדיוס אטומי גדול מהיסוד הטהור.

ראה תשובה

חלופה נכונה: א) רמת המשנה האנרגטית ביותר שלך תהיה רמת משנה d.

על ידי התבוננות בטבלה המחזורית אנו יכולים לראות כי הניוביום מאופיין כאלמנט מעבר חיצוני, השייך לקבוצה 5 של הטבלה המחזורית, שכן רמת המשנה האנרגטית ביותר שלה היא d.

אנו עשויים גם להשיג מידע זה על ידי הפצתו אלקטרונית.

מכיוון שמדובר במתכת, אלמנט זה יוצר קשרים מתכתיים עם מתכות אחרות, כמו בסגסוגת קשרים ברזל-ניוביום או גם קוולנטיים, על ידי שיתוף אלקטרונים, כמו בתחמוצת ניוביום Nb₂או₅.

6. (UFSC / 2003) ניוביום התגלה בשנת 1801 על ידי הכימאי האנגלי צ'רלס האטט. ברזיל מחזיקה בכ 93% מהייצור העולמי של רכז ניוביום. הפיקדונות הגדולים ביותר ממוקמים במדינות מינאס גאריס, גויאס ואמזונס. המתכת משמשת בעיקר לייצור סגסוגות ברזל-ניוביום וסגסוגות מורכבות אחרות, אשר יושמו בבניית טורבינות הנעה סילוניות, רקטות וחלליות. תחמוצותיה משמשות לייצור עדשות אור למשקפי ראייה, מצלמות צילום וציוד אופטי אחר. נתון (Z = 41). לגבי ניוביום, סמן את ההצעה (ים) הנכונים.

(01) הניוביום, כאשר הוא מאבד 3 אלקטרונים, מניח את תצורת הקריפטון.
(02) ניוביום יכול ליצור תחמוצות מתכת מסוג M₂או₅ ב₂או₃.
(04) הסמל הכימי לניוביום הוא Ni.
(08) ניוביום הוא מתכת מעבר.
(16) סגסוגת ברזל-ניוביום היא דוגמה לפתרון מוצק.

ראה תשובה

חלופות נכונות: 02 + 08 + 16 = 26.

(01) לא תקין.

אלמנטים	הפצה אלקטרונית
36קר	1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^6
41Nb 41Nb^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) נכון

בהתחשב במספרי החמצון 3+ ו- 5+ עבור ניוביום, הוא יכול ליצור את התרכובות:

חמצון מספר 5+	חמצון מספר 3+
Nb2או5	Nb2או3

(04) לא תקין

Ni הוא הסמל לאלמנט הניקל. הסמל לניוביום הוא Nb.

(08) נכון

ניוביום הוא מתכת מעבר חיצונית השייכת לקבוצה 5 בטבלה המחזורית.

(16) נכון

תמיסה מוצקה תואמת שתערובת של שני רכיבים או יותר באותו שלב, שהיא מוצקה, נפוצה בקרב מתכות.

7. (UERJ / 2013) ניוביום הוא מתכת הנמצאת במשקעים טבעיים, בעיקר בצורת תחמוצות.
בפיקדון המכיל ניוביום עם מספר חמצון +5, הנוסחה לתחמוצת השלטת של מתכת זו מתאימה ל:

א) NbO₅
ב) נ.ב.₅או
ג) נ.ב.₅או₂
ד) נב₂או₅

ראה תשובה

חלופה נכונה: ד) נ.ב.₂או₅

חמצן יוצר שני קשרים ובעל מספר חמצון קבוע, שהוא 2-.

לכן, כדי ליצור תחמוצת ניוביום, חמצן צריך להיקשר ל -2 אטומים ממתכת זו.

לניוביום מצבי חמצון שונים. עם חמצון מספר 3+ הוא נקשר לשלושה חמצנים ועם Nox 5+ הוא יוצר את התרכובת: Nb₂או₅ כאשר 2 אטומי ניוביום נקשרים עם 5 אטומי חמצן.

קרא את הטקסט כדי לענות על שאלות 8 עד 10.

ניוביום הוא מתכת בעלת חשיבות טכנולוגית רבה ושמורות העולם העיקריות שלה ממוקמות באזור
ברזיל, בצורת עפרות פירוכלור, המורכבת מ- Nb₂או₅. באחד מתהליכי המטלורגיה החילוץ שלה, נעשה שימוש באלומינוטרמיה בנוכחות תחמוצת Fe₂או₃, וכתוצאה מכך סגסוגת של ניוביום וברזל ותחמוצת אלומיניום כתוצר לוואי. התגובה של תהליך זה מיוצגת במשוואה:

בטבע, ניוביום מופיע בצורה של האיזוטופ היציב ניוביום 93, אך ידועים כמה איזוטופים סינתטיים לא יציבים אשר מתפוררים על ידי פליטת קרינה. אחד מהם הוא ניוביום 95 שמתפרק לאלמנט מוליבדן 95.
_{(Systems.dnpm.gov.br; טֶכנוֹלוֹגִיָה מַתֶכֶת. מטר. כורה. סאו פאולו, נ. 6, לא. 4, עמ ' 185-191, אפריל-יוני. 2010 וג ' אודי ואח '/ פיזיקה גרעינית A 729 (2003) 3–128. מְעוּבָּד)}

8. (FGV / 2019) בתגובת האלומינותרמיה להשגת סגסוגת ניוביום וברזל, בהתחשב בסטואיכיומטריה המוצגת במשוואה המאוזנת, המספר הכולל של האלקטרונים המעורבים בתהליך הוא

א) 6.
ב) 12.
ג) 18.
ד) 24.
ה) 36.

ראה תשובה

חלופה נכונה: ה) 36.

תגובת החמצון מתרחשת עם אובדן ורווח של אלקטרונים.

כאשר אלמנט מפחית הוא צובר אלקטרונים וכאשר אלמנט מתחמצן הוא מאבד אלקטרונים.

כאשר אלמנט מפחית הוא חומר מחמצן, ואילו כאשר אלמנט מתחמצן הוא חומר הפחתה.

באופן זה, מספר האלקטרונים שאבדו בידי אלמנט אחד ונמסר לאחר הוא שווה.

אֵלֵמֶנט	NOX	תְגוּבָה	אלקטרונים
ניוביום	+5 3Nb2או5	0 6Nb	צִמצוּם	3.2.5 = 30 ו^- רווחים
בַּרזֶל	+3 אֱמוּנָה2או3	0 2Fe	צִמצוּם	2.3 = 6 ו^- רווחים
אֲלוּמִינְיוּם	0 12אל	+3 6Al2או3	חִמצוּן	6.2.3 = 36 ו-^- אָבֵד

המטען של אלומיניום על מוצר תחמוצת האלומיניום הוא 3+, כלומר כל אלומיניום איבד 3 אלקטרונים.

אך במוצרים יש לנו 12 אטומי אלומיניום, מה שהופך את המספר הכולל של האלקטרונים המעורבים בתהליך:

12. 3 = 36 אלקטרונים.

9. (FGV / 2019) בפעולה אלומינוטרמית לייצור ניוביום וסגסוגת ברזל עם כמויות סטויוכומטריות של Nb₂או₅ ופה₂או₃ ושימוש באלומיניום מתכתי עודף, נוצרו 6.12 טון אל.₂או₃. הסכום הכולל של הכמויות, בשומות, של ניוביום וברזל המוערך שהתקבלו בפעולה זו הוא

א) 6 × 10⁴
ב) 6 × 10⁶
ג) 8 × 10³
ד) 8 × 10⁴
ה) 8 × 10⁶

ראה תשובה

חלופה נכונה: ד) 8 × 10⁴.

שלב ראשון: חישוב המסה הטוחנת של אל₂או₃

שלב שני: חישוב מספר השומות של אל₂או₃

שלב שלישי: לבצע את מערכות היחסים הסטואיכומטריות.

במשוואה הכימית אנו רואים שיש את הקשר: 6 שומות ניוביום, 6 שומות אלומיניום ו -2 שומות ברזל.

לפי היחס בין מספר המולים שנוצרו, יש לנו:

וסכום כמויות הניוביום והברזל במול הוא:

10. (FGV / 2019) האיור מראה את עקומת ריקבון הקרינה של מדגם של ניוביום 95, שמתפרק למוליבדן 95.

בתהליך הריקבון של רדיואיזוטופים niobium-95, משך הזמן של פעילות הדגימה הזו להתפורר ל -25 MBq ושם המינים הנפלטים הם

א) 140 יום ונויטרונים.
ב) 140 יום ופרוטונים.
ג) 120 יום ופרוטונים.
ד) 120 יום וחלקיקים ß^–.
ה) 140 יום וחלקיקים ß^–.

ראה תשובה

חלופה נכונה: ה) 140 יום וחלקיקים ß^–.

מחצית החיים היא הזמן שלוקח לדגימה רדיואקטיבית לחצי את פעילותו.

בגרף אנו רואים שהפעילות הרדיואקטיבית מתחילה ב -400 MBq, כך שמחצית החיים היא הזמן שלקח להרקב את הפעילות ל -200 MBq, שהם מחצית מהראשונית.

אנו מנתחים בגרף שהפעם היה 35 יום.

כדי שהפעילות תרד שוב במחצית, עברו עוד 35 יום והפעילות עברה מ- 200 MBq ל- 100 MBq כשעברו עוד 35 ימים, כלומר מ- 400 ל- 100 MBq 70 יום עברו.

כדי שהדגימה תתפורר עד 25 MBq, נדרשו 4 זמני מחצית חיים.

המתאים ל:

4 x 35 ימים = 140 יום

בריקבון רדיואקטיבי פליטות יכולות להיות אלפא, בטא או גמא.

קרינת גמא היא גל אלקטרומגנטי.

לפליטת אלפא יש מטען חיובי ויורדת 4 יחידות במסה ו -2 יחידות במספר האטומי של היסוד הנרקב, והופכת אותו לאלמנט אחר.

פליטת בטא היא אלקטרון מהיר המגדיל את מספר האטום של היסוד הנרקב ביחידה אחת, והופך אותו לאלמנט אחר.

ל- Niobium-95 ול- Molybdenum 95 יש אותו מסה ולכן פליטת בטא התרחשה בגלל: