鈮(ni)(Niobium),化學符(fu)號Nb,原子序數為41,是一(yi)種(zhong)(zhong)過渡金(jin)屬元素。鈮(ni)單質是一(yi)種(zhong)(zhong)帶光澤的(de)灰色金(jin)屬。高(gao)(gao)純(chun)度(du)鈮(ni)金(jin)屬的(de)延展性較(jiao)高(gao)(gao),但會隨雜質含量的(de)增加而變硬。鈮(ni)對于熱(re)中子的(de)捕獲截(jie)面很低,因此在核工(gong)業(ye)上有相當的(de)用處。
當于1801年考察在大英博物館的(de)(de)(de)礦(kuang)石(shi)時,Charles Hatchett被(bei)一個標(biao)簽(qian)為columbite(鈳(ke)鐵礦(kuang))的(de)(de)(de)樣本(ben)(ben)激(ji)起了興趣。他(ta)(ta)(ta)推測其包含一種新的(de)(de)(de)金屬,他(ta)(ta)(ta)是對的(de)(de)(de)。他(ta)(ta)(ta)加(jia)熱(re)一塊(kuai)樣本(ben)(ben)與碳酸鉀,溶解產(chan)物到水(shui)中(zhong),添(tian)加(jia)了酸后獲得了沉淀物。然而(er),進一步的(de)(de)(de)處理也沒能生(sheng)產(chan)出元(yuan)素(su)本(ben)(ben)身,他(ta)(ta)(ta)命(ming)名其為columbium(鈳(ke)——鈮元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)舊譯),被(bei)人們已知多年。
其(qi)他人則(ze)對鈳(ke)持懷疑態度,尤其(qi)是(shi)(shi)在接下來的(de)(de)(de)(de)一年發現了(le)鉭之后。這(zhe)些金(jin)屬在大自然(ran)中(zhong)一起出現,而(er)且很難分離。在1844年德國(guo)(guo)化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)家Heinrich Rose證(zheng)明了(le)鈳(ke)鐵礦包(bao)含(han)了(le)這(zhe)兩(liang)種(zhong)元素(su),他把columbium(鈳(ke))命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)為(wei)niobium(鈮(ni))。“Columbium”(鈳(ke),符號Cb)是(shi)(shi)哈契特對新元素(su)所給的(de)(de)(de)(de)最早命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)。這(zhe)一名(ming)(ming)(ming)稱(cheng)在美(mei)國(guo)(guo)一直(zhi)有廣泛的(de)(de)(de)(de)使(shi)用,美(mei)國(guo)(guo)化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)(xue)會(hui)在1953年出版了(le)最后一篇(pian)標題含(han)有“鈳(ke)”的(de)(de)(de)(de)論文;“鈮(ni)”則(ze)在歐洲(zhou)通用。1949年在阿(a)姆斯特丹舉(ju)辦的(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)聯合會(hui)第15屆(jie)會(hui)議最終決(jue)定以“鈮(ni)”作為(wei)第41號元素(su)的(de)(de)(de)(de)正式命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)。翌(yi)年,國(guo)(guo)際純粹與應用化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)聯合會(hui)(IUPAC)也采納了(le)這(zhe)一命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming),結(jie)束了(le)一個世紀來的(de)(de)(de)(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)分歧,盡管“鈳(ke)”的(de)(de)(de)(de)使(shi)用時間更(geng)早。這(zhe)可算(suan)是(shi)(shi)一種(zhong)妥協:IUPAC依北美(mei)的(de)(de)(de)(de)用法(fa)選擇“Tungsten”而(er)非(fei)歐洲(zhou)所用的(de)(de)(de)(de)“Wolfram”作為(wei)鎢的(de)(de)(de)(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming),并(bing)在鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)上(shang)以歐洲(zhou)的(de)(de)(de)(de)用法(fa)為(wei)先(xian)。具(ju)權(quan)威性的(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)(xue)會(hui)和(he)政府機(ji)構都一般(ban)以IUPAC正式命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)(ming)稱(cheng)之,但(dan)美(mei)國(guo)(guo)地質調(diao)查(cha)局(ju)以及(ji)冶金(jin)業、金(jin)屬學(xue)(xue)(xue)(xue)會(hui)等組織至今仍使(shi)用舊名(ming)(ming)(ming)“鈳(ke)”。
當時,科學家未能有效地把鈳(鈮)和(he)性質(zhi)極為相(xiang)(xiang)似的(de)鉭(tan)區分(fen)(fen)開來。1809年,英國化(hua)學家威廉·海德(de)·沃拉斯(si)頓(dun)(William Hyde Wollaston)對鈳和(he)鉭(tan)的(de)氧化(hua)物進行比較(jiao),得出兩(liang)者(zhe)的(de)密度(du)分(fen)(fen)別為5.918g/cm3及(ji)超過(guo)16.6g/cm3。雖然密度(du)值相(xiang)(xiang)差巨大(da),但他仍認為兩(liang)者(zhe)是(shi)(shi)完全相(xiang)(xiang)同的(de)物質(zhi)。另一德(de)國化(hua)學家海因里(li)希(xi)·羅(luo)澤(ze)(Heinrich Rose)在1846年駁斥這一結論,并稱(cheng)原先的(de)鉭(tan)鐵礦樣本中(zhong)還存在著另外兩(liang)種元素(su)。他以希(xi)臘神話中(zhong)坦塔洛斯(si)的(de)女(nv)兒尼俄伯(Niobe,淚水女(nv)神)和(he)兒子(zi)珀(po)羅(luo)普斯(si)(Pelops)把這兩(liang)種元素(su)分(fen)(fen)別命名為“Niobium”(鈮)和(he)“Pelopium”。鉭(tan)和(he)鈮的(de)差別細微,而因此得出的(de)新“元素(su)”Pelopium、Ilmenium和(he)Dianium實際上都只(zhi)是(shi)(shi)鈮或者(zhe)鈮鉭(tan)混合物。
1864年(nian),克利斯(si)(si)蒂安·威廉·布隆(long)斯(si)(si)特(te)(te)蘭(Christian Wilhelm Blomstrand)、亨利·愛丁·圣克萊爾·德維爾和路易·約(yue)瑟夫·特(te)(te)羅(luo)斯(si)(si)特(te)(te)(Louis Joseph Troost)明確證明了鉭和鈮(ni)是兩種不(bu)同的化(hua)學(xue)(xue)元素,并(bing)確定了一些相關(guan)(guan)化(hua)合物的化(hua)學(xue)(xue)公式。瑞士(shi)化(hua)學(xue)(xue)家(jia)讓-夏爾·加(jia)利薩(sa)·德馬里尼亞(ya)(Jean Charles Galissard de Marignac)在1866年(nian)進一步(bu)證實(shi)除鉭和鈮(ni)以外(wai)別無其他元素。然而直(zhi)到(dao)1871年(nian)還有科學(xue)(xue)家(jia)發表有關(guan)(guan)Ilmenium的文章(zhang)。
1864年(nian),德(de)馬里尼(ni)亞(ya)在(zai)(zai)(zai)氫氣中(zhong)對(dui)氯化鈮(ni)進(jin)行還原反應(ying),首次制成(cheng)鈮(ni)金(jin)(jin)屬。雖然(ran)他在(zai)(zai)(zai)1866年(nian)已能夠制備不含鉭的(de)(de)鈮(ni)金(jin)(jin)屬,但(dan)要(yao)直(zhi)到(dao)20世紀初,鈮(ni)才開(kai)始有商(shang)業上的(de)(de)應(ying)用(yong):電(dian)(dian)燈(deng)泡燈(deng)絲。鈮(ni)很快就被鎢淘(tao)汰(tai)了(le),因為(wei)(wei)鎢的(de)(de)熔點比鈮(ni)更(geng)高,更(geng)適合(he)作燈(deng)絲材料。1920年(nian)代(dai),人(ren)們發(fa)現鈮(ni)可(ke)以加強鋼材,這成(cheng)為(wei)(wei)鈮(ni)一(yi)直(zhi)以來的(de)(de)主要(yao)用(yong)途。貝爾(er)實驗室的(de)(de)尤金(jin)(jin)·昆(kun)茲(zi)勒(le)(Eugene Kunzler)等人(ren)發(fa)現,鈮(ni)錫(xi)在(zai)(zai)(zai)強電(dian)(dian)場(chang)、磁場(chang)環境下仍能保持(chi)超導性(xing),這使鈮(ni)錫(xi)成(cheng)為(wei)(wei)第一(yi)種能承受高電(dian)(dian)流(liu)和磁場(chang)的(de)(de)物質,可(ke)用(yong)于大功(gong)率(lv)磁鐵(tie)和電(dian)(dian)動機械。這一(yi)發(fa)現促使了(le)20年(nian)后多股長電(dian)(dian)纜的(de)(de)生產(chan)。這種電(dian)(dian)纜在(zai)(zai)(zai)繞(rao)成(cheng)線圈(quan)后可(ke)形(xing)成(cheng)大型強電(dian)(dian)磁鐵(tie),用(yong)在(zai)(zai)(zai)旋轉機械、粒子加速器和粒子探測(ce)器當(dang)中(zhong)。
純凈的金屬樣本在1864年由(you)Christian Blomstrand制取,他用氫氣(qi)加熱(re)還原氯化鈮實(shi)現。
一(yi)(yi)種金屬元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)。鈮(ni)能吸收(shou)氣(qi)體,用(yong)作除氣(qi)劑,也是(shi)一(yi)(yi)種良(liang)好的(de)(de)超導體。舊稱(cheng)“鈳(ke)”。化(hua)學符號Nb,原子(zi)序數41,原子(zi)量(liang)92.90638,屬周(zhou)期系ⅤB族。1801年(nian)英(ying)國查(cha)爾斯(si)(si)·哈切(qie)特(Charles·Hatchett)在(zai)研(yan)(yan)究(jiu)倫敦大(da)英(ying)博(bo)物(wu)館中收(shou)藏的(de)(de)鈮(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)中分離出(chu)一(yi)(yi)種新元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)的(de)(de)氧化(hua)物(wu),并命(ming)名該(gai)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)為(wei)columbium(中譯名鈳(ke))。1802年(nian)瑞(rui)典A.G.厄克貝里在(zai)鉭(tan)(tan)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)中發現另一(yi)(yi)種新元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)tantalum。由(you)于(yu)這(zhe)兩種元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)性質上非常(chang)相(xiang)似,不少(shao)人(ren)認為(wei)它(ta)們(men)是(shi)同一(yi)(yi)種元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)。由(you)于(yu)它(ta)與鉭(tan)(tan)非常(chang)相(xiang)似,起初他竟搞(gao)混了。1844年(nian)德意志H.羅澤(ze)詳細研(yan)(yan)究(jiu)了許多鈮(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)和鉭(tan)(tan)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang),分離出(chu)兩種元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su),才澄清(qing)了事實真相(xiang)。最后(hou)查(cha)爾斯(si)(si)·哈切(qie)特用(yong)神話(hua)中的(de)(de)女(nv)神尼俄(e)伯(bo)(Niobe)的(de)(de)名字(zi)命(ming)名了該(gai)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)。在(zai)歷史上,最初人(ren)們(men)用(yong)鈮(ni)所(suo)在(zai)的(de)(de)鈮(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)的(de)(de)名字(zi)“columbium”來稱(cheng)呼鈮(ni)。鈮(ni)在(zai)地殼(ke)中的(de)(de)含量(liang)為(wei)0.002%,鈮(ni)在(zai)地殼(ke)中的(de)(de)自然儲量(liang)為(wei)520萬噸,可(ke)開采(cai)儲量(liang)440萬噸,主要礦(kuang)(kuang)物(wu)有鈮(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)、燒綠石和黑稀(xi)金礦(kuang)(kuang)、褐釔鈮(ni)礦(kuang)(kuang)、鉭(tan)(tan)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)、鈦鈮(ni)鈣鈰礦(kuang)(kuang)。
自然(ran)產生的鈮由一(yi)(yi)種(zhong)穩(wen)定(ding)同位(wei)素(su)組成(cheng):93Nb。截至2003年,已合成(cheng)的放射(she)性同位(wei)素(su)共(gong)有至少(shao)(shao)32種(zhong),原(yuan)子量在(zai)81和(he)113之(zhi)間。其(qi)中最穩(wen)定(ding)的是92Nb,半(ban)(ban)衰期有3470萬(wan)年;113Nb是最不穩(wen)定(ding)的同位(wei)素(su)之(zhi)一(yi)(yi),其(qi)半(ban)(ban)衰期估計只有30毫秒。比93Nb更輕的同位(wei)素(su)一(yi)(yi)般進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)β+衰變(bian),比它重的則會進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)β-衰變(bian)。例外包括(kuo):81Nb、82Nb和(he)84Nb會進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)少(shao)(shao)量β緩(huan)發(fa)質(zhi)子發(fa)射(she),91Nb會進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)電(dian)(dian)子捕獲和(he)正(zheng)電(dian)(dian)子發(fa)射(she),而(er)92Nb會同時進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)正(zheng)電(dian)(dian)子(β+)和(he)電(dian)(dian)子(β-)發(fa)射(she)。
已(yi)知(zhi)的(de)(de)核素共有25種,質量數介(jie)乎84至104。這個質量區(qu)間(jian)內的(de)(de)同(tong)位素中,只(zhi)有96Nb、101Nb和(he)103Nb不(bu)具(ju)有同(tong)核異(yi)(yi)構(gou)體。最穩定的(de)(de)鈮同(tong)核異(yi)(yi)構(gou)體是93mNb,半衰期為(wei)16.13年;最不(bu)穩定的(de)(de)是84mNb,半衰期為(wei)103納秒(miao)。除(chu)92m1Nb進行少量電子捕獲之外,所(suo)有同(tong)核異(yi)(yi)構(gou)體的(de)(de)衰變(bian)方式都是同(tong)核異(yi)(yi)構(gou)體轉換或β衰變(bian)。
元素符號:Nb
元(yuan)素英文名稱:niobium
元素類(lei)型:金屬(shu)元素
原子(zi)體積:10.87cm3/mol
元素(su)在太陽(yang)中(zhong)的含(han)量:0.004(ppm)
元素在(zai)海水中(zhong)的(de)含量:0.0000009(ppm)
地殼(ke)中含量:20(ppm)
相對原子質量(liang):92.90638
原子序數:41
所屬周期:5
所屬族數:VB
核外電子排布:1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1
電(dian)子(zi)層排布:2,8,18,12,1
晶(jing)(jing)體(ti)結構:晶(jing)(jing)胞(bao)為(wei)體(ti)心(xin)立(li)方晶(jing)(jing)胞(bao),每個晶(jing)(jing)胞(bao)含(han)有2個金(jin)屬原(yuan)子。
晶胞(bao)參數: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(sheng)音在其(qi)中的傳(chuan)播(bo)速率:3480(m/s)
電(dian)離能(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)是灰白色金(jin)(jin)屬,熔點2468℃,沸點4742℃,密度(du)8.57g/cm3。鈮(ni)是一種(zhong)帶(dai)光(guang)澤(ze)的(de)(de)(de)灰色金(jin)(jin)屬,具有順磁性,高純度(du)鈮(ni)金(jin)(jin)屬的(de)(de)(de)延展性較高,但會隨(sui)雜質含量的(de)(de)(de)增加(jia)而變硬(ying)。它的(de)(de)(de)最外電子層排布(bu)和其他的(de)(de)(de)5族(zu)元素非常不(bu)同。同樣的(de)(de)(de)現象也出(chu)現在前后的(de)(de)(de)釕(44)、銠(45)和鈀(46)元素上。
鈮
Z 元素 每層(ceng)電子數
23 釩 2, 8, 11, 2
41 鈮 2, 8, 18, 12, 1
73 鉭 2, 8, 18, 32, 11, 2
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