Jump to content

గ్రూప్ 5 మూలకం

వికీపీడియా నుండి
(Group 5 element నుండి దారిమార్పు చెందింది)
ఆవర్తన పట్టికలో గ్రూప్ 5
Hydrogen Helium
Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon
Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon
Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon
Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Ununtrium Flerovium Ununpentium Livermorium Ununseptium Ununoctium
గ్రూప్ 4 ←    → గ్రూప్ 6
IUPAC group number 5
Name by element వెనేడియం గ్రూప్
CAS group number
(US, pattern A-B-A)
 VB
old IUPAC number
(Europe, pattern A-B)
 VA
↓ పీరియడ్
4
Image: Vanadium etched
Vanadium (V)
23 Transition metal
5
Image: Niobium crystals
Niobium (Nb)
41 Transition metal
6
Image: Tantalum, a single crystal
Tantalum (Ta)
73 Transition metal
7 Dubnium (Db)
105 Transition metal
Legend
ఆదిమ మూలకం
సింథటిక్ మూలకం
Atomic number color:
black=solid

గ్రూపు 5 ఆవర్తన పట్టికలోని మూలకాల గ్రూపు. ఇందులో వెనేడియం (V), నియోబియం (Nb), టాంటలమ్ (Ta), డుబ్నియం (Db) ఉన్నాయి. ఈ గ్రూపు ఆవర్తన పట్టిక d-బ్లాక్‌లో ఉంది. ఈ గ్రూపును దాని లోని అత్యంత తేలికైన మూలకం పేరిట వెనేడియం గ్రూపు లేదా వెనేడియం కుటుంబం అని పిలుస్తారు.

"గ్రూప్ 5" అనేది ఈ సమూహానికి కొత్త IUPAC పేరు; పాత US సిస్టమ్ (CAS)లో " గ్రూప్ VB " అని, యూరోపియన్ సిస్టమ్ (పాత IUPAC)లో " గ్రూప్ VA " అనీ అనేవారు. VA (US సిస్టమ్, CAS) లేదా VB (యూరోపియన్ సిస్టమ్, పాత IUPAC) అనే పాత-శైలి గ్రూప్ పేర్లతో గ్రూప్ 5ని తికమక పడకూడదు. ఆ గ్రూపును ఇప్పుడు నిక్టోజన్‌లని లేదా గ్రూపు 15 అనీ అంటారు.

రసాయన ధర్మాలు

[మార్చు]

ఇతర గ్రూపుల మాదిరిగానే, ఈ కుటుంబంలోని సభ్యులు కూడా వాటి ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్‌లో, ముఖ్యంగా బయటి షెల్‌లలో, ఒక ధోరణిని చూపుతాయి. అయితే నియోబియం ఈ ధోరణి కనబరచదు.

గ్రూపు 5 మూలకాల ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్‌లు
Z మూలకం ఎలక్ట్రాన్లు/షెల్ సంఖ్య ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్
23 V, వెనేడియం 2, 8, 11,  2 [Ar]      3d3 4s2
41 Nb, నియోబియం 2, 8, 18, 12,  1 [Kr]      4d4 5s1
74 Ta, టాంటలమ్ 2, 8, 18, 32, 11,  2 [Xe] 4f14 5d3 6s2
105 Db, డుబ్నియం 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 [Rn] 5f14 6d3 7s2

గ్రూపులోని మొదటి మూడు మూలకాల రసాయన ధర్మాలు మాత్రమే తెలుసు. (డుబ్నియం ధర్మాలు అంతగా తెలియదు). గ్రూపులోని అన్ని మూలకాలు అధిక ద్రవీభవన బిందువులు కలిగిన రియాక్టివ్ లోహాలు (వెనేడియం 1910 °C, నియోబియం 2477 °C, టాంటలం 3017 °C). గ్రూప్ 3 లేదా గ్రూప్ 4లోని ట్రెండ్‌ల మాదిరిగానే తదుపరి ప్రతిచర్యలను నిరోధించే స్థిరమైన ఆక్సైడ్ పొర వేగంగా ఏర్పడటం వలన రియాక్టివిటీ ఎల్లప్పుడూ స్పష్టంగా కనిపించదు. ఈ లోహాలు వేర్వేరు ఆక్సైడ్‌లను ఏర్పరుస్తాయి: వెనేడియం వెనేడియం(II) ఆక్సైడ్, వెనేడియం(III) ఆక్సైడ్, వెనేడియం(IV) ఆక్సైడ్, వెనేడియం(V) ఆక్సైడ్ లను, నియోబియం నియోబియం(II) ఆక్సైడ్, నియోబియం(IV) ఆక్సైడ్, నియోబియం(V) ఆక్సైడ్ లనూ ఏర్పరుస్తాయి. కానీ టాంటలమ్ ఆక్సైడ్లలో టాంటలమ్(V) ఆక్సైడ్ లక్షణాలు మాత్రమే తెలుసు. మెటల్(V) ఆక్సైడ్‌లు సాధారణంగా చర్యజరపనివి. క్షారాల కంటే ఆమ్లాల లాగానే ఇవి ప్రవర్తిస్తాయి. దిగువ ఆక్సైడ్‌లు తక్కువ స్థిరంగా ఉంటాయి. అయితే, అవి అధిక విద్యుత్ వాహకత వంటి ఆక్సైడ్‌లకు ఉండని కొన్ని అసాధారణ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి. [1]

మూడు మూలకాలూ సాధారణంగా ఆక్సీకరణ స్థితి +5 లో వివిధ అకర్బన సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తాయి. తక్కువ ఆక్సీకరణ స్థితులు కూడా తెలుసు, కానీ అవి తక్కువ స్థిరంగా ఉంటాయి. పరమాణు ద్రవ్యరాశి పెరుగుదలతో స్థిరత్వం తగ్గుతుంది.

భౌతిక లక్షణాలు

[మార్చు]

గ్రూపు 5లోని ధోరణులు ఇతర ప్రారంభ d-బ్లాక్ గ్రూపులనే అనుసరిస్తాయి. ఐదవ నుండి ఆరవ పీరియడ్‌కు వెళ్తోంటే కోర్‌లోకి నిండిన ఎఫ్-షెల్ జోడిస్తాయి. గ్రూపులోని స్థిరమైన మూలకాలన్నీ వెండి-నీలం రంగులో ఉండే వక్రీభవన లోహాలు. అయితే కార్బన్, నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్ ల మలినాలు వాటిని పెళుసుగా చేస్తాయి. [2] అవన్నీ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద బాడీ సెంటర్‌డ్ క్యూబిక్ నిర్మాణంలో స్ఫటికీకరిస్తాయి. [3] డుబ్నియం కూడా అలాగే ప్రవర్తిస్తుందని భావిస్తున్నారు. [4]

దిగువ పట్టిక గ్రూపు 5 మూలకాల ముఖ్య భౌతిక లక్షణాల సారాంశం. నాలుగు ప్రశ్న-గుర్తు విలువలు ఎక్స్‌ట్రాపోలేట్ చేయబడ్డాయి. [5]

గ్రూపు 5 మూలకాల యొక్క లక్షణాలు
పేరు V, వెనేడియం Nb, నియోబియం టా, టాంటలమ్ Db, డుబ్నియం
ద్రవీభవన స్థానం 2183 K (1910 °C) 2750 K (2477 °C) 3290 K (3017 °C) 2800 K (2500 °C)?
మరుగు స్థానము 3680 K (3407 °C) 5017 K (4744 °C) 5731 K (5458 °C) 6000 K (5700 °C)?
సాంద్రత 6.11 g·cm −3 8.57 g·cm −3 16.69 g·cm −3 21.6 g·cm −3 ? [6] [7]
స్వరూపం నీలం-వెండి-బూడిద మెటల్ బూడిదరంగు లోహ, ఆక్సీకరణం చెందినప్పుడు నీలం బూడిద నీలం ?
పరమాణు వ్యాసార్థం 135 pm సాయంత్రం 146 సాయంత్రం 146 139 pm

ఉత్పత్తి

[మార్చు]

వెనేడియం లోహాన్ని, పిండిచేసిన ధాతువును దాదాపు 850°C వద్ద NaCl లేదా Na 2CO3 తో కాల్చడంతో మొదలయ్యే బహుళ-దశల ప్రక్రియలో తయారుచేస్తారు. ఈ తొలి దశలో సోడియం మెటావనడేట్ (NaVO3) వస్తుంది. ఈ ద్రావణం నుండి తీసిన ఘన పదార్థాన్ని ఆమ్లీకరించి, "రెడ్ కేక్" అనే పాలీవెనెడేట్ ఉప్పును ఉత్పత్తి చేస్తారు. దీన్ని కాల్షియం లోహంతో రిడక్షను చేస్తారు. చిన్న మొత్తాల్లో ఉత్పత్తి చేసేందుకు, వెనేడియం పెంటాక్సైడ్‌ను హైడ్రోజన్ లేదా మెగ్నీషియంతో రిడక్షను చేస్తారు. అనేక ఇతర పద్ధతులు కూడా ఉపయోగిస్తారు. వీటన్నింటిలో ఉప ఉత్పత్తిగా వెనేడియం ఉత్పత్తి అవుతుంది. [8] 1925లో అంటోన్ ఎడ్వర్డ్ వాన్ ఆర్కెల్, జాన్ హెండ్రిక్ డి బోయర్ అభివృద్ధి చేసిన క్రిస్టల్ బార్ ప్రక్రియ ద్వారా వెనేడియంను శుద్ధి చేస్తారు. ఇందులో మెటల్ అయోడైడ్ ఏర్పడుతుంది. ఈ ఉదాహరణలో వెనేడియం(III) అయోడైడ్ ఏర్పడుతుంది. స్వచ్ఛమైన లోహం కోసం దాన్ని డీకంపోసు చేస్తారు: [9]

2 V + 3 I 2 is in equilibrium with 2 VI 3

వెనేడియంను ఫెర్రోవెనేడియం అనే ఉక్కు మిశ్రమంలో ఉపయోగిస్తారు. ఎలక్ట్రిక్ ఫర్నేస్‌లో వెనేడియం ఆక్సైడ్, ఐరన్ ఆక్సైడ్లు, ఇనుము మిశ్రమాన్ని రిడక్షను చెయ్యడం ద్వారా ఫెర్రోవెనేడియం నేరుగా ఉత్పత్తి అవుతుంది. వెనేడియం వెనేడియం-ఉండే మాగ్నెటైట్ నుండి ఉత్పత్తి అయిన దుక్క ఇనుములో చేరుతుంది. ఉపయోగించిన ధాతువుపై ఆధారపడి, స్లాగ్‌లో 25% వరకు వెనేడియం ఉంటుంది. [10]

సంవత్సరానికి సుమారు 70000 టన్నుల వెనేడియం ఖనిజం ఉత్పత్తి చేయబడుతోంది. రష్యాలో 25000 t, దక్షిణాఫ్రికాలో 24000, చైనాలో 19000, [11] కజాఖ్స్తాన్‌లో 1000 టన్నులు ఉత్పత్తి అవుతుంది. దీనినుండి ప్రతి సంవత్సరం 7000 టన్నుల వెనేడియం లోహం ఉత్పత్తి అవుతుంది. ఈ ఖనిజాన్ని కార్బన్‌తో వేడి చేయడం ద్వారా వెనేడియం పొందడం అసాధ్యం. అధిక పీడన గోళంలో కాల్షియంతో వెనేడియం ఆక్సైడ్ను వేడి చేయడం ద్వారా వెనేడియం ఉత్పత్తి అవుతుంది. మెగ్నీషియంతో వెనేడియం ట్రైక్లోరైడ్ యొక్క ప్రతిచర్య నుండి చాలా అధిక స్వచ్ఛత గల వెనేడియం ఉత్పత్తి అవుతుంది. [12]

ఇతర ఖనిజాల నుండి వేరు చేయబడిన తరువాత, టాంటాలం, నియోబియంల మిశ్రమ ఆక్సైడ్లు Ta2O5, Nb2O5 లభిస్తాయి. నియోబియంను ఉత్పత్తి చేయడానికి, ప్రాసెసింగ్‌లో మొదటి దశ హైడ్రోఫ్లోరిక్ ఆమ్లంతో ఆక్సైడ్‌ల ప్రతిచర్య: [13]

Ta2O5 + 14 HF → 2 H2[TaF7] + 5 H2O
Nb2O5 + 10 HF → 2 H2[NbOF5] + 3 H2O

As of 2013, బ్రెజిల్‌కు చెందిన CBMM ప్రపంచంలోని 85 శాతం నియోబియం ఉత్పత్తి చేస్తుంది. యునైటెడ్ స్టేట్స్ జియోలాజికల్ సర్వే అంచనాల ప్రకారం ఉత్పత్తి, 2005లో 38,700 టన్నుల నుండి 2006లో 44,500 టన్నులకు పెరిగింది. ప్రపంచవ్యాప్త వనరులు 4.4 మిలియన్ టన్నులుగా అంచనా వేయబడ్డాయి. 1995, 2005 ల మధ్య పదేళ్ల కాలంలో, 1995లో 17,800 టన్నుల నుంచి రెట్టింపు కంటే ఎక్కువ పెరిగింది. 2009, 2011 ల మధ్య ఉత్పత్తి సంవత్సరానికి 63,000 టన్నుల వద్ద స్థిరంగా ఉంది, 2012లో స్వల్పంగా తగ్గి సంవత్సరానికి 50,000 టన్నులు ఉంది.[14]

Mine production (t)[15] (USGS estimate)[16][17]
Country 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
 Australia 160 230 290 230 200 200 200 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Brazil 30,000 22,000 26,000 29,000 29,900 35,000 40,000 57,300 58,000 58,000 58,000 58,000 63,000 53,100 53,000 58,000 57,000 60,700 59,000 88,900
 Canada 2,290 3,200 3,410 3,280 3,400 3,310 4,167 3,020 4,380 4,330 4,420 4,630 5,000 5,260 5,000 5,750 6,100 6,980 7,700 6,800
 Congo D.R. ? 50 50 13 52 25 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 Mozambique ? ? 5 34 130 34 29 ? ? 4 10 29 30 20 ? ? ? ? ?
 Nigeria 35 30 30 190 170 40 35 ? ? ? ? ? ? ? ? 29 104 122 181 150
 Rwanda 28 120 76 22 63 63 80 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
World 32,600 25,600 29,900 32,800 34,000 38,700 44,500 60,400 62,900 62,900 62,900 63,000 50,100 59,400 59,000 64,300 63,900 69,100 68,200 97,000

సంవత్సరానికి 70000 టన్నుల టాంటలమ్ ఖనిజం ఉత్పత్తి అవుతుంది. బ్రెజిల్ 90% టాంటలమ్ ఖనిజాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. కెనడా, ఆస్ట్రేలియా, చైనా, రువాండా కూడా ఈ మూలకాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తున్నాయి. టాంటలమ్ డిమాండు సంవత్సరానికి 1200 టన్నులు. [18]

డుబ్నియం తేలికైన మూలకాలతో ఆక్టినైడ్‌లను ఢీ కొట్టడం ద్వారా కృత్రిమంగా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. [19]

ఉపయోగాలు

[మార్చు]

వెనేడియంను ప్రధానంగా వెనేడియం స్టీల్ వంటి మిశ్రమాలలో వాడతారు. వెనేడియం మిశ్రమాలను స్ప్రింగ్‌లు, టూల్స్, జెట్ ఇంజన్లు, ఆర్మర్ ప్లేటింగ్, న్యూక్లియర్ రియాక్టర్లలో ఉపయోగిస్తారు. వెనేడియం ఆక్సైడ్ సిరామిక్స్‌కు బంగారు రంగును ఇస్తుంది. ఇతర వెనేడియం సమ్మేళనాలను పాలిమర్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉత్ప్రేరకాలుగా ఉపయోగిస్తారు. [20]

స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్‌ నాణ్యతను మెరుగుపరచడానికి చిన్న మొత్తంలో నియోబియంను కలుపుతారు. నియోబియం తుప్పు నిరోధకత కారణంగా నియోబియం మిశ్రమాలను రాకెట్ నాజిల్‌లలో కూడా ఉపయోగిస్తారు. [21]

టాంటలమ్‌కు నాలుగు ప్రధాన రకాల ఉపయోగాలున్నాయి. అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు గురయ్యే వస్తువులలో, ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో, శస్త్రచికిత్స ఇంప్లాంట్‌లలో, కరోజను కలిగించే పదార్థాల నిల్వకూ టాంటలంను వాడతారు. [22]

జీవసంబంధం

[మార్చు]

గ్రూపు 5 మూలకాలలో, జీవ రసాయన శాస్త్రంలో వెనేడియంకు మాత్రమే పాత్ర ఉంది. అయితే అది కూడా ఇది చాలా పరిమిత పాత్రనే పోషిస్తుంది. భూమిపై కంటే సముద్ర వాతావరణంలో ఇది చాలా ముఖ్యమైనది.

మూలాలు

[మార్చు]
  1. ↑ Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). "Vanadium". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (in జర్మన్) (91–100 ed.). Walter de Gruyter. pp. 1071–1075. ISBN 978-3-11-007511-3.
  2. ↑ Greenwood and Earnshaw, pp. 956–8
  3. ↑ Greenwood and Earnshaw, pp. 946–8
  4. ↑ . "First-principles calculation of the structural stability of 6d transition metals".
  5. ↑ Hoffman, D. C.; Lee, D. M.; Pershina, V. (2006). "Transactinides and the future elements". In Morss, L.R.; Edelstein, N. M.; Fuger, Jean (eds.). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3rd ed.). Springer Science+Business Media. pp. 1652–1752. ISBN 978-1-4020-3555-5.
  6. ↑ (10 May 2011). "Physical properties of the 6 d -series elements from density functional theory: Close similarity to lighter transition metals".
  7. ↑ Kratz; Lieser (2013). Nuclear and Radiochemistry: Fundamentals and Applications (3rd ed.). p. 631.
  8. ↑ Moskalyk, R. R.; Alfantazi, A. M. (2003). "Processing of vanadium: a review". Minerals Engineering. 16 (9): 793–805. doi:10.1016/S0892-6875(03)00213-9.
  9. ↑ Carlson, O. N. (1961). "Preparation of High-Purity Vanadium Metals by the Iodide Refining Process".
  10. ↑ Moskalyk, R. R.; Alfantazi, A. M. (2003). "Processing of vanadium: a review". Minerals Engineering. 16 (9): 793–805. doi:10.1016/S0892-6875(03)00213-9.
  11. ↑ USGS Vanadinum Production Statistics[permanent dead link]
  12. ↑ Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks.
  13. ↑ Soisson, Donald J. (1961). "Staff-Industry Collaborative Report: Tantalum and Niobium".
  14. ↑ Niobium (Colombium) Archived 6 మార్చి 2016 at the Wayback Machine U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2016
  15. ↑ Cunningham, Larry D. (5 April 2012). "USGS Minerals Information: Niobium (Columbium) and Tantalum". Minerals.usgs.gov. Archived from the original on 28 January 2013. Retrieved 17 August 2012.
  16. ↑ "Niobium (Columbium) and Tantalum Statistics and Information | U.S. Geological Survey". Archived (PDF) from the original on 6 March 2019. Retrieved 2 December 2021.
  17. ↑ "Nigeria: Production volume of niobium". Archived from the original on 2 December 2021. Retrieved 2 December 2021.
  18. ↑ Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks.
  19. ↑ Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks.
  20. ↑ Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks.
  21. ↑ Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks.
  22. ↑ Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks.
"https://te.wikipedia.org/w/index.php?title=గ్రూప్_5_మూలకం&oldid=3750528" నుండి వెలికితీశారు