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鈮(ni)（Niobium），化學(xue)符號Nb，原子(zi)序數(shu)為41，是一種過(guo)渡金屬(shu)元素。鈮(ni)單質(zhi)是一種帶光澤(ze)的(de)(de)灰(hui)色金屬(shu)。高純度鈮(ni)金屬(shu)的(de)(de)延展性較(jiao)高，但會隨雜質(zhi)含量的(de)(de)增加(jia)而變硬。鈮(ni)對(dui)于熱中子(zi)的(de)(de)捕獲(huo)截(jie)面很低，因此在核工業上有相(xiang)當的(de)(de)用處(chu)。

發現歷史

當于(yu)1801年考察在大英博(bo)物(wu)館的(de)(de)礦(kuang)石時(shi)，Charles Hatchett被(bei)一個標簽為(wei)columbite（鈳鐵(tie)礦(kuang)）的(de)(de)樣本激起(qi)了興趣。他(ta)推測其包含一種新的(de)(de)金屬，他(ta)是(shi)對的(de)(de)。他(ta)加(jia)熱一塊樣本與碳(tan)酸鉀，溶解產(chan)物(wu)到水中，添加(jia)了酸后(hou)獲得了沉淀物(wu)。然而，進一步的(de)(de)處(chu)理也沒能生產(chan)出元素本身，他(ta)命名其為(wei)columbium（鈳——鈮(ni)元素的(de)(de)舊譯(yi)），被(bei)人們(men)已知多年。

其他人則對(dui)鈳(ke)持(chi)懷(huai)疑態度，尤(you)其是在(zai)接下來(lai)的(de)一(yi)年(nian)發現(xian)了鉭之(zhi)后。這(zhe)(zhe)些金屬在(zai)大自然中一(yi)起出(chu)現(xian)，而(er)且(qie)很難分離。在(zai)1844年(nian)德(de)國化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)家Heinrich Rose證明(ming)了鈳(ke)鐵礦包含了這(zhe)(zhe)兩種元(yuan)素，他把columbium（鈳(ke)）命(ming)(ming)名為(wei)niobium（鈮）。“Columbium”（鈳(ke)，符號(hao)Cb）是哈契(qi)特(te)對(dui)新元(yuan)素所(suo)給的(de)最早(zao)命(ming)(ming)名。這(zhe)(zhe)一(yi)名稱(cheng)在(zai)美(mei)(mei)國一(yi)直有廣泛(fan)的(de)使用(yong)(yong)，美(mei)(mei)國化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)學(xue)(xue)會在(zai)1953年(nian)出(chu)版了最后一(yi)篇標題含有“鈳(ke)”的(de)論文；“鈮”則在(zai)歐洲(zhou)(zhou)通用(yong)(yong)。1949年(nian)在(zai)阿姆斯特(te)丹(dan)舉(ju)辦的(de)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)聯合(he)會第(di)15屆(jie)會議最終決(jue)定以(yi)“鈮”作(zuo)為(wei)第(di)41號(hao)元(yuan)素的(de)正式命(ming)(ming)名。翌年(nian)，國際純粹與應(ying)用(yong)(yong)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)聯合(he)會（IUPAC）也采(cai)納了這(zhe)(zhe)一(yi)命(ming)(ming)名，結(jie)束了一(yi)個世紀(ji)來(lai)的(de)命(ming)(ming)名分歧，盡管“鈳(ke)”的(de)使用(yong)(yong)時間更早(zao)。這(zhe)(zhe)可算是一(yi)種妥協(xie)：IUPAC依北美(mei)(mei)的(de)用(yong)(yong)法(fa)選擇“Tungsten”而(er)非歐洲(zhou)(zhou)所(suo)用(yong)(yong)的(de)“Wolfram”作(zuo)為(wei)鎢(wu)的(de)命(ming)(ming)名，并(bing)在(zai)鈮的(de)命(ming)(ming)名上以(yi)歐洲(zhou)(zhou)的(de)用(yong)(yong)法(fa)為(wei)先。具權威性的(de)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)學(xue)(xue)會和政府機構都一(yi)般以(yi)IUPAC正式命(ming)(ming)名稱(cheng)之(zhi)，但美(mei)(mei)國地質調查局以(yi)及冶金業(ye)、金屬學(xue)(xue)會等組織至今仍(reng)使用(yong)(yong)舊名“鈳(ke)”。

當時(shi)，科學家(jia)未能有(you)效(xiao)地(di)把鈳（鈮(ni)）和(he)性質極(ji)為相(xiang)(xiang)似(si)的(de)(de)鉭(tan)區分開來。1809年，英國(guo)化學家(jia)威廉·海德·沃拉斯(si)頓（William Hyde Wollaston）對(dui)鈳和(he)鉭(tan)的(de)(de)氧化物進行(xing)比較，得(de)出兩(liang)者的(de)(de)密度分別為5.918g/cm3及(ji)超過16.6g/cm3。雖(sui)然密度值相(xiang)(xiang)差巨大(da)，但(dan)他仍認為兩(liang)者是完全相(xiang)(xiang)同的(de)(de)物質。另一德國(guo)化學家(jia)海因(yin)里希·羅(luo)澤（Heinrich Rose）在(zai)(zai)1846年駁(bo)斥(chi)這(zhe)一結論，并稱原先的(de)(de)鉭(tan)鐵礦樣本中還存在(zai)(zai)著另外兩(liang)種元素。他以希臘(la)神話中坦塔洛斯(si)的(de)(de)女兒(er)尼俄(e)伯（Niobe，淚水女神）和(he)兒(er)子珀羅(luo)普斯(si)（Pelops）把這(zhe)兩(liang)種元素分別命名(ming)為“Niobium”（鈮(ni)）和(he)“Pelopium”。鉭(tan)和(he)鈮(ni)的(de)(de)差別細(xi)微，而因(yin)此得(de)出的(de)(de)新“元素”Pelopium、Ilmenium和(he)Dianium實際(ji)上都(dou)只是鈮(ni)或者鈮(ni)鉭(tan)混合物。

1864年(nian)，克(ke)利斯蒂安·威廉·布隆斯特蘭（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨利·愛(ai)丁·圣克(ke)萊爾(er)(er)·德維(wei)爾(er)(er)和(he)(he)路易·約瑟(se)夫·特羅斯特（Louis Joseph Troost）明(ming)確證(zheng)明(ming)了(le)鉭(tan)和(he)(he)鈮(ni)是兩種不(bu)同的(de)化(hua)學元素(su)，并確定了(le)一些相(xiang)關(guan)化(hua)合(he)物的(de)化(hua)學公式。瑞士化(hua)學家讓(rang)-夏爾(er)(er)·加利薩·德馬里尼亞（Jean Charles Galissard de Marignac）在(zai)1866年(nian)進一步證(zheng)實除鉭(tan)和(he)(he)鈮(ni)以(yi)外別(bie)無其(qi)他元素(su)。然(ran)而直到1871年(nian)還有(you)科學家發表有(you)關(guan)Ilmenium的(de)文(wen)章。

1864年(nian)，德馬里尼(ni)亞在(zai)氫氣中對氯化鈮(ni)進行還原(yuan)反應(ying)，首次(ci)制成鈮(ni)金屬。雖然他在(zai)1866年(nian)已(yi)能(neng)夠制備不含(han)鉭的(de)鈮(ni)金屬，但要直到(dao)20世紀初(chu)，鈮(ni)才開始(shi)有商業上的(de)應(ying)用(yong)：電(dian)燈泡燈絲(si)(si)。鈮(ni)很快(kuai)就被(bei)鎢淘汰了，因為鎢的(de)熔點比鈮(ni)更高，更適(shi)合作燈絲(si)(si)材料(liao)。1920年(nian)代，人們發現(xian)鈮(ni)可以加強鋼(gang)材，這成為鈮(ni)一(yi)直以來的(de)主要用(yong)途。貝(bei)爾(er)實驗室的(de)尤(you)金·昆茲勒(le)（Eugene Kunzler）等人發現(xian)，鈮(ni)錫在(zai)強電(dian)場、磁場環境下(xia)仍能(neng)保持(chi)超導性，這使鈮(ni)錫成為第(di)一(yi)種能(neng)承受(shou)高電(dian)流和磁場的(de)物質，可用(yong)于大(da)(da)功率磁鐵和電(dian)動(dong)機械。這一(yi)發現(xian)促使了20年(nian)后多股長(chang)電(dian)纜的(de)生產。這種電(dian)纜在(zai)繞(rao)成線圈(quan)后可形(xing)成大(da)(da)型(xing)強電(dian)磁鐵，用(yong)在(zai)旋轉機械、粒子(zi)加速(su)器(qi)和粒子(zi)探測器(qi)當中。

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

元素簡介

元素信息

一種(zhong)(zhong)金屬(shu)元(yuan)素(su)(su)。鈮(ni)(ni)(ni)能吸收氣體(ti)，用(yong)作除氣劑，也是一種(zhong)(zhong)良好的(de)超(chao)導體(ti)。舊稱“鈳”。化(hua)學符號Nb，原(yuan)子序數(shu)41，原(yuan)子量92.90638，屬(shu)周期系ⅤB族。1801年(nian)英國查爾斯(si)·哈切特（Charles·Hatchett）在研究倫敦大英博物館中(zhong)收藏的(de)鈮(ni)(ni)(ni)鐵(tie)礦(kuang)中(zhong)分離出(chu)一種(zhong)(zhong)新元(yuan)素(su)(su)的(de)氧化(hua)物，并命(ming)(ming)名該(gai)元(yuan)素(su)(su)為(wei)(wei)columbium（中(zhong)譯名鈳）。1802年(nian)瑞典A.G.厄克貝里(li)在鉭(tan)鐵(tie)礦(kuang)中(zhong)發現另(ling)一種(zhong)(zhong)新元(yuan)素(su)(su)tantalum。由(you)于這兩(liang)種(zhong)(zhong)元(yuan)素(su)(su)性質上非(fei)常(chang)相似，不少人(ren)認為(wei)(wei)它們是同一種(zhong)(zhong)元(yuan)素(su)(su)。由(you)于它與鉭(tan)非(fei)常(chang)相似，起初他竟搞混了(le)(le)。1844年(nian)德意志H.羅(luo)澤詳細研究了(le)(le)許多鈮(ni)(ni)(ni)鐵(tie)礦(kuang)和(he)鉭(tan)鐵(tie)礦(kuang)，分離出(chu)兩(liang)種(zhong)(zhong)元(yuan)素(su)(su)，才澄清了(le)(le)事實真相。最(zui)后查爾斯(si)·哈切特用(yong)神(shen)話中(zhong)的(de)女(nv)神(shen)尼(ni)俄伯（Niobe）的(de)名字命(ming)(ming)名了(le)(le)該(gai)元(yuan)素(su)(su)。在歷史上，最(zui)初人(ren)們用(yong)鈮(ni)(ni)(ni)所在的(de)鈮(ni)(ni)(ni)鐵(tie)礦(kuang)的(de)名字“columbium”來稱呼鈮(ni)(ni)(ni)。鈮(ni)(ni)(ni)在地殼中(zhong)的(de)含量為(wei)(wei)0.002%，鈮(ni)(ni)(ni)在地殼中(zhong)的(de)自然儲(chu)量為(wei)(wei)520萬噸(dun)，可開采儲(chu)量440萬噸(dun)，主要礦(kuang)物有鈮(ni)(ni)(ni)鐵(tie)礦(kuang)、燒綠石和(he)黑(hei)稀金礦(kuang)、褐釔鈮(ni)(ni)(ni)礦(kuang)、鉭(tan)鐵(tie)礦(kuang)、鈦(tai)鈮(ni)(ni)(ni)鈣鈰礦(kuang)。

同位素

自然產(chan)生(sheng)的(de)鈮(ni)由一(yi)種穩定(ding)同(tong)位素(su)組成：93Nb。截至2003年，已合成的(de)放射性(xing)同(tong)位素(su)共有(you)至少32種，原子(zi)量在81和113之(zhi)間(jian)。其中最(zui)穩定(ding)的(de)是92Nb，半衰期有(you)3470萬年；113Nb是最(zui)不穩定(ding)的(de)同(tong)位素(su)之(zhi)一(yi)，其半衰期估計只(zhi)有(you)30毫秒。比93Nb更輕的(de)同(tong)位素(su)一(yi)般進行(xing)β+衰變(bian)，比它重的(de)則(ze)會(hui)(hui)進行(xing)β-衰變(bian)。例外(wai)包(bao)括：81Nb、82Nb和84Nb會(hui)(hui)進行(xing)少量β緩(huan)發質子(zi)發射，91Nb會(hui)(hui)進行(xing)電(dian)(dian)子(zi)捕獲和正電(dian)(dian)子(zi)發射，而92Nb會(hui)(hui)同(tong)時進行(xing)正電(dian)(dian)子(zi)（β+）和電(dian)(dian)子(zi)（β-）發射。

已知的(de)(de)核(he)素(su)共有25種(zhong)，質(zhi)量(liang)數介乎(hu)84至104。這個質(zhi)量(liang)區間內(nei)的(de)(de)同位素(su)中，只有96Nb、101Nb和103Nb不具有同核(he)異構(gou)(gou)體。最穩(wen)定的(de)(de)鈮同核(he)異構(gou)(gou)體是93mNb，半衰(shuai)期為16.13年；最不穩(wen)定的(de)(de)是84mNb，半衰(shuai)期為103納(na)秒。除92m1Nb進行少(shao)量(liang)電子捕(bu)獲(huo)之外，所(suo)有同核(he)異構(gou)(gou)體的(de)(de)衰(shuai)變方式都是同核(he)異構(gou)(gou)體轉換(huan)或(huo)β衰(shuai)變。

相關資料

元素符號：Nb

元素英文名(ming)稱：niobium

元素類型：金屬元素

原子體積：10.87cm3/mol

元素(su)在(zai)太陽(yang)中的(de)含量:0.004(ppm)

元素在海水中的含量(liang)：0.0000009(ppm)

地殼中含(han)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

電子層排(pai)布(bu)：2，8，18，12，1

晶體(ti)結構：晶胞(bao)為體(ti)心立方晶胞(bao)，每個晶胞(bao)含有2個金屬原子。

晶(jing)胞參數(shu)：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

聲音(yin)在其(qi)中的傳播速率(lv)：3480（m/s）

電離(li)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)是灰白色金屬(shu)，熔點2468℃，沸(fei)點4742℃，密度8.57g/cm3。鈮(ni)是一種帶(dai)光澤的(de)灰色金屬(shu)，具有順磁性，高純度鈮(ni)金屬(shu)的(de)延(yan)展(zhan)性較高，但會隨雜質含量(liang)的(de)增加而變硬。它(ta)的(de)最外電(dian)子層排(pai)布(bu)和其他的(de)5族元素非(fei)常不同(tong)。同(tong)樣的(de)現象也出現在前后的(de)釕(liao)（44）、銠（45）和鈀（46）元素上(shang)。

鈮

Z 元素(su) 每層電(dian)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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