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鈮(ni)(ni)（Niobium），化學(xue)符號Nb，原子序數為41，是一(yi)種過(guo)渡金屬元素(su)。鈮(ni)(ni)單(dan)質是一(yi)種帶(dai)光(guang)澤的(de)灰色金屬。高純度鈮(ni)(ni)金屬的(de)延展性較高，但會(hui)隨雜(za)質含量的(de)增加而變(bian)硬。鈮(ni)(ni)對于熱(re)中子的(de)捕獲截面很低，因此在核工業(ye)上有相當(dang)的(de)用處。

發現歷史

當于1801年(nian)考察在大英(ying)博物館(guan)的礦石時(shi)，Charles Hatchett被(bei)一個(ge)標簽為columbite（鈳鐵礦）的樣本激起了(le)(le)興趣。他(ta)(ta)推測其包(bao)含(han)一種(zhong)新的金屬，他(ta)(ta)是對(dui)的。他(ta)(ta)加(jia)熱一塊樣本與碳(tan)酸鉀，溶解產物到(dao)水中，添加(jia)了(le)(le)酸后獲得(de)了(le)(le)沉淀(dian)物。然而(er)，進一步(bu)的處理(li)也沒能生(sheng)產出元(yuan)素本身，他(ta)(ta)命(ming)名其為columbium（鈳——鈮元(yuan)素的舊譯），被(bei)人們(men)已知多(duo)年(nian)。

其他(ta)人(ren)則(ze)對鈳(ke)(ke)持懷疑態度，尤(you)其是(shi)在(zai)(zai)(zai)接下來(lai)(lai)的(de)(de)一(yi)年(nian)發現(xian)了(le)鉭之后(hou)。這(zhe)些(xie)金(jin)屬(shu)在(zai)(zai)(zai)大自然中一(yi)起出現(xian)，而(er)且很(hen)難分(fen)離。在(zai)(zai)(zai)1844年(nian)德國化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)家Heinrich Rose證明(ming)了(le)鈳(ke)(ke)鐵礦(kuang)包含了(le)這(zhe)兩種(zhong)元素，他(ta)把columbium（鈳(ke)(ke)）命(ming)(ming)名(ming)為niobium（鈮(ni)(ni)）。“Columbium”（鈳(ke)(ke)，符(fu)號(hao)(hao)Cb）是(shi)哈契特(te)對新元素所給的(de)(de)最(zui)(zui)早命(ming)(ming)名(ming)。這(zhe)一(yi)名(ming)稱(cheng)在(zai)(zai)(zai)美國一(yi)直(zhi)有廣泛的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)(yong)，美國化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)會(hui)(hui)在(zai)(zai)(zai)1953年(nian)出版了(le)最(zui)(zui)后(hou)一(yi)篇標(biao)題含有“鈳(ke)(ke)”的(de)(de)論文；“鈮(ni)(ni)”則(ze)在(zai)(zai)(zai)歐洲通用(yong)(yong)(yong)。1949年(nian)在(zai)(zai)(zai)阿姆斯特(te)丹舉辦的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)聯(lian)(lian)合(he)會(hui)(hui)第(di)15屆會(hui)(hui)議最(zui)(zui)終決定(ding)以“鈮(ni)(ni)”作(zuo)為第(di)41號(hao)(hao)元素的(de)(de)正式命(ming)(ming)名(ming)。翌(yi)年(nian)，國際純(chun)粹與應用(yong)(yong)(yong)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)聯(lian)(lian)合(he)會(hui)(hui)（IUPAC）也采納(na)了(le)這(zhe)一(yi)命(ming)(ming)名(ming)，結束了(le)一(yi)個世紀來(lai)(lai)的(de)(de)命(ming)(ming)名(ming)分(fen)歧(qi)，盡管“鈳(ke)(ke)”的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)(yong)時間更早。這(zhe)可(ke)算是(shi)一(yi)種(zhong)妥(tuo)協：IUPAC依北美的(de)(de)用(yong)(yong)(yong)法選擇(ze)“Tungsten”而(er)非歐洲所用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)“Wolfram”作(zuo)為鎢(wu)的(de)(de)命(ming)(ming)名(ming)，并在(zai)(zai)(zai)鈮(ni)(ni)的(de)(de)命(ming)(ming)名(ming)上以歐洲的(de)(de)用(yong)(yong)(yong)法為先。具權威性的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)會(hui)(hui)和政(zheng)府機構(gou)都(dou)一(yi)般以IUPAC正式命(ming)(ming)名(ming)稱(cheng)之，但美國地質(zhi)調查局以及冶金(jin)業(ye)、金(jin)屬(shu)學(xue)(xue)(xue)會(hui)(hui)等組織至今仍使(shi)用(yong)(yong)(yong)舊名(ming)“鈳(ke)(ke)”。

當時，科學(xue)(xue)家未能有效(xiao)地把鈳（鈮(ni)(ni)）和(he)(he)(he)性質極為(wei)相(xiang)(xiang)似(si)的(de)鉭(tan)區分(fen)(fen)開來。1809年，英國(guo)(guo)化學(xue)(xue)家威(wei)廉·海德·沃拉斯頓（William Hyde Wollaston）對鈳和(he)(he)(he)鉭(tan)的(de)氧化物(wu)進行比較，得(de)出兩者(zhe)的(de)密度分(fen)(fen)別(bie)為(wei)5.918g/cm3及(ji)超過(guo)16.6g/cm3。雖然密度值(zhi)相(xiang)(xiang)差巨(ju)大，但(dan)他(ta)仍認為(wei)兩者(zhe)是完全相(xiang)(xiang)同的(de)物(wu)質。另一(yi)德國(guo)(guo)化學(xue)(xue)家海因里希(xi)·羅澤（Heinrich Rose）在1846年駁斥這一(yi)結論，并稱原先的(de)鉭(tan)鐵礦樣本中還存在著另外兩種(zhong)元素(su)。他(ta)以希(xi)臘神話(hua)中坦(tan)塔洛斯的(de)女兒(er)尼俄伯(bo)（Niobe，淚水女神）和(he)(he)(he)兒(er)子珀羅普斯（Pelops）把這兩種(zhong)元素(su)分(fen)(fen)別(bie)命名為(wei)“Niobium”（鈮(ni)(ni)）和(he)(he)(he)“Pelopium”。鉭(tan)和(he)(he)(he)鈮(ni)(ni)的(de)差別(bie)細(xi)微(wei)，而(er)因此得(de)出的(de)新“元素(su)”Pelopium、Ilmenium和(he)(he)(he)Dianium實際(ji)上(shang)都(dou)只是鈮(ni)(ni)或者(zhe)鈮(ni)(ni)鉭(tan)混合物(wu)。

1864年，克利(li)斯蒂安·威廉(lian)·布隆斯特(te)蘭（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨利(li)·愛丁·圣克萊爾·德維爾和(he)路(lu)易·約(yue)瑟夫(fu)·特(te)羅斯特(te)（Louis Joseph Troost）明確證(zheng)(zheng)明了鉭和(he)鈮是兩種不同(tong)的(de)化學元素，并確定了一些相關化合物的(de)化學公式。瑞士化學家讓(rang)-夏(xia)爾·加(jia)利(li)薩·德馬里尼(ni)亞（Jean Charles Galissard de Marignac）在1866年進一步證(zheng)(zheng)實除鉭和(he)鈮以外別無其他元素。然(ran)而直到1871年還有科學家發表有關Ilmenium的(de)文(wen)章。

1864年，德馬(ma)里尼亞在氫氣中對氯化(hua)鈮(ni)(ni)進行還原反應，首(shou)次制(zhi)成鈮(ni)(ni)金屬。雖然他在1866年已能(neng)夠(gou)制(zhi)備不含鉭的(de)(de)鈮(ni)(ni)金屬，但要直到20世紀初(chu)，鈮(ni)(ni)才開(kai)始(shi)有商業上的(de)(de)應用(yong)：電燈泡燈絲(si)(si)。鈮(ni)(ni)很(hen)快就被鎢淘(tao)汰了，因(yin)為(wei)鎢的(de)(de)熔(rong)點比鈮(ni)(ni)更(geng)高，更(geng)適合作燈絲(si)(si)材料(liao)。1920年代，人們發現鈮(ni)(ni)可以加強鋼(gang)材，這(zhe)(zhe)成為(wei)鈮(ni)(ni)一直以來的(de)(de)主要用(yong)途。貝爾實驗室的(de)(de)尤金·昆茲勒（Eugene Kunzler）等人發現，鈮(ni)(ni)錫在強電場(chang)、磁(ci)場(chang)環(huan)境下(xia)仍能(neng)保(bao)持超(chao)導性，這(zhe)(zhe)使鈮(ni)(ni)錫成為(wei)第一種能(neng)承受高電流和(he)磁(ci)場(chang)的(de)(de)物質，可用(yong)于(yu)大(da)功率磁(ci)鐵和(he)電動機械。這(zhe)(zhe)一發現促使了20年后多股長電纜的(de)(de)生產。這(zhe)(zhe)種電纜在繞成線圈后可形成大(da)型強電磁(ci)鐵，用(yong)在旋轉機械、粒子(zi)加速器(qi)和(he)粒子(zi)探測器(qi)當(dang)中。

純(chun)凈的金屬(shu)樣本(ben)在(zai)1864年由Christian Blomstrand制取，他用氫氣加熱還(huan)原(yuan)氯化鈮實現。

元素簡介

元素信息

一(yi)種(zhong)(zhong)金(jin)屬元素(su)(su)(su)。鈮(ni)能吸收氣(qi)體，用(yong)作除氣(qi)劑，也是一(yi)種(zhong)(zhong)良好的(de)(de)超導體。舊(jiu)稱“鈳”。化(hua)(hua)學符號(hao)Nb，原子序(xu)數41，原子量(liang)92.90638，屬周期系(xi)ⅤB族。1801年英(ying)國查爾斯·哈切特(te)（Charles·Hatchett）在(zai)(zai)(zai)研究倫敦大英(ying)博物館中(zhong)收藏(zang)的(de)(de)鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)分離出(chu)一(yi)種(zhong)(zhong)新元素(su)(su)(su)的(de)(de)氧化(hua)(hua)物，并命(ming)名(ming)該元素(su)(su)(su)為(wei)columbium（中(zhong)譯名(ming)鈳）。1802年瑞(rui)典A.G.厄克貝里在(zai)(zai)(zai)鉭(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)發(fa)現另一(yi)種(zhong)(zhong)新元素(su)(su)(su)tantalum。由于這(zhe)兩種(zhong)(zhong)元素(su)(su)(su)性質上非常相似(si)，不少(shao)人認(ren)為(wei)它們是同一(yi)種(zhong)(zhong)元素(su)(su)(su)。由于它與鉭(tan)非常相似(si)，起初他竟搞混了。1844年德(de)意志(zhi)H.羅澤詳細(xi)研究了許多鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)和鉭(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)，分離出(chu)兩種(zhong)(zhong)元素(su)(su)(su)，才澄清了事實真(zhen)相。最(zui)后查爾斯·哈切特(te)用(yong)神(shen)話(hua)中(zhong)的(de)(de)女神(shen)尼俄伯（Niobe）的(de)(de)名(ming)字命(ming)名(ming)了該元素(su)(su)(su)。在(zai)(zai)(zai)歷史上，最(zui)初人們用(yong)鈮(ni)所在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)的(de)(de)名(ming)字“columbium”來稱呼鈮(ni)。鈮(ni)在(zai)(zai)(zai)地(di)殼中(zhong)的(de)(de)含量(liang)為(wei)0.002%，鈮(ni)在(zai)(zai)(zai)地(di)殼中(zhong)的(de)(de)自然儲量(liang)為(wei)520萬噸，可開采儲量(liang)440萬噸，主要礦(kuang)(kuang)(kuang)物有鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)、燒綠(lv)石和黑稀金(jin)礦(kuang)(kuang)(kuang)、褐釔鈮(ni)礦(kuang)(kuang)(kuang)、鉭(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)、鈦鈮(ni)鈣鈰礦(kuang)(kuang)(kuang)。

同位素

自然產生的鈮由(you)一種穩(wen)(wen)定(ding)同(tong)位(wei)(wei)素(su)(su)組成：93Nb。截至2003年，已合成的放射性同(tong)位(wei)(wei)素(su)(su)共有至少32種，原子量在81和113之間。其(qi)中最穩(wen)(wen)定(ding)的是92Nb，半衰期有3470萬年；113Nb是最不穩(wen)(wen)定(ding)的同(tong)位(wei)(wei)素(su)(su)之一，其(qi)半衰期估計只有30毫秒。比(bi)93Nb更輕的同(tong)位(wei)(wei)素(su)(su)一般進(jin)行β+衰變(bian)，比(bi)它重(zhong)的則會(hui)(hui)進(jin)行β-衰變(bian)。例外(wai)包括：81Nb、82Nb和84Nb會(hui)(hui)進(jin)行少量β緩(huan)發(fa)質子發(fa)射，91Nb會(hui)(hui)進(jin)行電(dian)子捕獲(huo)和正電(dian)子發(fa)射，而92Nb會(hui)(hui)同(tong)時進(jin)行正電(dian)子（β+）和電(dian)子（β-）發(fa)射。

已知的(de)(de)核素(su)共有(you)25種，質量數介(jie)乎84至104。這個質量區間(jian)內的(de)(de)同(tong)(tong)位素(su)中，只有(you)96Nb、101Nb和(he)103Nb不具有(you)同(tong)(tong)核異構(gou)體(ti)。最穩定的(de)(de)鈮(ni)同(tong)(tong)核異構(gou)體(ti)是93mNb，半(ban)衰期為16.13年；最不穩定的(de)(de)是84mNb，半(ban)衰期為103納(na)秒。除(chu)92m1Nb進行少量電(dian)子捕獲(huo)之外，所有(you)同(tong)(tong)核異構(gou)體(ti)的(de)(de)衰變方式都是同(tong)(tong)核異構(gou)體(ti)轉換或(huo)β衰變。

相關資料

元素符號：Nb

元素英文(wen)名(ming)稱：niobium

元素類型：金屬元素

原子體積(ji)：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(han)量：0.0000009(ppm)

地(di)殼中含量：20（ppm）

相對原子質(zhi)量：92.90638

原子序數：41

所屬周期：5

所屬族數：VB

核(he)外電子排布：1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1

電子層(ceng)排布：2，8，18，12，1

晶體結構：晶胞(bao)為體心立方晶胞(bao)，每個晶胞(bao)含(han)有2個金屬原子(zi)。

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(zhu)要），-3，-1，0，+1，+2，+3，+4

莫氏硬度：6

聲音在其(qi)中的傳播速率：3480（m/s）

電離能(neng)(kJ/mol)

M - M+ 664

M+ - M2+ 1382

M2+ - M3+ 2416

M3+ - M4+ 3695

M4+ - M5+ 4877

M5+ - M6+ 9899

M6+ - M7+ 12100

物理化學性質

物理性質

鈮(ni)是灰(hui)白(bai)色(se)金屬，熔點2468℃，沸(fei)點4742℃，密度8.57g/cm3。鈮(ni)是一(yi)種帶光澤的(de)灰(hui)色(se)金屬，具有(you)順磁性，高純度鈮(ni)金屬的(de)延展性較高，但會隨雜質含量的(de)增(zeng)加而變硬。它(ta)的(de)最(zui)外電(dian)子層排(pai)布和其他的(de)5族(zu)元(yuan)素非常不同。同樣的(de)現象(xiang)也出現在前(qian)后(hou)的(de)釕（44）、銠（45）和鈀（46）元(yuan)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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