鈮

鈮 niobium一種化學元素。化學符號Nb,原子序數41,原子量92.90638,屬周期系ⅤB族。1801年英國C.哈切特從鈮鐵礦中分離出一種新元素的氧化物,並命名該元素為columbium(中譯名鈳)。

  • 中文名稱
  • 面板
    灰白色金屬
  • 密度
    8.57克/立方釐米
  • 熔點
    2468℃
  • 部首
  • 原子量
    92.90638
  • 原子序數
    41
  • 化學符號
    Nb
  • 英文名
    niobium
  • 沸點
    4742℃
  • CAS號
    7440-03-1
  • 套用
    包套材料以及航空、宇航工業中熱防護和結構材料
  • 水溶性
    不溶于水
  • 拼音

元素簡介

元素信息

一種金屬元素。鈮能吸收氣體,用作除氣劑,也是一種良好的超導體。舊稱"鈳"。化學符號Nb,原子序數41,原子量92.90638,屬周期系ⅤB族。1801年英國查爾斯·哈切特(Charles·Hatchett)在研究倫敦大英博物館中收藏的鈮鐵礦中分離出一種新元素的氧化物,並命名該元素為columbium(中譯名鈳)。1802年瑞典A.G.厄克貝裏在鉭鐵礦中發現另一種新元素 tantalum。由于這兩種元素性質上非常相似,不少人認為它們是同一種元素。由于它與鉭非常相似,起初他竟搞混了。1844年德意志H.羅澤詳細研究了許多鈮鐵礦和鉭鐵礦,分離出兩種元素,才澄清了事實真相。最後查爾斯·哈切特用神話中的女神尼俄伯(Niobe)的名字命名了該元素。在歷史上,最初人們用鈮所在的鈮鐵礦的名字"columbium"來稱呼鈮。鈮 在地殼中的含量為0.002%,鈮在地殼中的自然儲量為520萬噸,可開採儲量440萬噸, 主要礦物有鈮鐵礦〔(Fe,Mn)(Nb,Ta)2Ob〕、燒綠石〔(Ca,Na)2(Nb,Ta,Ti)2O6(OH,F)〕和黑稀金礦、褐釔鈮礦、鉭鐵礦、鈦鈮鈣鈰礦。

鈮

CAS號:2023-50-5

字型信息

拼音:nǐ ní 繁體字:鈮

部首:釒,部外筆畫:5,總筆畫:10 ; 繁體部首:金,部外筆畫:5,總筆畫:13

鈮條鈮條

五筆86&98:QNXN 倉頡:XCSP

筆順編號:3111551335 四角號碼:87712 UniCode:CJK 統一漢字 U+94CC

歷史簡介

當于1801年考察在大英博物館的礦石時,Charles Hatchett被一個標簽為columbite(鈳鐵礦)的樣本激起了興趣。他推測其包含一種新的金屬,他是對的。他加熱一塊樣本與碳酸鉀,溶解產物到水中,增加了酸後獲得了沉淀物。然而,進一步的處理也沒能生產出元素本身,他命名其為columbium(鈳--鈮元素的舊譯),被人們已知多年。

其他人對則對鈳持懷疑態度,尤其是在接下來的一年發現了鉭之後。這些金屬在大自然中一起出現,而且很難分離。在1844年德國化學家Heinrich Rose證明了鈳鐵礦包含了這兩種元素,他把columbium(鈳)命名為niobium(鈮)。

當時,科學家未能有效地把鈳(鈮)和性質極為相似的鉭區分開來。1809年,英國化學家威廉·海德·沃拉斯頓(William Hyde Wollaston)對鈳和鉭的氧化物進行比較,得出兩者的密度分別為5.918g/cm及超過8g/cm。雖然密度值相差巨大,但他仍認為兩者是完全相同的物質。另一德國化學家海因裏希·羅澤(Heinrich Rose)在1846年駁斥這一結論,並稱原先的鉭鐵礦樣本中還存在著另外兩種元素。他以希臘神話中坦塔洛斯的女兒尼俄伯(Niobe,淚水女神)和兒子珀羅普斯(Pelops)把這兩種元素分別命名為"Niobium"(鈮)和"Pelopium"。鉭和鈮的差別細微,而因此得出的新"元素"Pelopium、Ilmenium和Dianium實際上都隻是鈮或者鈮鉭混合物。

1864年,克利斯蒂安·威廉·布隆斯特蘭(Christian Wilhelm Blomstrand)、亨利·愛丁·聖克萊爾·德維爾和路易·約瑟夫·特羅斯特(Louis Joseph Troost)明確證明了鉭和鈮是兩種不同的化學元素,並確定了一些相關化合物的化學公式。瑞士化學家讓-夏爾·加利薩·德馬裏尼亞(Jean Charles Galissard de Marignac)在1866年進一步證實除鉭和鈮以外別無其他元素。然而直到1871年還有科學家發表有關Ilmenium的文章。

1864年,德馬裏尼亞在氫氣中對氯化鈮進行還原反應,首次製成鈮金屬。雖然他在1866年已能夠製備不含鉭的鈮金屬,但要直到20世紀初,鈮才開始有商業上的套用:電燈泡燈絲。鈮很快就被鎢淘汰了,因為鎢的熔點比鈮更高,更適合作燈絲材料。1920年代,人們發現鈮可以加強鋼材,這成為鈮一直以來的主要用途。貝爾實驗室的尤金·昆茲勒(Eugene Kunzler)等人發現,鈮錫在強電場、磁場環境下仍能保持超導性,這使鈮錫成為第一種能承受高電流和磁場的物質,可用于大功率磁鐵和電動機械。這一發現促使了20年後多股長電纜的生產。這種電纜在繞成線圈後可形成大型強電磁鐵,用在旋轉機械、粒子加速器和粒子探測器當中。

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

命名

"Columbium"(鈳,符號Cb)是哈契特對新元素所給的最早命名。這一名稱在美國一直有廣泛的使用,美國化學學會在1953年出版了最後一篇標題含有"鈳"的論文;"鈮"則在歐洲通用。1949年在阿姆斯特丹舉辦的化學聯合會第15屆會議最終決定以"鈮"作為第41號元素的正式命名。翌年,國際純粹與套用化學聯合會(IUPAC)也採納了這一命名,結束了一個世紀來的命名分歧,盡管"鈳"的使用時間更早。這可算是一種妥協:IUPAC依北美的用法選擇"Tungsten"而非歐洲所用的"Wolfram"作為鎢的命名,並在鈮的命名上以歐洲的用法為先。具權威性的化學學會和政府機構都一般以IUPAC正式命名稱之,但美國地質調查局以及冶金業、金屬學會等組織至今仍使用舊名"鈳"。

元素性質

鈮是灰白色金屬,熔點2468℃,沸點4742℃,密度8.57克/立方釐米。室溫下鈮在空氣中穩定,在氧氣中紅熱時也不被完全氧化,高溫下與硫、氮 、碳直接化合 ,能與鈦 、、鉿、鎢形成合金。不與無機酸或鹼作用,也不溶于王水,但可溶于氫氟酸。鈮的氧化態為-1、+ 2、+3、+4和+5,其中以+5價化合物最穩定。

相關資料

元素符號:Nb

電子束熔煉的鈮錠電子束熔煉的鈮錠

元素英文名稱:niobium

元素類型:金屬元素

原子體積:10.87 (立方釐米/摩爾)

元素在太陽中的含量: 0.004 (ppm)

元素在海水中的含量:0.0000009 (ppm)

地殼中含量:20(ppm)

相對原子質量:92.90638

原子序數:41

所屬周期:5

所屬族數:VB

電子層排布:2-8-18-11-2

晶體結構:晶胞為體心立方晶胞,每個晶胞含有2個金屬原子。

晶胞參數:a = 330.04 pm, b = 330.04 pm, c = 330.04 pm, α = 90°, β = 90°, γ = 90°

氧化態:Main Nb+5 ,Other Nb-3, Nb-1, Nb+1, Nb+2, Nb+3, Nb+4

莫氏硬度:6

聲音在其中的傳播速率:3480(m/S)

電離能 (kJ /mol)

M - M+ 664

M+ - M2+ 1382

M2+ - M3+ 2416

M3+ - M4+ 3695

M4+ - M5+ 4877

M5+ - M6+ 9899

M6+ - M7+ 12100

性質

物理性質

鈮是一種帶光澤的灰色金屬,具有順磁性,屬于元素周期表上的5族。高純度鈮金屬的延展性較高,但會隨雜質含量的增加而變硬。它的最外電子層排布和其他的5族元素非常不同。同樣的現象也出現在前後的釕(44)、(45)和鈀(46)元素上。

Z元素每層電子數
232, 8, 11, 2
412, 8, 18, 12, 1
732, 8, 18, 32, 11, 2
1052, 8, 18, 32, 32, 11, 2(預測)

鈮在低溫狀態下會呈現超導體性質。在標準大氣壓力下,它的臨界溫度為9.2K,是所有單質超導體中最高的。其磁穿透深度也是所有元素中最高的。鈮是三種單質第II類超導體之一,其他兩種分別為釩和。鈮金屬的純度會大大影響其超導性質 。

鈮對于熱中子的捕獲截面很低,因此在核工業上有相當的用處。

化學性質

鈮金屬室溫下在空氣中是極其穩定的,不與空氣作用。雖然它在單質狀態下的熔點較高(2,468°C),但其密度卻比其他難熔金屬低。鈮還能抵御各種侵蝕,並能形成介電氧化層。

鈮的電正性比位于其左邊的元素低。其原子大小和位于其下方的鉭元素原子幾乎相同,這是鑭系收縮效應所造成的。這使得鈮的化學性質與鉭非常相近。雖然它的抗腐蝕性沒有鉭這麽高,但是它價格更低,也更為常見,所以在要求較低的情況下常用以代替鉭,例如作化工廠化學物槽內塗層物料。

同位素

主條目:鈮的同位素。

自然產生的鈮由一種穩定同位素組成:Nb。截至2003年,已合成的放射性同位素共有至少32種,原子量在81和113之間。其中最穩定的是Nb,半衰期有3470萬年;Nb是最不穩定的同位素之一,其半衰期估計隻有30毫秒。比Nb更輕的同位素一般進行β衰變,比它重的則會進行β衰變。例外包括:Nb、Nb和Nb會進行少量β緩發質子發射,Nb會進行電子捕獲和正電子發射,而Nb會同時進行正電子(β)和電子(β)發射。

已知的同核異構體共有25種,質量數介乎84至104。這個質量區間內的同位素中,隻有Nb、Nb和Nb不具有同核異構體。最穩定的鈮同核異構體是Nb,半衰期為16.13年;最不穩定的是Nb,半衰期為103納秒。除Nb進行少量電子捕獲之外

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