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鈮（Niobium），化學符號(hao)Nb，原子(zi)序(xu)數為41，是一種過(guo)渡金屬元素(su)。鈮單質是一種帶光(guang)澤的(de)灰(hui)色金屬。高純度鈮金屬的(de)延展性(xing)較(jiao)高，但會隨雜質含(han)量的(de)增加而變硬。鈮對于熱中(zhong)子(zi)的(de)捕獲截(jie)面很低(di)，因此在核工業上有相當的(de)用處。

發現歷史

當于1801年考察在大(da)英(ying)博物(wu)館的(de)(de)(de)礦石時，Charles Hatchett被(bei)(bei)一(yi)個標簽為(wei)(wei)columbite（鈳(ke)鐵(tie)礦）的(de)(de)(de)樣(yang)本激起(qi)了興(xing)趣。他推測其(qi)包含一(yi)種新的(de)(de)(de)金屬，他是對的(de)(de)(de)。他加熱一(yi)塊(kuai)樣(yang)本與碳酸鉀，溶解產物(wu)到(dao)水(shui)中，添加了酸后獲(huo)得(de)了沉淀(dian)物(wu)。然而，進一(yi)步的(de)(de)(de)處理也沒能(neng)生產出(chu)元素本身，他命(ming)名(ming)其(qi)為(wei)(wei)columbium（鈳(ke)——鈮元素的(de)(de)(de)舊譯），被(bei)(bei)人(ren)們已知多(duo)年。

其他(ta)人則(ze)對(dui)鈳(ke)(ke)持懷疑態度，尤其是(shi)(shi)在接下來(lai)的(de)(de)一(yi)年(nian)發現了(le)(le)鉭之(zhi)后(hou)。這(zhe)些金(jin)屬(shu)在大自(zi)然中一(yi)起出現，而(er)(er)且很難分離(li)。在1844年(nian)德國(guo)化學(xue)(xue)(xue)家Heinrich Rose證明(ming)了(le)(le)鈳(ke)(ke)鐵礦包含了(le)(le)這(zhe)兩(liang)種(zhong)元(yuan)素(su)(su)，他(ta)把columbium（鈳(ke)(ke)）命(ming)名(ming)為niobium（鈮）。“Columbium”（鈳(ke)(ke)，符(fu)號(hao)Cb）是(shi)(shi)哈(ha)契特對(dui)新元(yuan)素(su)(su)所給(gei)的(de)(de)最(zui)(zui)早(zao)命(ming)名(ming)。這(zhe)一(yi)名(ming)稱在美(mei)國(guo)一(yi)直有(you)廣泛的(de)(de)使用(yong)(yong)，美(mei)國(guo)化學(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)會在1953年(nian)出版了(le)(le)最(zui)(zui)后(hou)一(yi)篇標題含有(you)“鈳(ke)(ke)”的(de)(de)論文；“鈮”則(ze)在歐(ou)洲通用(yong)(yong)。1949年(nian)在阿(a)姆斯特丹舉辦的(de)(de)化學(xue)(xue)(xue)聯合(he)會第15屆會議最(zui)(zui)終決定(ding)以“鈮”作(zuo)為第41號(hao)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)正式命(ming)名(ming)。翌(yi)年(nian)，國(guo)際純粹(cui)與應(ying)用(yong)(yong)化學(xue)(xue)(xue)聯合(he)會（IUPAC）也采納了(le)(le)這(zhe)一(yi)命(ming)名(ming)，結束了(le)(le)一(yi)個世紀來(lai)的(de)(de)命(ming)名(ming)分歧，盡管“鈳(ke)(ke)”的(de)(de)使用(yong)(yong)時間更(geng)早(zao)。這(zhe)可算是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)妥協：IUPAC依北美(mei)的(de)(de)用(yong)(yong)法選(xuan)擇“Tungsten”而(er)(er)非歐(ou)洲所用(yong)(yong)的(de)(de)“Wolfram”作(zuo)為鎢(wu)的(de)(de)命(ming)名(ming)，并(bing)在鈮的(de)(de)命(ming)名(ming)上(shang)以歐(ou)洲的(de)(de)用(yong)(yong)法為先。具權威(wei)性(xing)的(de)(de)化學(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)會和政府機構都一(yi)般以IUPAC正式命(ming)名(ming)稱之(zhi)，但美(mei)國(guo)地質調查局(ju)以及(ji)冶金(jin)業、金(jin)屬(shu)學(xue)(xue)(xue)會等(deng)組織至今仍(reng)使用(yong)(yong)舊名(ming)“鈳(ke)(ke)”。

當時(shi)，科學家未能有效地(di)把鈳(ke)（鈮）和(he)(he)性質極為(wei)(wei)(wei)(wei)相似的(de)鉭區分開來。1809年(nian)，英國化(hua)學家威廉·海德·沃拉斯(si)頓（William Hyde Wollaston）對鈳(ke)和(he)(he)鉭的(de)氧化(hua)物(wu)進行比較，得(de)出(chu)兩(liang)者(zhe)(zhe)的(de)密度(du)分別為(wei)(wei)(wei)(wei)5.918g/cm3及超過16.6g/cm3。雖然密度(du)值相差(cha)巨大，但他(ta)仍認為(wei)(wei)(wei)(wei)兩(liang)者(zhe)(zhe)是完全相同的(de)物(wu)質。另一德國化(hua)學家海因里(li)希(xi)·羅澤（Heinrich Rose）在1846年(nian)駁斥這(zhe)一結(jie)論(lun)，并(bing)稱原先的(de)鉭鐵礦樣本(ben)中還存在著另外兩(liang)種元素。他(ta)以(yi)希(xi)臘神話中坦塔洛斯(si)的(de)女兒(er)(er)尼俄伯（Niobe，淚水女神）和(he)(he)兒(er)(er)子珀羅普斯(si)（Pelops）把這(zhe)兩(liang)種元素分別命名為(wei)(wei)(wei)(wei)“Niobium”（鈮）和(he)(he)“Pelopium”。鉭和(he)(he)鈮的(de)差(cha)別細微(wei)，而因此得(de)出(chu)的(de)新(xin)“元素”Pelopium、Ilmenium和(he)(he)Dianium實際上都只(zhi)是鈮或者(zhe)(zhe)鈮鉭混合物(wu)。

1864年，克利斯蒂安·威(wei)廉·布隆(long)斯特蘭（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨利·愛丁·圣克萊爾(er)(er)·德維爾(er)(er)和路易·約瑟夫·特羅斯特（Louis Joseph Troost）明(ming)(ming)確證明(ming)(ming)了鉭和鈮(ni)是兩(liang)種不同(tong)的(de)(de)化學元素，并確定(ding)了一(yi)些相關化合物的(de)(de)化學公式。瑞士化學家讓-夏爾(er)(er)·加利薩·德馬里尼亞（Jean Charles Galissard de Marignac）在1866年進(jin)一(yi)步證實除鉭和鈮(ni)以外別無其他元素。然而直(zhi)到1871年還有科學家發表有關Ilmenium的(de)(de)文章。

1864年(nian)，德(de)馬里尼亞在(zai)(zai)氫氣中對氯化鈮(ni)(ni)(ni)進行還原(yuan)反應(ying)，首(shou)次制(zhi)成(cheng)鈮(ni)(ni)(ni)金屬(shu)。雖然(ran)他在(zai)(zai)1866年(nian)已(yi)能(neng)夠制(zhi)備不含鉭的(de)(de)鈮(ni)(ni)(ni)金屬(shu)，但(dan)要(yao)直(zhi)到20世紀初，鈮(ni)(ni)(ni)才開(kai)始有商業上的(de)(de)應(ying)用：電(dian)(dian)燈泡燈絲。鈮(ni)(ni)(ni)很快(kuai)就被(bei)鎢(wu)淘汰(tai)了(le)，因(yin)為(wei)鎢(wu)的(de)(de)熔點比鈮(ni)(ni)(ni)更高(gao)，更適(shi)合作燈絲材料(liao)。1920年(nian)代，人們發(fa)(fa)現(xian)鈮(ni)(ni)(ni)可(ke)(ke)以(yi)加(jia)強鋼材，這(zhe)成(cheng)為(wei)鈮(ni)(ni)(ni)一直(zhi)以(yi)來的(de)(de)主要(yao)用途。貝(bei)爾實驗室的(de)(de)尤(you)金·昆(kun)茲勒(le)（Eugene Kunzler）等人發(fa)(fa)現(xian)，鈮(ni)(ni)(ni)錫在(zai)(zai)強電(dian)(dian)場、磁場環境下仍能(neng)保持超(chao)導性，這(zhe)使鈮(ni)(ni)(ni)錫成(cheng)為(wei)第一種能(neng)承受高(gao)電(dian)(dian)流和(he)(he)磁場的(de)(de)物質，可(ke)(ke)用于(yu)大(da)功率磁鐵(tie)和(he)(he)電(dian)(dian)動機(ji)械。這(zhe)一發(fa)(fa)現(xian)促使了(le)20年(nian)后多股長(chang)電(dian)(dian)纜的(de)(de)生產。這(zhe)種電(dian)(dian)纜在(zai)(zai)繞成(cheng)線圈后可(ke)(ke)形成(cheng)大(da)型(xing)強電(dian)(dian)磁鐵(tie)，用在(zai)(zai)旋(xuan)轉機(ji)械、粒(li)子加(jia)速器(qi)和(he)(he)粒(li)子探測器(qi)當中。

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

元素簡介

元素信息

一(yi)種(zhong)金屬元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)。鈮(ni)(ni)能吸收(shou)氣體，用作除(chu)氣劑，也是一(yi)種(zhong)良好的(de)(de)(de)超導體。舊(jiu)稱(cheng)“鈳(ke)”。化(hua)學符(fu)號Nb，原子(zi)序(xu)數41，原子(zi)量(liang)92.90638，屬周期系ⅤB族。1801年(nian)英國查(cha)爾斯(si)·哈切特（Charles·Hatchett）在研究倫(lun)敦(dun)大英博物(wu)館(guan)中收(shou)藏(zang)的(de)(de)(de)鈮(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中分離出一(yi)種(zhong)新(xin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)氧化(hua)物(wu)，并命(ming)名(ming)該元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)為(wei)columbium（中譯名(ming)鈳(ke)）。1802年(nian)瑞典A.G.厄克(ke)貝里在鉭(tan)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中發現另一(yi)種(zhong)新(xin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)tantalum。由(you)于(yu)(yu)這(zhe)兩種(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)性質(zhi)上非常(chang)(chang)相似，不少人認為(wei)它們是同一(yi)種(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)。由(you)于(yu)(yu)它與(yu)鉭(tan)非常(chang)(chang)相似，起初(chu)他竟搞混了。1844年(nian)德意志H.羅澤詳(xiang)細研究了許(xu)多(duo)鈮(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)和(he)鉭(tan)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)，分離出兩種(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)，才澄清(qing)了事(shi)實真相。最(zui)后查(cha)爾斯(si)·哈切特用神(shen)話(hua)中的(de)(de)(de)女神(shen)尼俄(e)伯（Niobe）的(de)(de)(de)名(ming)字(zi)命(ming)名(ming)了該元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)。在歷史上，最(zui)初(chu)人們用鈮(ni)(ni)所在的(de)(de)(de)鈮(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)的(de)(de)(de)名(ming)字(zi)“columbium”來稱(cheng)呼鈮(ni)(ni)。鈮(ni)(ni)在地(di)殼中的(de)(de)(de)含量(liang)為(wei)0.002%，鈮(ni)(ni)在地(di)殼中的(de)(de)(de)自然(ran)儲量(liang)為(wei)520萬噸，可開采(cai)儲量(liang)440萬噸，主要礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)有鈮(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、燒綠石和(he)黑稀金礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、褐釔鈮(ni)(ni)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、鉭(tan)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、鈦鈮(ni)(ni)鈣(gai)鈰礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。

同位素

自(zi)然產生(sheng)的(de)鈮由一種穩定(ding)(ding)同位素(su)組成(cheng)：93Nb。截至(zhi)2003年，已合成(cheng)的(de)放射(she)性同位素(su)共有至(zhi)少(shao)32種，原(yuan)子(zi)量在81和(he)113之間。其中(zhong)最(zui)穩定(ding)(ding)的(de)是92Nb，半(ban)衰(shuai)期有3470萬年；113Nb是最(zui)不穩定(ding)(ding)的(de)同位素(su)之一，其半(ban)衰(shuai)期估(gu)計只有30毫(hao)秒。比93Nb更輕(qing)的(de)同位素(su)一般(ban)進(jin)行β+衰(shuai)變(bian)，比它重(zhong)的(de)則(ze)會(hui)(hui)進(jin)行β-衰(shuai)變(bian)。例外(wai)包括(kuo)：81Nb、82Nb和(he)84Nb會(hui)(hui)進(jin)行少(shao)量β緩發(fa)質子(zi)發(fa)射(she)，91Nb會(hui)(hui)進(jin)行電(dian)子(zi)捕獲和(he)正電(dian)子(zi)發(fa)射(she)，而92Nb會(hui)(hui)同時(shi)進(jin)行正電(dian)子(zi)（β+）和(he)電(dian)子(zi)（β-）發(fa)射(she)。

已知的核(he)(he)(he)素共有(you)(you)25種，質量數介(jie)乎84至104。這個質量區間內的同位素中，只有(you)(you)96Nb、101Nb和103Nb不(bu)具有(you)(you)同核(he)(he)(he)異構(gou)(gou)體。最穩定的鈮同核(he)(he)(he)異構(gou)(gou)體是(shi)93mNb，半衰(shuai)期為(wei)16.13年；最不(bu)穩定的是(shi)84mNb，半衰(shuai)期為(wei)103納秒。除92m1Nb進行少量電(dian)子捕獲之外，所(suo)有(you)(you)同核(he)(he)(he)異構(gou)(gou)體的衰(shuai)變方式(shi)都是(shi)同核(he)(he)(he)異構(gou)(gou)體轉(zhuan)換或β衰(shuai)變。

物理化學性質

物理性質

鈮(ni)(ni)是灰(hui)白色(se)金(jin)(jin)屬(shu)，熔(rong)點2468℃，沸點4742℃，密(mi)度(du)8.57g/cm3。鈮(ni)(ni)是一種帶光(guang)澤(ze)的(de)灰(hui)色(se)金(jin)(jin)屬(shu)，具(ju)有順磁性，高純度(du)鈮(ni)(ni)金(jin)(jin)屬(shu)的(de)延展(zhan)性較高，但會隨雜質含量的(de)增加而變(bian)硬。它的(de)最外電子層排布和(he)其(qi)他的(de)5族元素非常不同(tong)。同(tong)樣的(de)現象也出現在前(qian)后的(de)釕(liao)（44）、銠（45）和(he)鈀（46）元素上。

鈮

Z 元素每層電子數

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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