ニオブ（Nb）：それは何ですか、それは何のためにあり、どこにありますか

ニオブ（Nb）は、周期表の第5族に属する原子番号41の化学元素です。

これは、1801年に英国の化学者チャールズハチェットによって発見された、固体状態の天然に利用可能な遷移金属です。

ニオブを含む鉱物は世界ではまれですが、この金属の埋蔵量が最も多い国であるブラジルには豊富にあります。

その特性、高い導電性、耐食性により、この要素は鉄鋼製造からロケット製造に至るまで多くの用途があります。

次に、この化学元素とそれを非常に重要にする特性を紹介します。

ニオブとは何ですか？

ニオブは高融点金属です。つまり、熱や摩耗に対して非常に耐性があります。

このクラスの金属は、ニオブ、タングステン、モリブデン、タンタル、レニウムであり、ニオブはすべての中で最も軽いものです。

ニオブは自然界で鉱物に存在し、通常は他の元素、主にタンタルに関連しています。これは、2つが非常に類似した物理化学的特性を持っているためです。

この化学元素は、周期表で遷移金属として分類されています。 明るく、硬度が低く、電流の通過に対する耐性が低く、腐食に対する耐性があります。

ニオブの物性

物理的状態	室温で固体
色と外観	メタリックグレー
密度	8.570 g / cm^3
融点	2468°C
沸点	4742°C
結晶構造	体心立方-CCC
熱伝導率	54.2 W m^-1 K^-1

ニオブの化学的性質

分類	遷移金属
原子番号	41
ブロック	d
グループ	5
タイムコース	5
原子量	92,90638 u
原子線	1,429 Å
一般的なイオン	Nb^5^+ およびNb^3^+
電気陰性度	1.6ポーリング

この金属を使用する主な利点は、この元素の量（グラム単位）のみが可能であるということです 大量の鉄を修正して、金属を軽くし、耐食性などを高めます 効率的。

ニオブはどこにありますか？

自然界に存在する他の物質と比較すると、ニオブは24ppmの割合で低濃度です。

この金属は、ブラジル、カナダ、オーストラリア、エジプト、コンゴ民主共和国、グリーンランド、ロシア、フィンランド、ガボン、タンザニアで発見されています。

ブラジルのニオブ

1950年代に、この金属を含むパイロクロア鉱石の最大の鉱床が、ブラジルの地質学者DjalmaGuimarãesによってブラジルで発見されました。

ニオブを含む大量の鉱石は、金属の埋蔵量の90％以上を保有する世界最大の生産国であるブラジルにあります。

探索された保護区は、ミナスジェライス州、アマゾナス州、ゴイアス州、ロンドニア州にあります。

ニオブ鉱石

ニオブは自然界で常に他の化学元素と関連していることがわかります。 自然界にニオブとタンタルを含む90以上の鉱物種がすでに知られています。

下の表では、ニオブを含む鉱石のいくつか、主な特徴、および各材料で利用可能なニオブ含有量を確認できます。

コルンブ石タンタル石
組成：	（Fe、Mn）（Nb、Ta）2O6
ニオブ含有量（最大）：	Nbの76％2O5
特徴：	斜方晶系鉱物 5.2から8.1g / cmまでの可変相対密度^3 それは同様の構造を形成し、タンタルとニオブがすべての比率で互いに置き換わります。

パイロクロライト
組成:	（で2、ここに）2（Nb、Ti）（O、F）7
ニオブ含有量（最大）:	Nbの71％2O5
特徴:	八面体癖の等尺性鉱物 4.5g / cmの相対密度^3 それはその組成に元素バリウムを含むバリオピロクロル品種を持っています。

ロパライト
組成：	（C、Na、C）2（Ti、Nb）2O6
ニオブ含有量（最大）：	Nbの20％2O5
特徴：	粒状から脆い鉱物 密度4.77g / cm^3 等尺性システムで結晶化

ニオブ探査

ニオブ鉱石は、販売される製品が形成されるまで変質します。

プロセスステップは次のように要約できます。

1. 鉱業
2. ニオブ濃度
3. ニオブ精製
4. ニオブ製品

採掘は、爆発物を使用して抽出され、ベルトによって濃縮段階が行われる場所に輸送される鉱石の埋蔵量がある場所で行われます。

鉱石が分解すると濃縮が起こり、粉砕すると鉱石の結晶がはるかに細かくなり、 磁気分離 鉄分画は鉱石から除去されます。

ニオブの精製では、硫黄、水、リン、鉛の除去があります。

ニオブを含む製品の1つは、次の式に従って生成される鉄-ニオブ合金です。

このプロセスはアルミノテルミットと呼ばれ、鉱石濃縮物が反応器内で鉄スクラップまたは酸化鉄と混合されます。

金属酸化物は高温下でアルミニウムと反応し、目的の生成物を生成します。

最も商業化されているニオブ製品は次のとおりです。

• ニオブ濃縮物：58％のNbを含むベース₂O₅.
• 鉄-ニオブ合金：65％のニオブを含みます。
• 高純度酸化物：特殊材料の製造に使用されます。

ニオブとは何ですか？

ニオブの特性により、この元素はますます望ましいものになり、数え切れないほどの用途があります。

1905年の発見以来、ドイツの化学者ヴェルナーフォンボルトンが元素を純粋な形で製造したときに、ニオブの用途が調査され始めました。

50年代は、それまで大規模に生産されていなかったため、ニオブアプリケーションの優れた検索を表しています。

この期間中、冷戦は航空宇宙部品に使用されるこの金属への関心を引き起こしました。

以下は、ニオブの使用方法のリストです。

金属合金

合金にニオブを添加すると、その焼入れ性、つまり、熱にさらされてから冷却されたときに硬化する能力が向上します。 したがって、ニオブを含む材料は、特定の熱処理を受けることができます。

ニオブと炭素および窒素との親和性は、合金の機械的特性に有利に働き、たとえば、機械的強度および耐摩耗性を向上させます。

これらの効果は、合金の産業用途を拡張できるため、有益です。

たとえば、鋼は鉄と炭素で形成された金属合金です。 この合金にニオブを添加すると、次のような利点があります。

• 自動車産業：より軽量で耐衝撃性の高い車を製造しています。
• 建設：鋼の溶接性を向上させ、展性を提供します。
• 輸送パイプライン産業：安全性に影響を与えることなく、より薄い壁とより大きな直径の建設を可能にします。

超合金

超合金は、高温に対する高い耐性と機械的強度を備えた金属合金です。 ニオブを含む合金は、この材料を航空機のタービンの製造やエネルギー生産に役立ちます。

高温で動作する利点により、超合金は高性能ジェットエンジンを構成します。

超電導磁石

ニオブの超伝導により、ニオブ-ゲルマニウム、ニオブ-スカンジウム、およびニオブ-チタンの化合物が次の用途に使用されます。

• MRI装置のスキャナー。
• 大型ハドロン衝突型加速器などの粒子加速器。
• 亜硝酸ニオブを含む材料による電磁放射の検出と宇宙線の研究。

酸化物

ニオブの他の用途は、酸化物、主にNbの形です。₂O₅. 主な用途は次のとおりです。

• 光学レンズ
• セラミックコンデンサ
• pHセンサー
• エンジン部品
• 宝石

ニオブの歴史と発見

1734年にジョンウィンスロップの個人的なコレクションに属するいくつかの鉱石がアメリカからイギリスに運ばれ、これらのアイテムはロンドンの大英博物館のコレクションの一部でした。

王立学会に参加すると、英国の化学者チャールズハチェットは、博物館で入手可能な鉱石の組成の調査に焦点を合わせました。 このようにして、1801年に彼は酸化物の形で化学元素を分離し、それをコロンビウムと名付け、それが抽出された鉱石をコロンバイトと名付けました。

1802年、スウェーデンの化学者Anders Gustaf Ekebergは、ギリシャ神話のゼウスの息子にちなんで、新しい化学元素の発見を報告し、タンタルと名付けました。

1809年、英国の化学者で物理学者のウィリアムハイドウォラストンがこれら2つの元素を分析し、それらが非常に類似した特性を持っていることを観察しました。

この事実により、1809年から1846年まで、コロンビウムとタンタルは同じ元素と見なされていました。

その後、ドイツの鉱物学者で化学者のハインリッヒ・ローズは、コルンブ石鉱石を調査し、タンタルも存在することに気づきました。

ローズは、タンタルに似た別の元素の存在を発見し、ギリシャ神話のタンタロスの娘であるニオベに関連して、それをニオブと呼びました。

1864年、スウェーデンのクリスチャンブロムストランドは、水素雰囲気で加熱された塩化物のサンプルからニオブを分離することに成功しました。

1950年、国際純正応用化学連合（IUPAC）は、ニオブが同じ化学元素であるため、正式名称としてニオブをコロンビウムではなく承認しました。

ニオブのまとめ

化学元素：ニオブ
シンボル	Nb	発見者	チャールズハチェット
原子番号	41	原子質量	92,906 u
グループ	5	タイムコース	5
分類	遷移金属	エレクトロニックディストリビューション	[Kr] 4d^35秒^2
特徴	高融点金属 固体、延性、展性 高導電率 耐食性
主な鉱石	コルンブ石-タンタル石：76％Nb含有量2O5 パイロクロライト：71％Nb含有量2O5 ロパライト：20％Nb含有量2O5
主な製品	ニオブ濃縮物 鉄-ニオブ合金 高純度の酸化ニオブ
アプリケーション	金属合金：土木建設および輸送 超合金：航空機およびロケットタービン 超電導磁石：磁気共鳴機 酸化物：さまざまな色のジュエリー
発生	世界中	ブラジル カナダ オーストラリア エジプト コンゴ民主共和国 グリーンランド ロシア フィンランド ガボン タンザニア。
ブラジルで	ミナスジェライス アマゾン ゴイアス ロンドニア

エネム演習と入試

1. （Enem / 2018）ギリシャ神話では、ニオブはタンタロスの娘でした。タンタロスは、苦しみで知られる2人のキャラクターです。 41に等しい化学元素の原子番号（Z）は、元素の原子番号73と非常によく似た化学的および物理的特性を持っているため、混乱していました。

したがって、ギリシャ神話のこれら2つの文字に敬意を表して、これらの要素にはニオブ（Z = 41）とタンタル（Z = 73）の名前が付けられました。 これらの2つの化学元素は、冶金学、生産において大きな経済的重要性を獲得しています。 超伝導体およびその他のハイエンド産業用途、まさに化学的および物理的特性のため 両方に共通。

_{キーン、S。 消えるスプーン：そして化学元素からの狂気、愛と死の他の実話。 リオデジャネイロ：Zahar、2011年（適応）。}

これらの元素の経済的および技術的重要性は、それらの化学的および物理的特性の類似性のために、

a）fサブレベルに電子がある。
b）内部移行の要素であること。
c）周期表の同じグループに属している。
d）最も外側の電子がそれぞれレベル4と5にある。
e）それぞれアルカリ土類およびアルカリのファミリーに位置している。

回答を参照してください

正しい代替案：c）周期表の同じグループに属している。

周期表は18のグループ（ファミリー）に編成されており、各グループは同様の特性を持つ化学元素をまとめています。

これらの類似性は、グループの要素が価電子シェルに同じ数の電子を持っているために発生します。

電子分配を行い、最もエネルギーの高いサブレベルから最も外側のサブレベルに電子を追加すると、2つの要素が属するグループが見つかります。

ニオブ
分布 エレクトロニクス	1秒^2 2秒^2 2p^6 3秒^2 3p^6 4秒^2 3D^10 4p^65秒^2 4d^3
の合計 電子	よりエネルギッシュ+より外部 4d^3 +5秒^2= 5電子
グループ	5

タンタル
分布 エレクトロニクス	1秒^2 2秒^2 2p^6 3秒^2 3p^6 4秒^2 3D^10 4p^6 5秒^2 4d^10 5p^66秒^2 4f^145d^3
の合計 電子	よりエネルギッシュ+より外部 5d^3 +6秒^2 = 5電子
グループ	5

ニオブとタンタルの元素：

• それらは周期表の同じグループに属しています。
• それらはそれぞれレベル5と6に最も外側の電子を持っているので、5番目と6番目の周期に位置しています。
• それらはdサブレベルに電子を持っているため、外部の遷移元素です。

2. （IFPE / 2018）ブラジルはニオブの世界最大の生産国であり、この金属の埋蔵量の90％以上を占めています。 ニオブ、記号Nbは、特殊鋼の製造に使用され、腐食や極端な温度に対して最も耐性のある金属の1つです。 Nb化合物₂O₅ これは、ほとんどすべての合金およびニオブ化合物の前駆体です。 必要なNbの質量で代替案にチェックマークを付けます₂O₅ 465グラムのニオブを取得します。 与えられた：Nb = 93 g / molおよびO = 16 g / mol。

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

回答を参照してください

正しい代替案：e）665 g

ニオブの前駆体化合物はNb酸化物です₂O₅ 合金に使用されているニオブは元素形態Nbです。

したがって、次の化学量論的関係があります。

1モルのNb₂O₅ 酸化ニオブはこの金属の2つの原子によって形成されるため、2モルのNbを生成します。

最初のステップ：生成されたニオブのモル数を計算します。これは465gに相当します。

計算により、ニオブの質量が5モルに相当することがわかった場合、Nbのモル数₂O₅ 使用されるのはこの値の半分です。理由は次のとおりです。

2番目のステップ：酸化ニオブのモル質量を計算します。

3番目のステップ：2.5モルに対応する酸化ニオブの質量を計算します。

3. （UECE / 2015）ブラジルは、世界のニオブ埋蔵量の98％を保有しており、宝飾品の製造など、数多くの産業用途があります。 高アレルギー性インプラント、電気セラミック、超電導磁石、磁気共鳴機、金属合金、特殊コイン、および 鋼。 ニオブについては、以下のステートメントを確認し、唯一の真の代替案にチェックマークを付けてください。

a）その微分電子は最後から2番目の殻にあります。
b）代表的な要素です。
c）その電気陰性度はバナジウムよりも低い。
d）周期表の第4周期に属します。

回答を参照してください

正しい代替案：a）その微分電子は最後から2番目の殻にあります。

ニオブの電子分布を実行すると、その微分電子が最後から2番目の殻にあることがわかります。

dサブレベルに微分電子があるため、外部遷移元素です。

その最外層は第5層にあるため、ニオブは表の第5周期にあります。

電気陰性度は、電子を引き付ける要素の能力に関連する特性であり、 原子半径：原子半径が小さいほど、電子の引力が大きくなるため、 電気陰性度。

電気陰性度の値を表に参照すると、ニオブとバナジウムの値が1.6ポーリングに近いことがわかります。

4. （UEA / 2014）ニオブの天然同位体は ⁹³Nb。 この同位体の中性子の数は

a）41。
b）52。
c）93。
d）134。
e）144。

回答を参照してください

正しい代替案：b）52。

同位体は、質量数が異なる化学元素の原子です。

原子量は、元素の陽子と中性子の合計に対応します。

陽子の数は化学元素の原子番号を表し、同位体の場合は変化しません。

したがって、同位体の質量変動は、中性子の数が異なるために発生します。

ニオブの原子番号が41の場合、中性子の数は次の計算で求められます。

5. （IFMG / 2015）化学元素ニオブNbは、ギリシャの女神ニオベにちなんで名付けられました。 ブラジルは世界最大の金属生産国であり、生産量の75％を占めています。 ニオブは合金の熱安定性により、エンジン、推進装置、さまざまな超電導材料用の特殊な高張力鋼合金の製造に使用されています。 周期表上のニオブの位置を観察すると、次のように述べるのが正しいです。

a）最もエネルギッシュなサブレベルはサブレベルになりますd。
b）はアルカリ金属族に属する元素です。
c）他の金属とイオン性化合物を形成します。
d）その陽イオンは、純粋な元素よりも大きな原子半径を持ちます。

回答を参照してください

正しい代替案：a）最もエネルギッシュなサブレベルはサブレベルになりますd。

周期表を見ると、ニオブは、最もエネルギーの高いサブレベルがdであるため、周期表のグループ5に属する外部遷移元素として特徴付けられていることがわかります。

また、この情報を電子的に配布することにより取得する場合があります。

それは金属であるため、この元素は合金のように他の金属と金属接続を行います 酸化ニオブのように、電子を共有することによる鉄-ニオブまたは共有結合 Nb₂O₅.

6. （UFSC / 2003）ニオブは、1801年に英国の化学者チャールズハチェットによって発見されました。 ブラジルは、ニオブ精鉱の世界生産量の約93％を占めています。 最大の鉱床はミナスジェライス州、ゴイアス州、アマゾナス州にあります。 この金属は主に鉄-ニオブ合金やその他のより複雑な合金の製造に使用されており、ジェット推進タービン、ロケット、宇宙船の製造に使用されています。 その酸化物は、眼鏡、写真用カメラ、その他の光学機器用の光レンズの製造に使用されています。 与えられた（Z = 41）。 ニオブに関しては、正しい提案に印を付けてください。

（01）ニオブは、3つの電子を失うと、クリプトンの配置になります。
（02）ニオブはM型金属酸化物を形成することができます₂O₅ に₂O₃.
（04）ニオブの元素記号はNiです。
（08）ニオブは遷移金属です。
（16）鉄-ニオブ合金は固溶体の一例です。

回答を参照してください

正しい選択肢：02 + 08 + 16 = 26。

（01）誤り。

要素	エレクトロニックディストリビューション
36Kr	1秒^2 2秒^2 2p^6 3秒^2 3p^6 4秒^2 3D^10 4p^6
41Nb 41Nb^3+	1秒^2 2秒^2 2p^6 3秒^2 3p^6 4秒^2 3D^10 4p^65秒^2 4d^3 1秒^2 2秒^2 2p^6 3秒^2 3p^6 4秒^2 3D^10 4p^6 4p^6 4d^2

（02）正解

ニオブの3+および5+の酸化数を考慮すると、次の化合物を形成できます。

酸化数5+	酸化数3+
Nb2O5	Nb2O3

（04）誤り

Niはニッケル元素のシンボルです。 ニオブの記号はNbです。

（08）正解

ニオブは、周期表の第5族に属する外部遷移金属です。

（16）正解

固溶体は、同じ相にある2つ以上の成分の混合物に対応します。これは固体であり、金属間で一般的です。

7. （UERJ / 2013）ニオブは、主に酸化物の形で、自然の堆積物に見られる金属です。
酸化数が+5のニオブを含む堆積物では、この金属の主な酸化物の式は次のようになります。

a）NbO₅
b）Nb₅O
c）Nb₅O₂
d）Nb₂O₅

回答を参照してください

正しい代替案：d）Nb₂O₅

酸素は2つの結合を形成し、酸化数は2に固定されています。

したがって、酸化ニオブを形成するには、酸素がこの金属の2つの原子に結合する必要があります。

ニオブにはさまざまな酸化状態があります。 酸化数が3+の場合、3つの酸素に結合し、Nox 5+の場合、化合物を形成します。Nb₂O₅ ここで、2つのニオブ原子は5つの酸素原子と結合します。

テキストを読んで質問8から10に答えてください。

ニオブは技術的に非常に重要な金属であり、その主要な世界の埋蔵量は
ブラジル、パイロクロア鉱石の形で、Nbからなる₂O₅. その抽出冶金のプロセスの1つでは、酸化鉄の存在下でアルミノテルミットが使用されます₂O₃、副産物としてニオブと鉄および酸化アルミニウムの合金をもたらします。 このプロセスの反応は、次の式で表されます。

自然界では、ニオブは安定同位体ニオブ-93の形で現れますが、放射線の放出によって崩壊するいくつかの不安定な合成同位体が知られています。 それらの1つは、元素モリブデン-95に崩壊するニオブ-95です。
_{（Systems.dnpm.gov.br; 技術 金属。 メイター。 鉱夫、サンパウロ、v。 6、いいえ。 4、p。 185-191、4月-6月。 2010およびG。 Audi et al./Nuclear Physics A 729（2003）3–128。 適合しました）}

8. （FGV / 2019）ニオブと鉄の合金を得るためのアルミノテルミット反応では、平衡式で表される化学量論を考慮すると、プロセスに関与する電子の総数は次のようになります。

a）6。
b）12。
c）18。
d）24。
e）36。

回答を参照してください

正しい代替案：e）36。

酸化還元反応は、電子の喪失と獲得によって起こります。

元素が還元されると電子を獲得し、元素が酸化されると電子を失います。

元素が還元するとき、それは酸化剤ですが、元素が酸化するとき、それは還元剤です。

このようにして、ある元素によって失われ、別の元素に与えられた電子の数は等しくなります。

素子	NOX	反応	電子
ニオブ	+5 3Nb2O5	0 6Nb	削減	3.2.5 = 30および^- 利益
鉄	+3 信仰2O3	0 2Fe	削減	2.3 = 6および^- 利益
アルミニウム	0 12アル	+3 6Al2O3	酸化	6.2.3 = 36および^- 失われた

酸化アルミニウム製品のアルミニウム電荷は3+です。つまり、各アルミニウムは3つの電子を失っています。

しかし、製品には12個のアルミニウム原子があり、プロセスに関与する電子の総数は次のようになります。

12. 3 = 36電子。

9. （FGV / 2019）化学量論量のNbを含むニオブおよび鉄合金を製造するためのアルミノテルミット操作₂O₅ とFe₂O₃ 過剰な金属アルミニウムを使用すると、6.12トンのAlが形成されました。₂O₃. この操作で得られると推定されるニオブと鉄の量の合計（モル）は次のとおりです。

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

回答を参照してください

正しい代替案：d）8×10⁴.

最初のステップ：Alのモル質量を計算します₂O₃

2番目のステップ：Alのモル数を計算します₂O₃

3番目のステップ：化学量論的関係を実行します。

化学反応式では、6モルのニオブ、6モルのアルミニウム、2モルの鉄という関係があることがわかります。

形成されたモル数の比率により、次のようになります。

そして、ニオブと鉄の量の合計は、モルで、次のとおりです。

10. （FGV / 2019）この図は、モリブデン-95に崩壊するニオブ-95のサンプルの放射性崩壊曲線を示しています。

ニオブ-95放射性同位元素の崩壊過程では、このサンプルの放射能が25 MBqに崩壊するのにかかる時間と、放出された種の名前は次のとおりです。

a）140日と中性子。
b）140日と陽子。
c）120日と陽子。
d）120日と粒子ß^–.
e）140日と粒子ß^–.

回答を参照してください

正しい代替案：e）140日と粒子ß^–.

半減期は、放射性サンプルがその放射能を半分にするのにかかる時間です。

グラフでは、放射能が400 MBqから始まることがわかります。したがって、半減期は、放射能が最初の半分である200MBqに減衰するのにかかった時間です。

今回は35日だったとグラフで分析します。

アクティビティが再び半分に減少するために、さらに35日が経過し、さらに35日が経過するとアクティビティは200MBqから100MBqになりました。つまり、400から100MBqに70日が経過しました。

サンプルが25MBqまで減衰するには、4つの半減期が必要でした。

これに対応します：

4x35日= 140日

放射性崩壊では、放出はアルファ、ベータ、またはガンマである可能性があります。

ガンマ線は電磁波です。

アルファ放射は正電荷を持ち、崩壊した元素の質量が4単位、原子番号が2単位減少し、別の元素に変わります。

ベータ放射は、崩壊した元素の原子番号を1単位増やして、別の元素に変える高速電子です。

ニオブ-95とモリブデン-95の質量は同じであるため、次の理由でベータ放出が発生しました。