鈮(ni)(Niobium),化學符號Nb,原子序數(shu)為41,是一種過渡(du)金(jin)屬元素(su)。鈮(ni)單質是一種帶(dai)光(guang)澤(ze)的(de)(de)灰色金(jin)屬。高純度鈮(ni)金(jin)屬的(de)(de)延展性(xing)較高,但(dan)會隨雜質含(han)量的(de)(de)增加而變硬。鈮(ni)對于熱中子的(de)(de)捕獲截面(mian)很(hen)低,因(yin)此在核工業(ye)上有相當的(de)(de)用處(chu)。
當于(yu)1801年(nian)考察在(zai)大英博物館的礦(kuang)(kuang)石時,Charles Hatchett被一(yi)(yi)個(ge)標簽為(wei)(wei)columbite(鈳(ke)(ke)鐵礦(kuang)(kuang))的樣本(ben)激起(qi)了(le)興趣。他(ta)推(tui)測其(qi)包含(han)一(yi)(yi)種(zhong)新的金(jin)屬(shu),他(ta)是對的。他(ta)加熱一(yi)(yi)塊樣本(ben)與碳酸鉀,溶解產物到水中,添加了(le)酸后獲得了(le)沉淀(dian)物。然而,進(jin)一(yi)(yi)步(bu)的處(chu)理也沒能生(sheng)產出元(yuan)素(su)本(ben)身,他(ta)命名其(qi)為(wei)(wei)columbium(鈳(ke)(ke)——鈮元(yuan)素(su)的舊(jiu)譯),被人們已知多年(nian)。
其(qi)他人則(ze)對(dui)鈳(ke)(ke)持懷疑態度(du),尤其(qi)是在(zai)(zai)(zai)接(jie)下來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)年(nian)發現了(le)(le)鉭之(zhi)后。這(zhe)些金屬在(zai)(zai)(zai)大自(zi)然(ran)中(zhong)一(yi)(yi)(yi)起出現,而(er)且很難分(fen)離。在(zai)(zai)(zai)1844年(nian)德國(guo)(guo)化(hua)學(xue)(xue)家Heinrich Rose證明了(le)(le)鈳(ke)(ke)鐵(tie)礦(kuang)包含了(le)(le)這(zhe)兩種(zhong)元素(su),他把columbium(鈳(ke)(ke))命(ming)(ming)(ming)名(ming)為(wei)niobium(鈮(ni))。“Columbium”(鈳(ke)(ke),符號Cb)是哈(ha)契特對(dui)新(xin)元素(su)所給的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)最早命(ming)(ming)(ming)名(ming)。這(zhe)一(yi)(yi)(yi)名(ming)稱(cheng)在(zai)(zai)(zai)美(mei)(mei)國(guo)(guo)一(yi)(yi)(yi)直(zhi)有(you)廣(guang)泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)(yong),美(mei)(mei)國(guo)(guo)化(hua)學(xue)(xue)學(xue)(xue)會(hui)(hui)(hui)在(zai)(zai)(zai)1953年(nian)出版(ban)了(le)(le)最后一(yi)(yi)(yi)篇(pian)標(biao)題含有(you)“鈳(ke)(ke)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)論文;“鈮(ni)”則(ze)在(zai)(zai)(zai)歐(ou)洲(zhou)通(tong)用(yong)(yong)(yong)。1949年(nian)在(zai)(zai)(zai)阿姆斯特丹舉(ju)辦的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)學(xue)(xue)聯合(he)會(hui)(hui)(hui)第15屆會(hui)(hui)(hui)議(yi)最終決定以“鈮(ni)”作(zuo)為(wei)第41號元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)正(zheng)(zheng)式(shi)命(ming)(ming)(ming)名(ming)。翌(yi)年(nian),國(guo)(guo)際(ji)純粹與應(ying)用(yong)(yong)(yong)化(hua)學(xue)(xue)聯合(he)會(hui)(hui)(hui)(IUPAC)也采納了(le)(le)這(zhe)一(yi)(yi)(yi)命(ming)(ming)(ming)名(ming),結束了(le)(le)一(yi)(yi)(yi)個世紀來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming)分(fen)歧(qi),盡(jin)管“鈳(ke)(ke)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)時間(jian)更早。這(zhe)可(ke)算是一(yi)(yi)(yi)種(zhong)妥(tuo)協:IUPAC依北美(mei)(mei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)法選擇(ze)“Tungsten”而(er)非(fei)歐(ou)洲(zhou)所用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)“Wolfram”作(zuo)為(wei)鎢的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming),并在(zai)(zai)(zai)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming)上以歐(ou)洲(zhou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)法為(wei)先(xian)。具(ju)權(quan)威性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)學(xue)(xue)學(xue)(xue)會(hui)(hui)(hui)和政府(fu)機構都(dou)一(yi)(yi)(yi)般(ban)以IUPAC正(zheng)(zheng)式(shi)命(ming)(ming)(ming)名(ming)稱(cheng)之(zhi),但美(mei)(mei)國(guo)(guo)地質調(diao)查局以及冶(ye)金業(ye)、金屬學(xue)(xue)會(hui)(hui)(hui)等組織至今(jin)仍使用(yong)(yong)(yong)舊名(ming)“鈳(ke)(ke)”。
當時,科學家(jia)(jia)未能有效地把鈳(鈮(ni))和(he)性質極為(wei)相(xiang)似的(de)鉭(tan)(tan)區分開來。1809年,英國化學家(jia)(jia)威廉·海德·沃(wo)拉斯頓(William Hyde Wollaston)對鈳和(he)鉭(tan)(tan)的(de)氧化物(wu)進行比較,得出兩(liang)者(zhe)的(de)密度(du)分別(bie)為(wei)5.918g/cm3及超過(guo)16.6g/cm3。雖然密度(du)值相(xiang)差(cha)巨大(da),但他(ta)仍認為(wei)兩(liang)者(zhe)是(shi)完全相(xiang)同(tong)的(de)物(wu)質。另一德國化學家(jia)(jia)海因里希·羅澤(Heinrich Rose)在1846年駁斥(chi)這(zhe)一結論,并稱(cheng)原先的(de)鉭(tan)(tan)鐵礦(kuang)樣本中還(huan)存在著另外兩(liang)種元(yuan)素。他(ta)以希臘神話中坦(tan)塔洛斯的(de)女兒(er)尼俄伯(Niobe,淚水女神)和(he)兒(er)子珀羅普斯(Pelops)把這(zhe)兩(liang)種元(yuan)素分別(bie)命名(ming)為(wei)“Niobium”(鈮(ni))和(he)“Pelopium”。鉭(tan)(tan)和(he)鈮(ni)的(de)差(cha)別(bie)細(xi)微(wei),而因此(ci)得出的(de)新“元(yuan)素”Pelopium、Ilmenium和(he)Dianium實際上都只是(shi)鈮(ni)或者(zhe)鈮(ni)鉭(tan)(tan)混合物(wu)。
1864年(nian),克利斯(si)蒂安·威(wei)廉(lian)·布隆斯(si)特蘭(lan)(Christian Wilhelm Blomstrand)、亨利·愛(ai)丁·圣(sheng)克萊爾(er)·德維爾(er)和路易(yi)·約瑟夫(fu)·特羅斯(si)特(Louis Joseph Troost)明確(que)證明了(le)鉭(tan)和鈮是兩種不同的(de)化(hua)學(xue)(xue)元素,并(bing)確(que)定(ding)了(le)一(yi)些相關化(hua)合物的(de)化(hua)學(xue)(xue)公式。瑞士化(hua)學(xue)(xue)家讓-夏(xia)爾(er)·加利薩·德馬里尼亞(Jean Charles Galissard de Marignac)在1866年(nian)進一(yi)步證實除鉭(tan)和鈮以外別(bie)無其他元素。然而直(zhi)到1871年(nian)還有科學(xue)(xue)家發表有關Ilmenium的(de)文章。
1864年(nian),德(de)馬里尼亞在(zai)(zai)氫氣中對氯化鈮(ni)(ni)進行還原反應(ying),首次制(zhi)成(cheng)(cheng)(cheng)鈮(ni)(ni)金(jin)屬。雖(sui)然他在(zai)(zai)1866年(nian)已(yi)能夠制(zhi)備不含(han)鉭的(de)(de)鈮(ni)(ni)金(jin)屬,但要直(zhi)到(dao)20世紀初(chu),鈮(ni)(ni)才開始(shi)有(you)商業上的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong):電(dian)(dian)(dian)(dian)燈泡(pao)燈絲。鈮(ni)(ni)很快就被鎢淘汰了(le),因為鎢的(de)(de)熔點比鈮(ni)(ni)更高,更適合作(zuo)燈絲材(cai)料。1920年(nian)代,人們發(fa)現鈮(ni)(ni)可(ke)以加(jia)強(qiang)鋼材(cai),這(zhe)成(cheng)(cheng)(cheng)為鈮(ni)(ni)一(yi)直(zhi)以來的(de)(de)主要用(yong)(yong)途。貝爾實驗室的(de)(de)尤金(jin)·昆(kun)茲勒(Eugene Kunzler)等人發(fa)現,鈮(ni)(ni)錫在(zai)(zai)強(qiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)、磁場(chang)環境下仍能保持超導性,這(zhe)使鈮(ni)(ni)錫成(cheng)(cheng)(cheng)為第(di)一(yi)種(zhong)能承受(shou)高電(dian)(dian)(dian)(dian)流和(he)(he)磁場(chang)的(de)(de)物(wu)質,可(ke)用(yong)(yong)于(yu)大功率磁鐵和(he)(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)械。這(zhe)一(yi)發(fa)現促使了(le)20年(nian)后多股長電(dian)(dian)(dian)(dian)纜(lan)的(de)(de)生產(chan)。這(zhe)種(zhong)電(dian)(dian)(dian)(dian)纜(lan)在(zai)(zai)繞(rao)成(cheng)(cheng)(cheng)線圈后可(ke)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)大型(xing)強(qiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)磁鐵,用(yong)(yong)在(zai)(zai)旋轉機(ji)械、粒(li)(li)子(zi)加(jia)速器和(he)(he)粒(li)(li)子(zi)探測器當中。
純凈的金屬(shu)樣(yang)本在1864年(nian)由(you)Christian Blomstrand制取,他(ta)用氫氣加熱還(huan)原氯化鈮實現。
一(yi)種(zhong)金(jin)屬元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素。鈮(ni)能吸(xi)收氣體,用(yong)作除氣劑,也是一(yi)種(zhong)良好的(de)(de)超導體。舊稱“鈳”。化(hua)學符號Nb,原(yuan)子序數(shu)41,原(yuan)子量(liang)92.90638,屬周期(qi)系ⅤB族(zu)。1801年英國查爾斯(si)(si)·哈(ha)切特(Charles·Hatchett)在研究(jiu)倫敦大英博(bo)物館中收藏的(de)(de)鈮(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中分(fen)離出一(yi)種(zhong)新(xin)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素的(de)(de)氧化(hua)物,并命名(ming)該元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素為columbium(中譯名(ming)鈳)。1802年瑞典A.G.厄克貝(bei)里在鉭(tan)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中發現另一(yi)種(zhong)新(xin)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素tantalum。由于(yu)這兩種(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素性質上非(fei)常(chang)(chang)相(xiang)(xiang)似,不少(shao)人認為它(ta)們(men)是同一(yi)種(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素。由于(yu)它(ta)與鉭(tan)非(fei)常(chang)(chang)相(xiang)(xiang)似,起初(chu)他竟搞混了(le)。1844年德意(yi)志(zhi)H.羅澤詳細研究(jiu)了(le)許(xu)多鈮(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)和(he)鉭(tan)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang),分(fen)離出兩種(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素,才澄(cheng)清了(le)事實真(zhen)相(xiang)(xiang)。最(zui)后查爾斯(si)(si)·哈(ha)切特用(yong)神話(hua)中的(de)(de)女(nv)神尼俄伯(Niobe)的(de)(de)名(ming)字(zi)命名(ming)了(le)該元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素。在歷史上,最(zui)初(chu)人們(men)用(yong)鈮(ni)所在的(de)(de)鈮(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)的(de)(de)名(ming)字(zi)“columbium”來稱呼(hu)鈮(ni)。鈮(ni)在地(di)殼(ke)中的(de)(de)含量(liang)為0.002%,鈮(ni)在地(di)殼(ke)中的(de)(de)自然儲(chu)(chu)量(liang)為520萬(wan)噸,可開采(cai)儲(chu)(chu)量(liang)440萬(wan)噸,主要礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物有鈮(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、燒(shao)綠石(shi)和(he)黑稀金(jin)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、褐釔鈮(ni)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、鉭(tan)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、鈦(tai)鈮(ni)鈣(gai)鈰礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。
自然(ran)產生的(de)(de)鈮由一種(zhong)穩定(ding)同(tong)位(wei)(wei)素組成:93Nb。截(jie)至2003年,已合成的(de)(de)放射(she)(she)(she)性同(tong)位(wei)(wei)素共有至少(shao)32種(zhong),原子(zi)(zi)量(liang)(liang)在81和(he)113之(zhi)(zhi)間。其中最穩定(ding)的(de)(de)是92Nb,半衰(shuai)期有3470萬(wan)年;113Nb是最不穩定(ding)的(de)(de)同(tong)位(wei)(wei)素之(zhi)(zhi)一,其半衰(shuai)期估(gu)計只有30毫秒。比(bi)93Nb更(geng)輕的(de)(de)同(tong)位(wei)(wei)素一般進行β+衰(shuai)變,比(bi)它重的(de)(de)則會(hui)進行β-衰(shuai)變。例外包括:81Nb、82Nb和(he)84Nb會(hui)進行少(shao)量(liang)(liang)β緩(huan)發(fa)質子(zi)(zi)發(fa)射(she)(she)(she),91Nb會(hui)進行電子(zi)(zi)捕獲(huo)和(he)正電子(zi)(zi)發(fa)射(she)(she)(she),而92Nb會(hui)同(tong)時進行正電子(zi)(zi)(β+)和(he)電子(zi)(zi)(β-)發(fa)射(she)(she)(she)。
已(yi)知的(de)核(he)(he)(he)素(su)共有25種(zhong),質量數介乎84至104。這個質量區(qu)間內的(de)同(tong)(tong)位(wei)素(su)中,只有96Nb、101Nb和103Nb不具有同(tong)(tong)核(he)(he)(he)異(yi)構體。最穩定(ding)(ding)的(de)鈮同(tong)(tong)核(he)(he)(he)異(yi)構體是(shi)93mNb,半(ban)衰期為16.13年;最不穩定(ding)(ding)的(de)是(shi)84mNb,半(ban)衰期為103納秒。除92m1Nb進行少量電子捕獲之外,所有同(tong)(tong)核(he)(he)(he)異(yi)構體的(de)衰變方式都是(shi)同(tong)(tong)核(he)(he)(he)異(yi)構體轉換或β衰變。
元素符號:Nb
元素英文(wen)名(ming)稱:niobium
元素類(lei)型:金(jin)屬元素
原(yuan)子(zi)體積:10.87cm3/mol
元素(su)在太陽中的含量:0.004(ppm)
元(yuan)素在海水中的含量:0.0000009(ppm)
地殼中含量:20(ppm)
相對(dui)原子質量:92.90638
原子序數:41
所屬周期:5
所屬族數:VB
核外電子排(pai)布(bu):1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1
電子層排(pai)布:2,8,18,12,1
晶(jing)體結構(gou):晶(jing)胞為體心立方晶(jing)胞,每(mei)個晶(jing)胞含有(you)2個金屬原子。
晶胞(bao)參(can)數:a=330.04pm,b=330.04pm,c=330.04pm,α=90°,β=90°,γ=90°
化合價(jia):+5(主要),-3,-1,0,+1,+2,+3,+4
莫氏硬度:6
聲音在其中(zhong)的傳播(bo)速率:3480(m/s)
電離(li)能(kJ/mol)
M - M+ 664
M+ - M2+ 1382
M2+ - M3+ 2416
M3+ - M4+ 3695
M4+ - M5+ 4877
M5+ - M6+ 9899
M6+ - M7+ 12100
鈮(ni)(ni)是灰白色金(jin)屬,熔點2468℃,沸點4742℃,密度8.57g/cm3。鈮(ni)(ni)是一種帶光澤的(de)灰色金(jin)屬,具有(you)順磁性(xing),高(gao)純度鈮(ni)(ni)金(jin)屬的(de)延展(zhan)性(xing)較高(gao),但會隨雜質含量的(de)增加而變硬(ying)。它(ta)的(de)最外電(dian)子層排布和(he)其他的(de)5族(zu)元素(su)非(fei)常(chang)不同。同樣(yang)的(de)現象也出現在前后的(de)釕(44)、銠(45)和(he)鈀(46)元素(su)上(shang)。
鈮
Z 元素(su) 每層電子數
23 釩 2, 8, 11, 2
41 鈮 2, 8, 18, 12, 1
73 鉭(tan) 2, 8, 18, 32, 11, 2
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