Курсовая с практикой на тему Ниобий

Содержание:

1 Тема курсового проекта:_________________

2 Исходные данные к работе

2.1 ….

2.2 ….

3 Содержание текстового документа
(перечень подлежащих разработке вопросов)

3.1 …

3.2 …

4 Перечень графического материала (с
точным указанием обязательных чертежей)

4.1 …

4.2 …

5 Дата выдачи задания: _________

Введение:

Ниобий
— один из самых тугоплавких металлов. В середине 16 века в Северной Америке был
обнаружен тяжелый черный минерал с золотистыми прожилками слюды. Его переслали
в Англию, где минерал пролежал почти 150 лет в Британском музее. В 1801 году
исследованием его занялся химик Хатчет, который обнаружил в нем железо и
какое-то неизвестное вещество со свойствами кислотного окисла. Хатчет назвал
новый элемент колумбием, а минерал колумбитом, по месту его нахождения.

Через
год, в 1802 году, шведский исследователь Экеберг нашел в некоторых
скандинавских и финских минералах еще одно новое вещество, названное им
танталом. Это название было дано в честь одного из героев греческой мифологии.
Тантал оказался по своим свойствам очень близок к колумбию, поэтому многие
ученые утверждали, что колумбий и тантал — одно и то же [7].

Фактически
и Хатчет и Экеберг открывали смесь тантала и колумбия, в которой преобладал в
одном случае колумбий, а в другом — тантал. Некоторая ясность была внесена лишь
в 1844 году, когда Розе открыл в одном минерале два элемента — и тантал и
колумбий, которому он дал имя ниобий. Чистый тантал был впервые получен в 1903
году, а чистый ниобий — еще позднее.

Ниобий,
подобно ванадию, относят к V группе периодической системы. Однако, в отличие от
ванадия, ниобий значительно труднее восстанавливается до низших степеней
валентности. Поэтому приходится иметь дело с их пятивалентным соединением, как
наиболее устойчивым, что следует из строения электронных оболочек атомов:
ниобий — 2,8,18,12,1. Металлический ниобий напоминает по внешнему виду платину.

Целью
курсовой работы является исследование физических и физико-химических свойств
ниобия, а также методов его получения.

Для
достижения цели необходимо решить ряд задач:

—
изучить структуру данного материала;

—
определить наиболее важные соединения;

—
рассмотреть теплофизические и физико-механические свойства ниобия;

—
исследовать методы получения;

—
проанализировать сферы применения.

Набор
свойств этого металла уникален, поэтому среди сфер его применения – и медицина,
и производство монет, и алмазная промышленность. Прежде всего, в случае с
ниобием отмечается его высокая устойчивость к большинству химических веществ, а
также податливость к обработке при низких температурах. Для этого металла также
характерна высокая температура перехода, что является определяющим фактором для
производителей магнитов и сверхпроводящих кабелей.

Заключение:

Ниобий
— химический элемент, который относится к простым веществам. Он представляет
собой металл серебристо-серого оттенка. Известными месторождениями признаны
такие страны как США, Япония, Канада и Россия. К основным минералам относят
колумбиты, пирохлоры и лопариты.

Ниобий
— металл, названный в честь дочери мифического героя Тантала. Ученые выяснили:
по свойствам элемент близок к Танталу.

Его
используют для производства и покрытия деталей и запчастей ракет,
нефтеперегонной и химической аппаратуры, реактивных двигателей и ядерных
реакторов. Сплавы ниобия применяют для потребностей радиоэлектроники.

Ниобий
— незаменимый компонент для получения жаростойкой и прочной стали. Он отлично
повышает ее эксплуатационные свойства и устойчивость к коррозии. В чистом виде
Ниобий находится в земной коре (2•10-3 %).

Мировой
рынок ниобиевых продуктов своеобразен наличием значительных сырьевых ресурсов в
множестве крупных месторождений, разбросанных по всему миру и при этом
абсолютным доминированием на мировом рынке продаж феррониобия одной бразильской
компании Companhia Brazileira de Metalurgia e MineraHn (CBMM), осуществившей 86
% его мирового накопленного производства. Потребности в феррониобии выросли за
последние 20 лет в пять раз, многократно опередив прирост востребованности
других ферросплавов. Ниобий признан критическим материалом для экономики США
[3], Европейского Союза [4], России [5] и других стран.

Ниобий
как металл и элемент таблицы Менделеева по чистой случайности был открыт два
раза: в 1801 и 1844 году. Первенство закрепилось за Чарльзом Хатчетом,
выделившим окисел ниобия. Свой элемент он назвал «колумбий» в честь места его
открытия — Колумбии.

Через
год эстафету продолжил шведский химик Экеберг. Он смог извлечь из колумбита
новый элемент — тантал (Ta). Так получилось, что по свойствам он был идентичен
открытому колумбию. Вследствие этого, два разных элемента с похожими свойствами
на протяжении более 40 лет многие ученые принимали за один и тот же элемент.

Только
немецкому ученому Генриху Розе в 1844 году открылась правда: он обнаружил два
окисла разных металлов. Их схожесть удивила его, поэтому один из них он решил
назвать в честь дочери известного мифического героя Тантала — Ниобы. К
сожалению, Розе, как и его английский собрат Хатчет, не смог получить ниобий в
чистом виде.

С
этим заданием «на отлично» справился шведский химик Бломстранд. Он смог
провести опыт путем восстановительной реакции водорода и хлорида ниобия. В
итоге, мир увидел элемент в чистом виде [5].

Позже
еще два ученых смогли повторить его успех, применяя различные реакции. Так,
науке открылись два новых способа получения Nb: при помощи восстановления
алюминием и углеродом.

Долгое
время в научной среде все еще витали споры об имени элемента. В США и
Великобритании его продолжали называть «колумбий», а в других странах ему
приклеили название «ниобий». Эту путаницу разрешил Международный союз чистой и
прикладной химии. В 1950 году элемент «ниобий» получил официальное имя, а его
минералу оставили почетное звание «колумбит».

Правильный
выбор материала и методов его термообработки — главные задачи, решение которых
обеспечит требуемые эксплуатационные свойства. Оптимальное сочетание материала
и технологии его обработки позволяет получать гарантированно надежные и
сравнительно недорогие детали, предназначенные для работы в условиях высоких
нагрузок. Перспективным для изготовления высоконапряженных цементуемых деталей
машин и механизмов является применение экономнолегированных конструкционных
сталей [1, 2]. Их применение позволяет за счет формирования в процессе
химико-термического упрочнения регламентированного качества структуры и
градиента твердости по толщине диффузионного слоя обеспечивать заданные
эксплуатационные характеристики деталей при их невысокой стоимости.

Фрагмент текста работы:

Ниобий не проявляет полиморфных
превращений, его структура соответствует кубической объёмно-центрированной
решетке (ОЦК) с пространственной группой – Im3m. Данный элемент имеет
кубическую объёмно-центрированную решетку (ОЦК), параметр кристаллической решетки
ниобия а = 3.294 Å.