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鈮（Niobium），化學(xue)符號Nb，原子序數為(wei)41，是一種(zhong)過渡金(jin)屬(shu)元(yuan)素(su)。鈮單質(zhi)(zhi)是一種(zhong)帶(dai)光澤的(de)(de)灰(hui)色金(jin)屬(shu)。高純度鈮金(jin)屬(shu)的(de)(de)延展(zhan)性較(jiao)高，但會(hui)隨(sui)雜質(zhi)(zhi)含(han)量的(de)(de)增加而變硬。鈮對于(yu)熱中子的(de)(de)捕(bu)獲截面(mian)很低，因此(ci)在核(he)工業上有(you)相當(dang)的(de)(de)用(yong)處。

發現歷史

當(dang)于1801年(nian)考察在大英(ying)博物館的礦石(shi)時，Charles Hatchett被一(yi)(yi)個標(biao)簽為(wei)columbite（鈳(ke)鐵礦）的樣(yang)本激起(qi)了(le)(le)興趣(qu)。他推測其(qi)包含一(yi)(yi)種新的金屬，他是對(dui)的。他加熱一(yi)(yi)塊(kuai)樣(yang)本與碳(tan)酸(suan)鉀(jia)，溶解產物到水中，添(tian)加了(le)(le)酸(suan)后獲得了(le)(le)沉淀物。然而，進(jin)一(yi)(yi)步的處理也沒(mei)能(neng)生(sheng)產出元素本身，他命名其(qi)為(wei)columbium（鈳(ke)——鈮元素的舊(jiu)譯），被人們(men)已(yi)知多年(nian)。

其他人則對鈳(ke)(ke)持懷(huai)疑態(tai)度，尤(you)其是(shi)(shi)在(zai)(zai)接下來(lai)的(de)一(yi)(yi)(yi)年發現了(le)鉭之后(hou)。這(zhe)(zhe)些金屬在(zai)(zai)大自然(ran)中一(yi)(yi)(yi)起(qi)出(chu)現，而且很難分離。在(zai)(zai)1844年德(de)國(guo)化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)家Heinrich Rose證明了(le)鈳(ke)(ke)鐵礦(kuang)包(bao)含(han)了(le)這(zhe)(zhe)兩種元素，他把columbium（鈳(ke)(ke)）命(ming)名(ming)(ming)為(wei)(wei)(wei)niobium（鈮）。“Columbium”（鈳(ke)(ke)，符號Cb）是(shi)(shi)哈契特(te)(te)對新(xin)元素所給的(de)最早命(ming)名(ming)(ming)。這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)(yi)名(ming)(ming)稱在(zai)(zai)美(mei)(mei)(mei)國(guo)一(yi)(yi)(yi)直有廣泛(fan)的(de)使(shi)(shi)用(yong)，美(mei)(mei)(mei)國(guo)化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)會(hui)(hui)在(zai)(zai)1953年出(chu)版了(le)最后(hou)一(yi)(yi)(yi)篇標題含(han)有“鈳(ke)(ke)”的(de)論(lun)文；“鈮”則在(zai)(zai)歐洲(zhou)通用(yong)。1949年在(zai)(zai)阿姆斯特(te)(te)丹舉(ju)辦的(de)化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)聯合會(hui)(hui)第15屆會(hui)(hui)議最終決定(ding)以(yi)“鈮”作(zuo)為(wei)(wei)(wei)第41號元素的(de)正式命(ming)名(ming)(ming)。翌年，國(guo)際純粹與應用(yong)化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)聯合會(hui)(hui)（IUPAC）也(ye)采納了(le)這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)(yi)命(ming)名(ming)(ming)，結束了(le)一(yi)(yi)(yi)個世(shi)紀來(lai)的(de)命(ming)名(ming)(ming)分歧，盡管“鈳(ke)(ke)”的(de)使(shi)(shi)用(yong)時間(jian)更早。這(zhe)(zhe)可算(suan)是(shi)(shi)一(yi)(yi)(yi)種妥協(xie)：IUPAC依北美(mei)(mei)(mei)的(de)用(yong)法選(xuan)擇(ze)“Tungsten”而非(fei)歐洲(zhou)所用(yong)的(de)“Wolfram”作(zuo)為(wei)(wei)(wei)鎢的(de)命(ming)名(ming)(ming)，并(bing)在(zai)(zai)鈮的(de)命(ming)名(ming)(ming)上以(yi)歐洲(zhou)的(de)用(yong)法為(wei)(wei)(wei)先。具權威(wei)性的(de)化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)會(hui)(hui)和政府機構都一(yi)(yi)(yi)般(ban)以(yi)IUPAC正式命(ming)名(ming)(ming)稱之，但美(mei)(mei)(mei)國(guo)地(di)質調查局以(yi)及冶(ye)金業、金屬學(xue)(xue)(xue)會(hui)(hui)等組織至今仍使(shi)(shi)用(yong)舊名(ming)(ming)“鈳(ke)(ke)”。

當時，科學家(jia)未能(neng)有效地把(ba)(ba)鈳（鈮(ni)(ni)）和性(xing)質(zhi)極(ji)為(wei)相似的(de)(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)區分(fen)開來。1809年，英國化學家(jia)威(wei)廉·海德·沃拉斯(si)頓(dun)（William Hyde Wollaston）對(dui)鈳和鉭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)氧化物(wu)進行比(bi)較，得出兩(liang)(liang)者的(de)(de)(de)(de)(de)密(mi)度分(fen)別為(wei)5.918g/cm3及超(chao)過16.6g/cm3。雖然(ran)密(mi)度值相差(cha)巨大，但他仍認(ren)為(wei)兩(liang)(liang)者是完全相同的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)。另(ling)一(yi)德國化學家(jia)海因(yin)里(li)希·羅澤（Heinrich Rose）在(zai)(zai)1846年駁(bo)斥這一(yi)結論，并稱原先的(de)(de)(de)(de)(de)鉭(tan)(tan)鐵(tie)礦樣本中還(huan)存在(zai)(zai)著另(ling)外兩(liang)(liang)種元素。他以(yi)希臘神(shen)話中坦(tan)塔洛斯(si)的(de)(de)(de)(de)(de)女兒尼俄伯（Niobe，淚(lei)水女神(shen)）和兒子珀(po)羅普(pu)斯(si)（Pelops）把(ba)(ba)這兩(liang)(liang)種元素分(fen)別命名為(wei)“Niobium”（鈮(ni)(ni)）和“Pelopium”。鉭(tan)(tan)和鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)差(cha)別細微，而因(yin)此(ci)得出的(de)(de)(de)(de)(de)新“元素”Pelopium、Ilmenium和Dianium實(shi)際上(shang)都只(zhi)是鈮(ni)(ni)或(huo)者鈮(ni)(ni)鉭(tan)(tan)混合物(wu)。

1864年，克利(li)斯蒂安(an)·威廉·布隆斯特蘭（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨利(li)·愛丁(ding)·圣克萊爾·德(de)維爾和路易·約(yue)瑟(se)夫·特羅斯特（Louis Joseph Troost）明確(que)證(zheng)(zheng)明了鉭和鈮是兩種不同的(de)化學(xue)元素，并確(que)定了一些相(xiang)關化合物(wu)的(de)化學(xue)公式。瑞士化學(xue)家讓-夏(xia)爾·加利(li)薩·德(de)馬里(li)尼亞(ya)（Jean Charles Galissard de Marignac）在1866年進一步證(zheng)(zheng)實(shi)除鉭和鈮以外別無其他元素。然而直到(dao)1871年還有科學(xue)家發(fa)表有關Ilmenium的(de)文(wen)章。

1864年，德(de)馬里尼亞在(zai)氫氣中對(dui)氯化(hua)鈮進行還原反應，首次制成(cheng)鈮金(jin)(jin)(jin)屬。雖然他在(zai)1866年已能夠制備不含鉭(tan)的(de)(de)鈮金(jin)(jin)(jin)屬，但要直到20世紀初，鈮才開始有商(shang)業(ye)上的(de)(de)應用：電(dian)(dian)燈泡燈絲。鈮很快(kuai)就被鎢淘汰了，因為(wei)(wei)鎢的(de)(de)熔點比鈮更高，更適合作燈絲材料(liao)。1920年代，人(ren)們(men)發現鈮可以加(jia)強鋼材，這成(cheng)為(wei)(wei)鈮一(yi)直以來的(de)(de)主要用途。貝爾實驗室的(de)(de)尤金(jin)(jin)(jin)·昆(kun)茲勒（Eugene Kunzler）等人(ren)發現，鈮錫(xi)在(zai)強電(dian)(dian)場(chang)、磁(ci)場(chang)環境(jing)下(xia)仍能保(bao)持超(chao)導性，這使鈮錫(xi)成(cheng)為(wei)(wei)第(di)一(yi)種能承(cheng)受高電(dian)(dian)流和(he)磁(ci)場(chang)的(de)(de)物質，可用于大(da)功率磁(ci)鐵(tie)和(he)電(dian)(dian)動機械(xie)(xie)。這一(yi)發現促使了20年后多股長電(dian)(dian)纜的(de)(de)生(sheng)產。這種電(dian)(dian)纜在(zai)繞成(cheng)線圈(quan)后可形成(cheng)大(da)型(xing)強電(dian)(dian)磁(ci)鐵(tie)，用在(zai)旋(xuan)轉機械(xie)(xie)、粒(li)子(zi)加(jia)速(su)器和(he)粒(li)子(zi)探測器當中。

純(chun)凈(jing)的(de)金屬樣本在1864年由Christian Blomstrand制取，他用(yong)氫(qing)氣加熱還(huan)原氯化鈮(ni)實現。

元素簡介

元素信息

一(yi)種(zhong)(zhong)金屬(shu)元(yuan)(yuan)素(su)。鈮(ni)(ni)能吸收(shou)氣體，用作除氣劑(ji)，也是一(yi)種(zhong)(zhong)良好的(de)(de)超導體。舊稱“鈳”。化(hua)學(xue)符號Nb，原子序數(shu)41，原子量(liang)92.90638，屬(shu)周期系ⅤB族(zu)。1801年(nian)(nian)英(ying)國查爾(er)斯·哈切(qie)特(te)（Charles·Hatchett）在(zai)研究(jiu)倫敦大英(ying)博物館(guan)中收(shou)藏的(de)(de)鈮(ni)(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中分離出一(yi)種(zhong)(zhong)新元(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)氧化(hua)物，并命(ming)名該元(yuan)(yuan)素(su)為columbium（中譯名鈳）。1802年(nian)(nian)瑞(rui)典A.G.厄克貝里在(zai)鉭鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中發(fa)現另(ling)一(yi)種(zhong)(zhong)新元(yuan)(yuan)素(su)tantalum。由于這(zhe)兩種(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)性質上(shang)非常(chang)相似(si)，不少人(ren)認為它們(men)是同一(yi)種(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)。由于它與(yu)鉭非常(chang)相似(si)，起初(chu)他竟搞(gao)混了(le)。1844年(nian)(nian)德意志H.羅澤(ze)詳細(xi)研究(jiu)了(le)許多鈮(ni)(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)和(he)鉭鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)，分離出兩種(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)，才(cai)澄清了(le)事(shi)實真相。最后查爾(er)斯·哈切(qie)特(te)用神(shen)話中的(de)(de)女(nv)神(shen)尼俄伯(bo)（Niobe）的(de)(de)名字命(ming)名了(le)該元(yuan)(yuan)素(su)。在(zai)歷史上(shang)，最初(chu)人(ren)們(men)用鈮(ni)(ni)所在(zai)的(de)(de)鈮(ni)(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)的(de)(de)名字“columbium”來稱呼鈮(ni)(ni)。鈮(ni)(ni)在(zai)地殼中的(de)(de)含量(liang)為0.002%，鈮(ni)(ni)在(zai)地殼中的(de)(de)自然(ran)儲量(liang)為520萬(wan)噸，可開(kai)采(cai)儲量(liang)440萬(wan)噸，主(zhu)要礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物有鈮(ni)(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、燒綠石和(he)黑稀金礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、褐釔鈮(ni)(ni)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、鉭鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、鈦鈮(ni)(ni)鈣(gai)鈰礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。

同位素

自然產生的(de)鈮由(you)一種穩(wen)定(ding)同(tong)位素(su)組成：93Nb。截至2003年，已合成的(de)放射(she)性(xing)同(tong)位素(su)共有至少(shao)32種，原子(zi)量在81和113之間。其中最穩(wen)定(ding)的(de)是(shi)92Nb，半衰(shuai)(shuai)期有3470萬年；113Nb是(shi)最不(bu)穩(wen)定(ding)的(de)同(tong)位素(su)之一，其半衰(shuai)(shuai)期估計只(zhi)有30毫(hao)秒。比93Nb更(geng)輕的(de)同(tong)位素(su)一般進(jin)行(xing)(xing)(xing)β+衰(shuai)(shuai)變(bian)(bian)，比它重的(de)則會(hui)進(jin)行(xing)(xing)(xing)β-衰(shuai)(shuai)變(bian)(bian)。例外包括：81Nb、82Nb和84Nb會(hui)進(jin)行(xing)(xing)(xing)少(shao)量β緩發(fa)(fa)質子(zi)發(fa)(fa)射(she)，91Nb會(hui)進(jin)行(xing)(xing)(xing)電(dian)子(zi)捕獲和正(zheng)電(dian)子(zi)發(fa)(fa)射(she)，而92Nb會(hui)同(tong)時進(jin)行(xing)(xing)(xing)正(zheng)電(dian)子(zi)（β+）和電(dian)子(zi)（β-）發(fa)(fa)射(she)。

已知的核(he)(he)(he)素共有(you)(you)(you)25種，質量(liang)(liang)數(shu)介乎84至104。這個(ge)質量(liang)(liang)區(qu)間(jian)內(nei)的同(tong)位素中，只有(you)(you)(you)96Nb、101Nb和103Nb不具有(you)(you)(you)同(tong)核(he)(he)(he)異構(gou)體(ti)。最穩定的鈮(ni)同(tong)核(he)(he)(he)異構(gou)體(ti)是(shi)93mNb，半(ban)衰期為(wei)16.13年(nian)；最不穩定的是(shi)84mNb，半(ban)衰期為(wei)103納(na)秒。除92m1Nb進行少量(liang)(liang)電(dian)子捕獲之外(wai)，所(suo)有(you)(you)(you)同(tong)核(he)(he)(he)異構(gou)體(ti)的衰變方式都是(shi)同(tong)核(he)(he)(he)異構(gou)體(ti)轉換或β衰變。

物理化學性質

物理性質

鈮(ni)是(shi)灰白色(se)金屬(shu)，熔(rong)點(dian)2468℃，沸點(dian)4742℃，密度8.57g/cm3。鈮(ni)是(shi)一種帶(dai)光澤的(de)(de)灰色(se)金屬(shu)，具有(you)順磁性(xing)，高純度鈮(ni)金屬(shu)的(de)(de)延展性(xing)較高，但會隨雜質(zhi)含(han)量的(de)(de)增(zeng)加而變硬。它(ta)的(de)(de)最外電子層排布(bu)和其他的(de)(de)5族(zu)元素(su)非(fei)常不(bu)同。同樣的(de)(de)現象也出現在前后的(de)(de)釕（44）、銠(lao)（45）和鈀（46）元素(su)上。

鈮

Z 元(yuan)素(su) 每層電子數

23 釩 2, 8, 11, 2

41 鈮(ni) 2, 8, 18, 12, 1

73 鉭 2, 8, 18, 32, 11, 2

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