Ниобий (nb) және тантал (ta)


1. Тарихи мағлұматтар
2.Физикалық және химиялық қасиеттері
Пайдаланған әдебиеттер
XVII ғасырда Солтүстік Америкада қара түсті слюданың алтын сызықтары бар минералы ашылған. Оны Англияға жібереді, бұл минерал Британ музейінде 150 жыл жатты. 1801 жылы химик Хатчет осы минералды зерттеуге кірісіп, құрамынан темірді немесе қышқылды оксидтің қасиеті бар белгісіз затты тапты. Бұл жаңа элементті колумби, ал минералды колумбит (минералды тапқан жер – Колумбия – Америка) деп аталады.
1802 жылы швед зеттеушісі Экеберг кейбір скандинав және фин минералдарында тағы жаңа зат тапты, оны тантал деп атады. Бұл атау грек философиясындағы – Тантал белгісіне қойылған, себебі жаңа элемент қышқылдарға тұрақтылығын көрсетеді. Тантал қасиеттері колумбидің қасиеттеріне өте жақын болып шықты, сондықтан көп ғалымдар колумбий мен тантал бір элемент деп санап жүрді.
1. Бірімжанов Б.Т., Нұрахметов Н.Н. Жалпы химия, Алматы, Ана тілі 1992ж
2. АханбаевК. Химия негіздері, Алматы, Ана тілі, 1987ж
3. Утелбаева А,Утелбаев.Б Химия, 1 том, Алматы 1996ж.
4. Утелбаева А,Уталбаев Б. Химия, 5 том Алматы2006ж.
5. Утелбаева А,Утелбаев Б. Химия, 6 том, Алматы2006ж.
6. Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия, Алматы, 2003ж

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Көлемі: 15 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 600 теңге




Жоспар:
1. Тарихи мағлұматтар
2. Физикалық және химиялық қасиеттері

Ниобий (Nb) және тантал (Ta)
XVII ғасырда Солтүстік Америкада қара түсті слюданың алтын сызықтары бар минералы ашылған. Оны Англияға жібереді, бұл минерал Британ музейінде 150 жыл жатты. 1801 жылы химик Хатчет осы минералды зерттеуге кірісіп, құрамынан темірді немесе қышқылды оксидтің қасиеті бар белгісіз затты тапты. Бұл жаңа элементті колумби, ал минералды колумбит (минералды тапқан жер - Колумбия - Америка) деп аталады.
1802 жылы швед зеттеушісі Экеберг кейбір скандинав және фин минералдарында тағы жаңа зат тапты, оны тантал деп атады. Бұл атау грек философиясындағы - Тантал белгісіне қойылған, себебі жаңа элемент қышқылдарға тұрақтылығын көрсетеді. Тантал қасиеттері колумбидің қасиеттеріне өте жақын болып шықты, сондықтан көп ғалымдар колумбий мен тантал бір элемент деп санап жүрді.
Хатчет пен Экеберг танталдың және колумбийдің қоспасын ашты, бірінші-сінде - колумбийдің, екіншісінде - танталдың мөлшері көбірек болды.
1884 жылы Розе бір минералда екі элементті -- тантал мен колумбийді тапты, оны ниобий деп атады (Ниобея -- Танталдың қызы).
1865 жылы Мариньяк танталдың және ниобийдің қасиеттерін зерттегенде металдарды бір-бірінен фторидті әдіспен бөлді. Таза тантал бірінші рет тек қана 1903 жылы, ал таза ниобий -- бүдан да кейінірек алынған.
Тантал мен ниобий ванадий сияқты периодтык, жүйенің бесінші тобына кіреді. Бірақ ниобий, әсіресе тантал ванадиймен салыстырғанда өте ауыр тотықсызданады. Сондықтан тәжірибеде бес валентті қосылыстармен жұмыс істеледі. Атомдарының электрондық құрылысы: ниобий -- 2, 8, 18, 12, 1; тантал -- 2, 8, 18, 32, 11, 2.

1 кесте. Элементтердің негізгі сипаттамалары:
Сипаттамалар
Ниобий
Тантал
Реттік номірі
41
73
Атомдык, салмағы
92.91

Тығыздығы,
-
16,6
Атомының радиусы, А°
1,46
1,46
Бес валентгі ионның радиусы, А°
0,69
0,69
Электр кедергісі, ом
15.22 10 5 (0"С)
13,5-10'6 (20°С)
К,айнау температурасы, °С
4822
5292
Балку температурасы, °С
2497
2997

Тантал мен ниобийдің химиялық қасиеттері өте ұқсас, олар табиғатта бірге кездеседі, сондықтан оларды бір-бірінен бөлу өте қиын.
Сыртқы түріне қарағанда ниобий және тантал металы платинаға ұқсас. Металдардың физика-механикалық қасиеттері өте жоғары, бірақ бұл қасиет-тер металдардың тазалығына байланысты.
Металдардың ең бағалы қасиеттері - қышқылдарға тұрақтылығы жоғары, олар концентрлі азот және патша қышқылдарында ерімейді.Тантал өте тұрақты. Бұл қасиеттер 2 кестеде ниобий мен танталдың әр түрлі қышқылдарда корроииясының мәліметтерінен көрініп тұр.

2 кесте. Ниобий мен танталдың қышқылдардағы коррозиясы

Ертінділер
Ниобий
Тантал

Тем-пера-тура, 0С
Тәжі-рибе ұзақ-тығы, күн
Корро-зия жылдам-дығы, мгдм2 күн
Темпе-ратура, 0С
Тәжі-рибе ұзақ-тығы, күн
Корро- зия жыл-дамды-ғы, мгдм2 күн
Концентірлі тұз
қышқылы
100
82
23,4
19-26
135
0,0

21
67
0,6

Концентірлі азот
қышқылы
100
67
0,0
19-26
135
0,0
Концентірлі
күкірт
қышқылы
50
67
4,8
19-26
135
0,0

175
1
үлгі
толық
ериді
175
30
1,4

300
3 сағат
3960,0
"Хром қоспасы"
100
42
46,4
19-26
135
0,0
Қымыздық қышқылының қаныққан ерітіндісі
21
82
3,3
96
90
0,1
85%-ті фосфор қышқылы
100
31
19,3
145
90
0,05

21
82
0,07

Кестеден қыздырғанда күкірт қышқылы ниобийді толық, ал танталды аздап ерітетінін көруге болады. Екі металл азотжәне фосор қышқылдарының қоспаларында ериді, бөлек фтор қышқылы ниобийге жай әсер етеді, ал танталға әсер етпейді. Тапталдың қышқылдарға жоғары тұрақтылығы кон-центрлі азот-, бром-, тұз қышқылдарын, сүйытылған бромды буландырғанда, ыдыс жасағанда пайдаланылады. Сілті ерітінділерінің ниобийге аздап әсері бар, ал танталға әсері жоқ. Ниобий мен тантал балқыған сілтілермен әрекет-тесіп, тұздар ниобаттар және танталаттар түзеді. Кез келген тұздардың бал-қымалары меи органикалық қосылыстары ниобий мен танталға әсәр стпейді.
Ниобий мен танталдың басқа маңызды қасиеттері: газдарды -- сутекті (1 сурет), оттекті (9 сурет), азотты және т.б. сіңіруі. Бұл екі металл гидридтер түзеді: NbН, Та2Н, ТаН. Ниобий мен тантал оттекті 0,8%-ке дейін ерітеді:

100

90
º
º
Nb

80

70

60

50

º
º

40
Тa

30

20

º
º

10

º
º

0

º
º
º
º

200 400 600 800 1000 1200 140
Температура, [0]С

1 сурет - Тантал мен ниобийдегі сутек ерігіштігінің
температурадан тәуелділігі

Ниобий мен тантал көп металдармен құймалар береді, көбінесе олардың бағалы қасиеттері бар, сондықтан тәжіри беде маңызы зор.

2 суретте металдағы оттек мөлшерінен оның электр қарсылығының тәуелділігі көрсетілген.

80

60

40

20

0
80

60

40

20

0

+
+
+117
+117
+
+
17[0]

+
+

+
+

+
+
+
+
::
::


º
º
600[0 ]800[0]
600[0 ]800[0]
::
::


º
º

+
+
::
::


º
º
::
::


º
º

1000[0]
1000[0]

0,5 11,52 2,5

2 сурет - Металдағы оттек мөлшерінен оның электр қарсылығының тәуелділігі
Оттекпен қосылыстары
Ниобий мен тантал қышқылды қасиеттері бар оксидтер түзеді. Бірақ табиғатта өздері қышқылдардың тұздары түрінде кездеседі, сондықтан ұзақ уақыт бойы оларды -- "жер қышқылдары" немесе "ащы жерлер" деп атап жүрді.
Ниобий (V) мен танталдың (V) оксидтері Nb2О5 және Tа2O5- ақ түсті, ұсақ кристалл ұнтақтар, суда ерімейді, баяу балқиды. Ұнтақ ниобий металы 400°С температурада оттекте жанып оксид түзеді:

4Nb +5O22НЬ2O5.

Nb2O51150°С температуралы вакуумда диссоциацияланады:
Nb2O52NЬO2 +(12) O2

Тантал оксиді тантал металын қыздыру арқылы алынады (ниобийге ұқсас).
Ниобий мен танталдың оксидтері суда ерімейді, бірақ ең соңғы жұмыстарда олардың суда аз болса да еритіндігі көрсетілген: Nb2O5 -тің суда ерігіштігі -- 1793 мгмл, ал Та2O5 - 162 мгл (3 сурет).

2200
2100 2000 1900 1800 1700 900 800 700 600 500 400 300 200 100

2200
2100 2000 1900 1800 1700 900 800 700 600 500 400 300 200 100
°
°
°
°
0 2 4 6 8 10
0 2 4 6 8 10
°
°
°
°
°
°
°
°
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x



Қышқылдың концентрациясы, н

3 сурет - Ниобий мен тантал оксидтерінің қышқылдарда ерігіштігі:

1 - ниобий оксидінің тұз қышқылында;
2 - тантал оксидінің тұз қышқылында; 3
3 - ниобий оксидінін күкірт қышқылында;
4 - тантал оксидінің күкірт қышқылында Nb2O5 сутекпен немесе көміртекпен 1200-1300°С температурада тотықсыздандырғанда ниобийдің томенгі оксидтері алынады: Nb3O5, Nb2O3, Nb2O, NbO2, NbO.
Ниобий (IV) оксиді NbO2немесе Nb2O4 қара-көк түсті зат, ауада тұрақты, 850°С температурада қыздырғанда тотығып, ниобий оксиді Nb2O5 түзіледі. Төменгі оксидтердің тәжірибелік маңызы жоқ. Танталдың төменгі оксидтері тұрақсыз, қыздырғанда оңай тотығады.
Ниобий мен танталдың оксидтері конңентрациясы әр түрлі тұз және күкірт қышқылдарында ериді. Ерігіштіктері оксидтердің күйдіру температурасына байланысты.
Мысалы, 400°С температурада тұз қышқылында күйдіргенде Nb2O5 жақсы ериді, ал Та2O5 -- 800°С температурада күйдіргенде - жақсы ериді. Оксидтер тұз қышқылымен әрекеттескенде -- хлороксидтер, формуласы МеОС13, ал күкірт қышқылында ион МеО3+ түзеді:
Nb2O5 + 6НС1 -- 2NbОС13 + ЗН2O;

Nb2O5 + ЗН2SO4 -- (NbО3)2+(SO4)3 + ЗН2O.

Танталаттар мен ниобаттар
Ниобийдің (V) және танталдың (V) оксидтерін сілтілермен балқытқанда ниобий және тантал қышқылдарының тұздары түзіледі. Тұздар -- ниобаттар және танталаттар деп аталады. Олар судың ерітіндісінде оңай гидролизденеді. Тұздардың ерітінділерін көп сұйытқанда немесе қышқыл-датқанда тұнбаға гидратты оксидтер түседі, оның құрамындағы су молекуласының мөлшері айнымалы. Тұнбалардың жалпы формуласы -- Ме2O5nН2О (Ме -- ниобий немесе тантал).



3 кесте. Сілті металда ниобат пен метатангалаттардың ерігіштігі және ерігіштік көбейтіндісі (25°с), мгл
Метиниобат
Ерігіштік
Ек
Метатанталат
Ерігіштік
ЕК
KNbO3
155
7,48·10-7
LiTaO3
24,7
-
NaNbO3
97
3,23·10-7
NaTaO3
13,7
2,99 ·10-9
LiNbO3
42
-
KTaO3
13,1
2,37 ·10-9
RbNbO3
25
5,06·10-8
RbTaO3
12,1
1,47 ·10-9
CaNbO3
24
7,55·10-9
CsTaO3
11,2
9,49 ·10-9

Nb2O5 сілті металдардың сульфаттарымен, натрий және калий хроматымен және бурамен әрекеттескенде метаниобаттар түзіледі. Натрий мегафосфатымен әрекеттескенде құрамы метан немесе ортаноибатқа сәйкес емес басқа қосылыс түзеді. Nb2O5-ты сілті және сілті жер металдарының хлоридтерімен балқытқанда, ол 1000-1200°С температурада мета-немесе ортониобаттар түзу арқылы балқымаға ауысады. Басқа металдардың (кальций, барий және калий) хлоридтерімен балқытқандағы өнімдер жайында қазір мәліметтер жоқ.
Ниобий тұздары, титан, темір және сирек жер элементтер тұздары бар ерітіндіден аммиакпен тұндырғанда, кептіріп қыздырғаннан кейін құрамы Ме(NbОз)n формуласына сәйкес тұнбалар түседі. Бұл зерттеулер термогравияметрлік әдіспен жасалған.
1100°С температурада сирек жер элементтердің оксидтерін Nb2O5-пен кварц тостағында қыздыру арқылы церийдің, празеодимнің және неодимнің ортониобаттары алынған. Бұл өнімдердің құрамы МеNbO4формуласына сәйкес. Рентгенографиялық зерттеулермен бұл тұздардың табиги ортонибат- тармен изоморфты екені анықталды. Е.И.Крылов иттрий, празеодим және неодимнің ортотанталаттарын синтездеген.
Құрамы күрделі Pb7 Nb12 O37 ·23H2O, Pb8Ta12O38·33H2O формуласына сәйкес ниобий және тантал қышқылдарының қорғасын тұздары алынған.
Nb2O5-SO3-H2O жүйесін зерттегенде анықталған ниобийдің басқа тұздары, яғни сульфаттары және оның қос сульфаттары жайында NH4NbO(SO4)2, (NH4)6Nb2O (SO4)7 және (NH4)3Nb(SO4)4 жайында мәліметтер белгілі. Бұл тұздар оңай гидролизденеді және судың өте аз мөлшерінде балқымаларда ғана тұрақты. Осы автор мұндай тұздарды тантал үшін де алған.
Ниобаттарға сонымен қатар ниобий бронзалары (вольфрам бронзасы сияқты) деп аталатын қосылыстарды жатқызуға болады. Бронзаның бірнеше түрлерін Р.П.Озеров алған, олар түсі стронций мөлшерінен қарадан қаныққызылға дейін өзгеретін, құрамы әр түрлі стронций бронзалары - Sr0,585NbO3 тен Sr0,82NbO2,96. Е.И.Крsшов бойынша ниобий бронзаларын волфрам бронзалары сияқты nМеО·mNbO2·рNb2O5 жалпы формуламен өрнектеуге болады.
Вакуумда 500-900°С температурада термиялық диссоциациямен алынған өнімдерді де ниобий бронзаларына жатқызуға болады. Бұл өнімдердің құрамы жалпы формулаға МеNbO3-x сәйкес және х=0,04-тен 0,1 -ге дейін өзгереді.
Сонымен қатар натрий ниобаты мен танталаттарының қатты ерітінділері алынған және қыздырғанда бұл жүйелердегі фазааралық ауысулар зерттелген. Бұл жұмыстар ниобат пен танталаттардың сегнетоэлектрлік қасиеттерін зерттеулермен байланысты. Мысалы, кадмий және стронций ниобаттарының, соның ішінде олардыңпирониобаттарының Sr2Ta2O7, Cd2Nb2O7 сегнетоэлектрик екені белгілі. Бұл қосылыстардың және осыларға ұқсас қосылыстардың кристалдық құрылымдарын коп ғалымдар зерттеген, мысалы И.Г.Исмаилзаде кадмий пиротанталатының сегнетоэлектрлік қасиеттерінің жоктығын анықтаған.

Пероксидті қосылыстары
Сілтілі ниобаттар мен танталаттардың ерітінділеріне сутек пероксидін қосқанда түссіз немесе сары түсті пероксид қосылыстары -- перниобат K3NbO8, Na3NbO8 немесе пертапталат- K3TaO8, Na3TaO8 түзіледі. Бос күйінде бұл қосылыстарды спирт қосып бөлуге болады. Осылардың ерітінділеріне күкірт қышқылына қосқанда бос надкышқылдар -надниобий HnbO4 және надтантал HTaO4 қышқылдары түзіледі:

NaNbO3+ 2Н2O2+ 2NаОН Na3NbO8+H2O;

Na3NbO8+ 8Н+ -- HNbO4+ 4H2O+3Na+

Надниобий қышқылының түзілу реакциясыи аналитикалық химияда ниобийді фотометрлік әдіспен аныктағанда пайдаланады.

Комплексті қосылыстары
Ниобий мен тантал әр түрлі комплексті қосылыстар түзедіді, әсіресе, органикалық қышқылдармен. Мысалы, рН 4 пен 6-ның арасында Nb (V) аммоний салицилатпен қара-қоңыр кристаллдық түнба түрінде түседі, рН мәнін жоғарылатқанда түсі қызғылт түске ауысады. Аммиакты ерітіндіде қызғылт сары-қызыл түсті комплексті қосылыс NbOSalSO4 немесе дұрыстау [NbOSO4]Sа1 түзіледі, (Sа1 -- салицил қышқылының анионы). Мұндай түсті комплекс тантал сульфосалицил қышқылымен де береді, бұл комплекс оксалат компілексінен тұрақтылау. Ниобийдің оксалатпен комплексінің дұрыс формуласы [NbO2C2O4]- немесе [Nb(OH) 4С2O4]-. А.Н.Невзоров ниобийдің оксалатпен комплексті қосылысын бос түрінде бөліп, оның формуласы К3[NbO(C2O4)з]·2Н2O, ал тұрақсыз константасының мәні 1,8·10-4 тең деп тапты. Танталдың оксалатпен комплексті қосылысының формуласы К5[Та(C2O4)5].
Ниобий сонымен қатар кейбір гетерополиқышқылдардың сыртқы сферасына кіреді, мысалы фосфор молибден немесе силикомолибден қышқылдарға. Осы реакцияны пайдаланып кремнийді немесе фосфорды ниобийдің қатысында фотометрлік әдіспен анықтауға болады. Сонымен қатар осы реакцияны пайдаланып, ниобийді танталдың қатысында анықтауға болады, себебі тантал мұндай компілексті қосылыстарды түзбейді.
Тәжірибеде ниобийді анықтау үшін оның роданидті комплексті қосылыстарын (құрамы Н[NbО(CNS)4]) және ниобийдің әр түрлі комплексті қосылыстарын пайдаланады.

Галогендермен қосылыстары
Ниобий мен танталды хлормен қыздырғанда NbСІ5 және ТаС15 түзіледі. NbС15 -- сары түсті кристаллды зат, балқу температурасы 203,4°С, қайнау температурасы -- 247°С. ТаС15 -- кристаллды зат, балқу температурасы 204-221°С, қайнау температурасы 236,5°С. Таза ТаС15 -- ақ түсті, ластанған ТаС15 -- сары түсті.
Ниобийдің пентахлориді NbС15 СНС13, СС14 көміртекте, хлорлы күкіртте, сонымен қатар спиртте, эфирде ериді, бірақ олардың қатысында ыдырап, оксид түзеді (гидролиз).
Ниобийдің (V) және танталдың (V) галойд қосьшыстары сумен ыдырап, тұнбаға ниобий немесе тантал қышқылдар түрінде түседі.
Ниобий оксидінен Nb2O5 ниобий пентахлоридін хлор қосып алғанда, біршама оксихлорид NbОСІз түзіледі. NbОСІз -- түссіз кристалды зат, 322°С температурада айдалады. Жоғары температурада NbОСІз ажыратылып, Nb2O5 және NbС15 түзіледі. Танталға сәйкес ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
«Мathcad-та программалауды оқыту»
Matlab-та векторлармен жұмыс
JavaScript- та бағдарламалау
AutoCAD-та блоктармен жұмыс жасау
МS Word-та мәтіндік редакторлар
Microsoft Power Point–та графикалық файлдарды ендіру
Turbo Prologue-та жабдықтар диспетчері
Табиғатта аз тараған, бірақ тіршілікте және техникада көп қолданылатын элементтер
Visual Basic-та инженерлік калькулятор жүйесін құру
POWERPOINT-та ЖҰМЫС ІСТЕУ. КӨРМЕЛЕРДІ ӘЗІРЛЕУ
Пәндер

Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор №1 болып табылады.

Байланыс

Qazaqstan
Phone: 777 614 50 20
WhatsApp: 777 614 50 20
Email: info@stud.kz
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь