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鈮(ni)（Niobium），化學符號Nb，原子序數(shu)為41，是(shi)一種過(guo)渡金屬元素。鈮(ni)單質是(shi)一種帶光澤(ze)的(de)(de)(de)(de)灰色金屬。高純度(du)鈮(ni)金屬的(de)(de)(de)(de)延(yan)展(zhan)性(xing)較(jiao)高，但會隨雜質含量的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加而(er)變硬。鈮(ni)對于熱中子的(de)(de)(de)(de)捕獲截面很低，因(yin)此在核(he)工業上(shang)有相(xiang)當的(de)(de)(de)(de)用處。

發現歷史

當于(yu)1801年考察在大英博物(wu)館的(de)(de)礦石時，Charles Hatchett被(bei)一(yi)個(ge)標簽為columbite（鈳鐵礦）的(de)(de)樣本(ben)激(ji)起(qi)了(le)興(xing)趣。他(ta)推(tui)測其(qi)包含一(yi)種(zhong)新的(de)(de)金屬，他(ta)是對(dui)的(de)(de)。他(ta)加(jia)熱一(yi)塊樣本(ben)與碳酸(suan)鉀，溶解(jie)產(chan)物(wu)到(dao)水中(zhong)，添加(jia)了(le)酸(suan)后獲(huo)得了(le)沉淀物(wu)。然而，進一(yi)步的(de)(de)處理也沒能(neng)生(sheng)產(chan)出元(yuan)(yuan)素(su)本(ben)身(shen)，他(ta)命名其(qi)為columbium（鈳——鈮(ni)元(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)舊譯），被(bei)人們已知多(duo)年。

其(qi)他(ta)人則對鈳(ke)持懷疑態度，尤其(qi)是(shi)在(zai)(zai)(zai)接(jie)下來的(de)(de)(de)(de)一(yi)年發(fa)現了鉭之后。這(zhe)(zhe)些金屬(shu)在(zai)(zai)(zai)大自(zi)然(ran)中一(yi)起出現，而且(qie)很難分離(li)。在(zai)(zai)(zai)1844年德國(guo)化(hua)學(xue)(xue)家Heinrich Rose證明(ming)了鈳(ke)鐵(tie)礦(kuang)包(bao)含了這(zhe)(zhe)兩種元(yuan)素(su)，他(ta)把columbium（鈳(ke)）命(ming)名(ming)為niobium（鈮(ni)）。“Columbium”（鈳(ke)，符號Cb）是(shi)哈契特對新(xin)元(yuan)素(su)所(suo)給的(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)早(zao)命(ming)名(ming)。這(zhe)(zhe)一(yi)名(ming)稱在(zai)(zai)(zai)美國(guo)一(yi)直有(you)廣泛的(de)(de)(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)，美國(guo)化(hua)學(xue)(xue)學(xue)(xue)會(hui)(hui)在(zai)(zai)(zai)1953年出版了最(zui)(zui)后一(yi)篇標題含有(you)“鈳(ke)”的(de)(de)(de)(de)論(lun)文；“鈮(ni)”則在(zai)(zai)(zai)歐洲通用(yong)(yong)。1949年在(zai)(zai)(zai)阿姆斯特丹舉辦的(de)(de)(de)(de)化(hua)學(xue)(xue)聯合會(hui)(hui)第15屆會(hui)(hui)議(yi)最(zui)(zui)終決定(ding)以(yi)“鈮(ni)”作為第41號元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)正式(shi)命(ming)名(ming)。翌年，國(guo)際純粹與應用(yong)(yong)化(hua)學(xue)(xue)聯合會(hui)(hui)（IUPAC）也采納(na)了這(zhe)(zhe)一(yi)命(ming)名(ming)，結束了一(yi)個(ge)世(shi)紀來的(de)(de)(de)(de)命(ming)名(ming)分歧，盡管“鈳(ke)”的(de)(de)(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)時(shi)間更(geng)早(zao)。這(zhe)(zhe)可算是(shi)一(yi)種妥協：IUPAC依北(bei)美的(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)法(fa)選擇“Tungsten”而非(fei)歐洲所(suo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)“Wolfram”作為鎢的(de)(de)(de)(de)命(ming)名(ming)，并在(zai)(zai)(zai)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)命(ming)名(ming)上以(yi)歐洲的(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)法(fa)為先。具權威性的(de)(de)(de)(de)化(hua)學(xue)(xue)學(xue)(xue)會(hui)(hui)和政府機構都一(yi)般以(yi)IUPAC正式(shi)命(ming)名(ming)稱之，但美國(guo)地質調查局以(yi)及冶金業、金屬(shu)學(xue)(xue)會(hui)(hui)等(deng)組織至今(jin)仍使(shi)(shi)用(yong)(yong)舊名(ming)“鈳(ke)”。

當時，科學(xue)家未能有效地把鈳（鈮(ni)(ni)）和(he)性質極為(wei)(wei)相似的鉭(tan)區分開來。1809年，英國(guo)化學(xue)家威廉·海(hai)德·沃拉斯(si)頓（William Hyde Wollaston）對(dui)鈳和(he)鉭(tan)的氧化物(wu)(wu)進行比較，得出兩(liang)者(zhe)(zhe)的密度分別為(wei)(wei)5.918g/cm3及超過16.6g/cm3。雖然密度值相差巨(ju)大，但他仍認(ren)為(wei)(wei)兩(liang)者(zhe)(zhe)是完(wan)全相同(tong)的物(wu)(wu)質。另一德國(guo)化學(xue)家海(hai)因(yin)(yin)里希·羅澤（Heinrich Rose）在1846年駁斥這(zhe)一結論，并稱原先的鉭(tan)鐵(tie)礦樣本(ben)中還存在著另外兩(liang)種元素(su)。他以希臘神話中坦塔(ta)洛(luo)斯(si)的女兒(er)尼(ni)俄伯（Niobe，淚水女神）和(he)兒(er)子(zi)珀羅普斯(si)（Pelops）把這(zhe)兩(liang)種元素(su)分別命名為(wei)(wei)“Niobium”（鈮(ni)(ni)）和(he)“Pelopium”。鉭(tan)和(he)鈮(ni)(ni)的差別細微，而(er)因(yin)(yin)此得出的新“元素(su)”Pelopium、Ilmenium和(he)Dianium實際上都只(zhi)是鈮(ni)(ni)或者(zhe)(zhe)鈮(ni)(ni)鉭(tan)混(hun)合物(wu)(wu)。

1864年，克利斯蒂(di)安·威(wei)廉·布隆斯特蘭（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨利·愛(ai)丁·圣克萊爾·德維(wei)爾和(he)(he)路易·約瑟夫(fu)·特羅(luo)斯特（Louis Joseph Troost）明確(que)證(zheng)明了(le)鉭和(he)(he)鈮(ni)是(shi)兩種(zhong)不(bu)同的(de)化學(xue)(xue)元(yuan)素(su)(su)，并確(que)定了(le)一些相關化合物的(de)化學(xue)(xue)公式。瑞士化學(xue)(xue)家(jia)讓(rang)-夏爾·加(jia)利薩·德馬里尼亞（Jean Charles Galissard de Marignac）在1866年進一步(bu)證(zheng)實除鉭和(he)(he)鈮(ni)以外別無其(qi)他元(yuan)素(su)(su)。然(ran)而直到(dao)1871年還有(you)科學(xue)(xue)家(jia)發(fa)表(biao)有(you)關Ilmenium的(de)文章。

1864年(nian)，德馬里(li)尼亞在(zai)氫氣中(zhong)對(dui)氯化(hua)鈮(ni)進行還原反應(ying)，首次制成(cheng)鈮(ni)金(jin)屬。雖然他(ta)在(zai)1866年(nian)已能夠制備不含鉭的(de)(de)鈮(ni)金(jin)屬，但要直到20世紀初，鈮(ni)才開始有商業(ye)上的(de)(de)應(ying)用：電(dian)燈(deng)泡(pao)燈(deng)絲。鈮(ni)很快就被鎢(wu)淘汰了(le)，因為(wei)鎢(wu)的(de)(de)熔(rong)點比鈮(ni)更高(gao)，更適(shi)合作燈(deng)絲材(cai)料。1920年(nian)代，人們發現鈮(ni)可(ke)以加(jia)強鋼(gang)材(cai)，這成(cheng)為(wei)鈮(ni)一直以來的(de)(de)主要用途(tu)。貝爾實驗室的(de)(de)尤金(jin)·昆茲勒（Eugene Kunzler）等(deng)人發現，鈮(ni)錫(xi)在(zai)強電(dian)場(chang)(chang)、磁(ci)場(chang)(chang)環境下仍能保持超(chao)導性(xing)，這使鈮(ni)錫(xi)成(cheng)為(wei)第一種能承受高(gao)電(dian)流(liu)和(he)磁(ci)場(chang)(chang)的(de)(de)物質(zhi)，可(ke)用于大功率(lv)磁(ci)鐵(tie)和(he)電(dian)動機械。這一發現促(cu)使了(le)20年(nian)后多股長(chang)電(dian)纜的(de)(de)生產。這種電(dian)纜在(zai)繞成(cheng)線圈后可(ke)形成(cheng)大型強電(dian)磁(ci)鐵(tie)，用在(zai)旋轉機械、粒子加(jia)速器和(he)粒子探測器當中(zhong)。

純凈的金屬樣本在1864年由Christian Blomstrand制取，他用氫氣(qi)加熱還原氯化(hua)鈮實現。

元素簡介

元素信息

一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)金屬元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)。鈮(ni)能吸收氣(qi)體，用(yong)(yong)作(zuo)除氣(qi)劑，也是一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)良好的(de)超導體。舊(jiu)稱(cheng)“鈳”。化學符(fu)號Nb，原子(zi)(zi)序(xu)數41，原子(zi)(zi)量(liang)(liang)92.90638，屬周期系ⅤB族。1801年(nian)英(ying)國查爾(er)斯(si)·哈切特(te)（Charles·Hatchett）在研究倫敦(dun)大英(ying)博物(wu)館中收藏的(de)鈮(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中分離(li)出一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)新元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)的(de)氧(yang)化物(wu)，并命名該元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)為(wei)columbium（中譯名鈳）。1802年(nian)瑞典(dian)A.G.厄克貝里在鉭鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中發現另一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)新元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)tantalum。由(you)(you)于(yu)這兩(liang)種(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)性質(zhi)上非常相似(si)，不(bu)少人認為(wei)它(ta)們(men)是同一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)。由(you)(you)于(yu)它(ta)與鉭非常相似(si)，起初他竟搞混(hun)了(le)。1844年(nian)德意志H.羅(luo)澤(ze)詳細研究了(le)許多鈮(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)和鉭鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)，分離(li)出兩(liang)種(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)，才(cai)澄(cheng)清了(le)事實真相。最后查爾(er)斯(si)·哈切特(te)用(yong)(yong)神(shen)話中的(de)女(nv)神(shen)尼俄伯（Niobe）的(de)名字命名了(le)該元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)。在歷史上，最初人們(men)用(yong)(yong)鈮(ni)所在的(de)鈮(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)的(de)名字“columbium”來稱(cheng)呼(hu)鈮(ni)。鈮(ni)在地(di)殼中的(de)含量(liang)(liang)為(wei)0.002%，鈮(ni)在地(di)殼中的(de)自然儲量(liang)(liang)為(wei)520萬噸，可開采儲量(liang)(liang)440萬噸，主要礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)有鈮(ni)鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、燒(shao)綠石和黑稀金礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、褐釔鈮(ni)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、鉭鐵礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、鈦鈮(ni)鈣鈰礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。

同位素

自然產生的鈮由一(yi)種穩(wen)定同(tong)位(wei)素(su)組成：93Nb。截(jie)至(zhi)(zhi)2003年(nian)，已合成的放射性(xing)同(tong)位(wei)素(su)共有至(zhi)(zhi)少32種，原子(zi)量在81和113之間。其中(zhong)最穩(wen)定的是(shi)92Nb，半衰期有3470萬年(nian)；113Nb是(shi)最不穩(wen)定的同(tong)位(wei)素(su)之一(yi)，其半衰期估(gu)計只有30毫(hao)秒。比93Nb更輕的同(tong)位(wei)素(su)一(yi)般進行(xing)(xing)β+衰變，比它重(zhong)的則會(hui)進行(xing)(xing)β-衰變。例外包括：81Nb、82Nb和84Nb會(hui)進行(xing)(xing)少量β緩發質子(zi)發射，91Nb會(hui)進行(xing)(xing)電子(zi)捕獲和正(zheng)電子(zi)發射，而92Nb會(hui)同(tong)時進行(xing)(xing)正(zheng)電子(zi)（β+）和電子(zi)（β-）發射。

已知的核素共有(you)(you)25種(zhong)，質量數介乎84至104。這個質量區間內的同(tong)(tong)位素中，只有(you)(you)96Nb、101Nb和(he)103Nb不具有(you)(you)同(tong)(tong)核異(yi)(yi)構體(ti)。最(zui)穩定(ding)(ding)的鈮同(tong)(tong)核異(yi)(yi)構體(ti)是93mNb，半衰(shuai)期(qi)為(wei)16.13年；最(zui)不穩定(ding)(ding)的是84mNb，半衰(shuai)期(qi)為(wei)103納秒(miao)。除92m1Nb進(jin)行少量電子捕獲之外，所有(you)(you)同(tong)(tong)核異(yi)(yi)構體(ti)的衰(shuai)變(bian)方式都是同(tong)(tong)核異(yi)(yi)構體(ti)轉(zhuan)換或(huo)β衰(shuai)變(bian)。

物理化學性質

物理性質

鈮(ni)是灰(hui)白色金屬，熔點(dian)2468℃，沸點(dian)4742℃，密度8.57g/cm3。鈮(ni)是一種(zhong)帶光澤的(de)灰(hui)色金屬，具有順磁性，高(gao)純度鈮(ni)金屬的(de)延展性較高(gao)，但(dan)會(hui)隨雜質含(han)量的(de)增加而變硬。它的(de)最外電子層(ceng)排布和(he)其他的(de)5族(zu)元素非常不同(tong)。同(tong)樣的(de)現(xian)象(xiang)也出現(xian)在(zai)前后的(de)釕(liao)（44）、銠（45）和(he)鈀（46）元素上。

鈮

Z 元素(su) 每層電子數

23 釩(fan) 2, 8, 11, 2

41 鈮(ni) 2, 8, 18, 12, 1

73 鉭 2, 8, 18, 32, 11, 2

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