鈮（Niobium），化學(xué)符號(hào)Nb，原子序數(shù)為41，是一種過渡金屬元素。鈮單質(zhì)是一種帶光澤的灰色金屬。高純度鈮金屬的延展性較高，但會(huì)隨雜質(zhì)含量的增加而變硬。鈮對(duì)于熱中子的捕獲截面很低，因此在核工業(yè)上有相當(dāng)?shù)挠锰帯?/p>

發(fā)現(xiàn)歷史

當(dāng)于1801年考察在大英博物館的礦石時(shí)，Charles Hatchett被一個(gè)標(biāo)簽為columbite（鈳鐵礦）的樣本激起了興趣。他推測(cè)其包含一種新的金屬，他是對(duì)的。他加熱一塊樣本與碳酸鉀，溶解產(chǎn)物到水中，添加了酸后獲得了沉淀物。然而，進(jìn)一步的處理也沒能生產(chǎn)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。

其他人則對(duì)鈳持懷疑態(tài)度，尤其是在接下來的一年發(fā)現(xiàn)了鉭之后。這些金屬在大自然中一起出現(xiàn)，而且很難分離。在1844年德國(guó)化學(xué)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）?！癈olumbium”（鈳，符號(hào)Cb）是哈契特對(duì)新元素所給的最早命名。這一名稱在美國(guó)一直有廣泛的使用，美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)在1953年出版了最后一篇標(biāo)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(xué)聯(lián)合會(huì)第15屆會(huì)議最終決定以“鈮”作為第41號(hào)元素的正式命名。翌年，國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）也采納了這一命名，結(jié)束了一個(gè)世紀(jì)來的命名分歧，盡管“鈳”的使用時(shí)間更早。這可算是一種妥協(xié)：IUPAC依北美的用法選擇“Tungsten”而非歐洲所用的“Wolfram”作為鎢的命名，并在鈮的命名上以歐洲的用法為先。具權(quán)威性的化學(xué)學(xué)會(huì)和政府機(jī)構(gòu)都一般以IUPAC正式命名稱之，但美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局以及冶金業(yè)、金屬學(xué)會(huì)等組織至今仍使用舊名“鈳”。

當(dāng)時(shí)，科學(xué)家未能有效地把鈳（鈮）和性質(zhì)極為相似的鉭區(qū)分開來。1809年，英國(guó)化學(xué)家威廉·海德·沃拉斯頓（William Hyde Wollaston）對(duì)鈳和鉭的氧化物進(jìn)行比較，得出兩者的密度分別為5.918g/cm3及超過16.6g/cm3。雖然密度值相差巨大，但他仍認(rèn)為兩者是完全相同的物質(zhì)。另一德國(guó)化學(xué)家海因里?！ち_澤（Heinrich Rose）在1846年駁斥這一結(jié)論，并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(xì)微，而因此得出的新“元素”Pelopium、Ilmenium和Dianium實(shí)際上都只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·圣克萊爾·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(xué)元素，并確定了一些相關(guān)化合物的化學(xué)公式。瑞士化學(xué)家讓-夏爾·加利薩·德馬里尼亞（Jean Charles Galissard de Marignac）在1866年進(jìn)一步證實(shí)除鉭和鈮以外別無其他元素。然而直到1871年還有科學(xué)家發(fā)表有關(guān)Ilmenium的文章。

1864年，德馬里尼亞在氫氣中對(duì)氯化鈮進(jìn)行還原反應(yīng)，首次制成鈮金屬。雖然他在1866年已能夠制備不含鉭的鈮金屬，但要直到20世紀(jì)初，鈮才開始有商業(yè)上的應(yīng)用：電燈泡燈絲。鈮很快就被鎢淘汰了，因?yàn)殒u的熔點(diǎn)比鈮更高，更適合作燈絲材料。1920年代，人們發(fā)現(xiàn)鈮可以加強(qiáng)鋼材，這成為鈮一直以來的主要用途。貝爾實(shí)驗(yàn)室的尤金·昆茲勒（Eugene Kunzler）等人發(fā)現(xiàn)，鈮錫在強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)環(huán)境下仍能保持超導(dǎo)性，這使鈮錫成為第一種能承受高電流和磁場(chǎng)的物質(zhì)，可用于大功率磁鐵和電動(dòng)機(jī)械。這一發(fā)現(xiàn)促使了20年后多股長(zhǎng)電纜的生產(chǎn)。這種電纜在繞成線圈后可形成大型強(qiáng)電磁鐵，用在旋轉(zhuǎn)機(jī)械、粒子加速器和粒子探測(cè)器當(dāng)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(shí)現(xiàn)。

元素簡(jiǎn)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(dǎo)體。舊稱“鈳”?；瘜W(xué)符號(hào)Nb，原子序數(shù)41，原子量92.90638，屬周期系ⅤB族。1801年英國(guó)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，并命名該元素為columbium（中譯名鈳）。1802年瑞典A.G.厄克貝里在鉭鐵礦中發(fā)現(xiàn)另一種新元素tantalum。由于這兩種元素性質(zhì)上非常相似，不少人認(rèn)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(xì)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(shí)真相。最后查爾斯·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(chǔ)量為520萬噸，可開采儲(chǔ)量440萬噸，主要礦物有鈮鐵礦、燒綠石和黑稀金礦、褐釔鈮礦、鉭鐵礦、鈦鈮鈣鈰礦。

同位素

自然產(chǎn)生的鈮由一種穩(wěn)定同位素組成：93Nb。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(wěn)定的是92Nb，半衰期有3470萬年；113Nb是最不穩(wěn)定的同位素之一，其半衰期估計(jì)只有30毫秒。比93Nb更輕的同位素一般進(jìn)行β 衰變，比它重的則會(huì)進(jìn)行β-衰變。例外包括：81Nb、82Nb和84Nb會(huì)進(jìn)行少量β緩發(fā)質(zhì)子發(fā)射，91Nb會(huì)進(jìn)行電子捕獲和正電子發(fā)射，而92Nb會(huì)同時(shí)進(jìn)行正電子（β ）和電子（β-）發(fā)射。

已知的核素共有25種，質(zhì)量數(shù)介乎84至104。這個(gè)質(zhì)量區(qū)間內(nèi)的同位素中，只有96Nb、101Nb和103Nb不具有同核異構(gòu)體。最穩(wěn)定的鈮同核異構(gòu)體是93mNb，半衰期為16.13年；最不穩(wěn)定的是84mNb，半衰期為103納秒。除92m1Nb進(jìn)行少量電子捕獲之外，所有同核異構(gòu)體的衰變方式都是同核異構(gòu)體轉(zhuǎn)換或β衰變。

相關(guān)資料

元素符號(hào)：Nb

元素英文名稱：niobium

元素類型：金屬元素

原子體積：10.87cm3/mol

元素在太陽(yáng)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(duì)原子質(zhì)量：92.90638

原子序數(shù)：41

所屬周期：5

所屬族數(shù)：VB

核外電子排布：1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1

電子層排布：2，8，18，12，1

晶體結(jié)構(gòu)：晶胞為體心立方晶胞，每個(gè)晶胞含有2個(gè)金屬原子。

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

化合價(jià)： 5（主要），-3，-1，0， 1， 2， 3， 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

物理化學(xué)性質(zhì)

物理性質(zhì)

鈮是灰白色金屬，熔點(diǎn)2468℃，沸點(diǎn)4742℃，密度8.57g/cm3。鈮是一種帶光澤的灰色金屬，具有順磁性，高純度鈮金屬的延展性較高，但會(huì)隨雜質(zhì)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(xiàn)象也出現(xiàn)在前后的釕（44）、銠（45）和鈀（46）元素上。

鈮

Z 元素 每層電子數(shù)

23 釩 2, 8, 11, 2

41 鈮 2, 8, 18, 12, 1

73 鉭 2, 8, 18, 32, 11, 2

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