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鈮(ni)（Niobium），化學符號Nb，原(yuan)子序(xu)數為41，是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)過渡金屬(shu)(shu)元素。鈮(ni)單質(zhi)是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)帶(dai)光澤(ze)的灰色金屬(shu)(shu)。高純度(du)鈮(ni)金屬(shu)(shu)的延展(zhan)性較高，但會隨(sui)雜質(zhi)含量的增加而(er)變硬。鈮(ni)對于熱(re)中子的捕(bu)獲截面很低(di)，因(yin)此(ci)在核(he)工業上(shang)有相當的用處(chu)。

發現歷史

當于1801年(nian)考察在大英博物(wu)館(guan)的(de)(de)礦石時，Charles Hatchett被(bei)一(yi)個標簽為columbite（鈳鐵礦）的(de)(de)樣(yang)(yang)本激起了(le)(le)興趣。他推測其(qi)包含一(yi)種(zhong)新的(de)(de)金屬，他是對的(de)(de)。他加熱一(yi)塊樣(yang)(yang)本與碳酸(suan)鉀，溶解產(chan)物(wu)到水中(zhong)，添加了(le)(le)酸(suan)后獲得了(le)(le)沉淀物(wu)。然而，進一(yi)步(bu)的(de)(de)處理也(ye)沒能生產(chan)出元(yuan)素(su)本身，他命名其(qi)為columbium（鈳——鈮元(yuan)素(su)的(de)(de)舊譯），被(bei)人(ren)們已知多(duo)年(nian)。

其他(ta)人(ren)則對鈳持懷疑(yi)態(tai)度(du)，尤其是在(zai)接下(xia)來(lai)的(de)(de)一(yi)年(nian)發(fa)現(xian)了(le)(le)鉭之后。這(zhe)些金(jin)屬在(zai)大自然(ran)中一(yi)起出(chu)現(xian)，而且很難分離。在(zai)1844年(nian)德國(guo)化學(xue)(xue)(xue)家Heinrich Rose證明了(le)(le)鈳鐵礦包含了(le)(le)這(zhe)兩(liang)種元(yuan)素，他(ta)把columbium（鈳）命名(ming)為(wei)niobium（鈮(ni)）。“Columbium”（鈳，符(fu)號Cb）是哈契特(te)對新元(yuan)素所給的(de)(de)最(zui)早命名(ming)。這(zhe)一(yi)名(ming)稱在(zai)美國(guo)一(yi)直(zhi)有廣泛的(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)，美國(guo)化學(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)會(hui)在(zai)1953年(nian)出(chu)版了(le)(le)最(zui)后一(yi)篇(pian)標題含有“鈳”的(de)(de)論文(wen)；“鈮(ni)”則在(zai)歐(ou)洲(zhou)通用(yong)(yong)(yong)。1949年(nian)在(zai)阿姆斯特(te)丹舉辦(ban)的(de)(de)化學(xue)(xue)(xue)聯合會(hui)第15屆會(hui)議最(zui)終決定以(yi)“鈮(ni)”作為(wei)第41號元(yuan)素的(de)(de)正式命名(ming)。翌(yi)年(nian)，國(guo)際純粹(cui)與應用(yong)(yong)(yong)化學(xue)(xue)(xue)聯合會(hui)（IUPAC）也采納了(le)(le)這(zhe)一(yi)命名(ming)，結(jie)束了(le)(le)一(yi)個世(shi)紀(ji)來(lai)的(de)(de)命名(ming)分歧，盡管(guan)“鈳”的(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)時(shi)間更早。這(zhe)可(ke)算(suan)是一(yi)種妥協：IUPAC依(yi)北美的(de)(de)用(yong)(yong)(yong)法選擇“Tungsten”而非歐(ou)洲(zhou)所用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)“Wolfram”作為(wei)鎢的(de)(de)命名(ming)，并在(zai)鈮(ni)的(de)(de)命名(ming)上以(yi)歐(ou)洲(zhou)的(de)(de)用(yong)(yong)(yong)法為(wei)先。具權(quan)威性的(de)(de)化學(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)會(hui)和政(zheng)府機構都一(yi)般(ban)以(yi)IUPAC正式命名(ming)稱之，但美國(guo)地質調查(cha)局以(yi)及(ji)冶金(jin)業、金(jin)屬學(xue)(xue)(xue)會(hui)等(deng)組織至今仍(reng)使用(yong)(yong)(yong)舊名(ming)“鈳”。

當時，科(ke)學家未能有效地把鈳（鈮(ni)）和(he)(he)性質極(ji)為相(xiang)似的(de)鉭區分(fen)(fen)開來。1809年，英國化學家威廉·海(hai)德·沃拉斯(si)頓（William Hyde Wollaston）對鈳和(he)(he)鉭的(de)氧化物(wu)進行比(bi)較，得出兩者(zhe)的(de)密度(du)分(fen)(fen)別為5.918g/cm3及(ji)超過16.6g/cm3。雖(sui)然密度(du)值相(xiang)差(cha)(cha)巨大，但(dan)他仍認為兩者(zhe)是(shi)完全相(xiang)同的(de)物(wu)質。另一(yi)德國化學家海(hai)因里希(xi)·羅澤（Heinrich Rose）在(zai)1846年駁斥(chi)這一(yi)結論(lun)，并稱原先的(de)鉭鐵礦(kuang)樣(yang)本中(zhong)還存在(zai)著(zhu)另外兩種元素(su)(su)。他以希(xi)臘神話中(zhong)坦塔(ta)洛(luo)斯(si)的(de)女兒尼(ni)俄伯（Niobe，淚水女神）和(he)(he)兒子珀(po)羅普(pu)斯(si)（Pelops）把這兩種元素(su)(su)分(fen)(fen)別命名為“Niobium”（鈮(ni)）和(he)(he)“Pelopium”。鉭和(he)(he)鈮(ni)的(de)差(cha)(cha)別細微(wei)，而因此(ci)得出的(de)新(xin)“元素(su)(su)”Pelopium、Ilmenium和(he)(he)Dianium實(shi)際(ji)上(shang)都只是(shi)鈮(ni)或(huo)者(zhe)鈮(ni)鉭混合物(wu)。

1864年(nian)，克(ke)利(li)斯(si)蒂安(an)·威(wei)廉·布隆(long)斯(si)特(te)蘭（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨利(li)·愛丁·圣克(ke)萊爾·德維爾和路易·約(yue)瑟夫·特(te)羅斯(si)特(te)（Louis Joseph Troost）明確(que)證(zheng)明了(le)鉭(tan)和鈮是(shi)兩種不同的化(hua)學元(yuan)素(su)，并確(que)定了(le)一些相關(guan)(guan)化(hua)合物的化(hua)學公式(shi)。瑞士化(hua)學家(jia)讓(rang)-夏爾·加利(li)薩·德馬(ma)里尼亞（Jean Charles Galissard de Marignac）在1866年(nian)進一步證(zheng)實除鉭(tan)和鈮以外別無其他元(yuan)素(su)。然(ran)而直到1871年(nian)還有科學家(jia)發(fa)表(biao)有關(guan)(guan)Ilmenium的文章。

1864年(nian)，德馬里(li)尼亞(ya)在(zai)(zai)(zai)氫(qing)氣中(zhong)對氯化鈮進行還原反應(ying)，首次(ci)制成鈮金屬。雖然他(ta)在(zai)(zai)(zai)1866年(nian)已能夠(gou)制備不含鉭的鈮金屬，但(dan)要直到(dao)20世紀(ji)初(chu)，鈮才開始(shi)有商(shang)業上的應(ying)用：電(dian)(dian)(dian)燈泡燈絲。鈮很快就(jiu)被(bei)鎢淘汰了(le)，因(yin)為(wei)鎢的熔點比鈮更(geng)高(gao)，更(geng)適(shi)合作燈絲材(cai)(cai)料。1920年(nian)代(dai)，人們發現鈮可(ke)(ke)以加強鋼(gang)材(cai)(cai)，這(zhe)成為(wei)鈮一直以來的主要用途。貝爾實驗室的尤(you)金·昆茲勒（Eugene Kunzler）等人發現，鈮錫在(zai)(zai)(zai)強電(dian)(dian)(dian)場、磁場環境下(xia)仍能保(bao)持超(chao)導(dao)性，這(zhe)使鈮錫成為(wei)第一種能承(cheng)受高(gao)電(dian)(dian)(dian)流(liu)和磁場的物質，可(ke)(ke)用于大功率(lv)磁鐵和電(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)械。這(zhe)一發現促使了(le)20年(nian)后(hou)(hou)多股長電(dian)(dian)(dian)纜(lan)的生(sheng)產。這(zhe)種電(dian)(dian)(dian)纜(lan)在(zai)(zai)(zai)繞(rao)成線(xian)圈后(hou)(hou)可(ke)(ke)形成大型(xing)強電(dian)(dian)(dian)磁鐵，用在(zai)(zai)(zai)旋轉機(ji)械、粒(li)子加速器(qi)和粒(li)子探測器(qi)當中(zhong)。

純凈的(de)金屬樣本在(zai)1864年由(you)Christian Blomstrand制取，他用氫氣加熱還原(yuan)氯化鈮實現。

元素簡介

元素信息

一(yi)(yi)種(zhong)金屬元(yuan)素(su)(su)(su)。鈮(ni)(ni)能吸收(shou)氣體，用作除(chu)氣劑，也是一(yi)(yi)種(zhong)良好的(de)(de)超導(dao)體。舊稱(cheng)“鈳”。化(hua)學(xue)符號Nb，原子序(xu)數41，原子量92.90638，屬周期系(xi)ⅤB族(zu)。1801年英國查爾斯·哈(ha)切(qie)特(te)（Charles·Hatchett）在(zai)(zai)(zai)(zai)研究倫敦大英博物(wu)(wu)館(guan)中(zhong)(zhong)收(shou)藏的(de)(de)鈮(ni)(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)(zhong)分離出一(yi)(yi)種(zhong)新(xin)元(yuan)素(su)(su)(su)的(de)(de)氧化(hua)物(wu)(wu)，并命名(ming)該元(yuan)素(su)(su)(su)為columbium（中(zhong)(zhong)譯名(ming)鈳）。1802年瑞典A.G.厄克(ke)貝里(li)在(zai)(zai)(zai)(zai)鉭(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)(zhong)發現(xian)另一(yi)(yi)種(zhong)新(xin)元(yuan)素(su)(su)(su)tantalum。由(you)于這兩種(zhong)元(yuan)素(su)(su)(su)性質(zhi)上(shang)非常相似(si)，不(bu)少人(ren)認為它們(men)是同一(yi)(yi)種(zhong)元(yuan)素(su)(su)(su)。由(you)于它與(yu)鉭(tan)非常相似(si)，起初(chu)他竟搞混了。1844年德意(yi)志(zhi)H.羅澤詳細研究了許多鈮(ni)(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)和(he)鉭(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)，分離出兩種(zhong)元(yuan)素(su)(su)(su)，才澄清了事實(shi)真相。最(zui)后查爾斯·哈(ha)切(qie)特(te)用神(shen)話中(zhong)(zhong)的(de)(de)女神(shen)尼俄伯（Niobe）的(de)(de)名(ming)字命名(ming)了該元(yuan)素(su)(su)(su)。在(zai)(zai)(zai)(zai)歷史(shi)上(shang)，最(zui)初(chu)人(ren)們(men)用鈮(ni)(ni)所在(zai)(zai)(zai)(zai)的(de)(de)鈮(ni)(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)的(de)(de)名(ming)字“columbium”來稱(cheng)呼鈮(ni)(ni)。鈮(ni)(ni)在(zai)(zai)(zai)(zai)地(di)(di)殼(ke)中(zhong)(zhong)的(de)(de)含量為0.002%，鈮(ni)(ni)在(zai)(zai)(zai)(zai)地(di)(di)殼(ke)中(zhong)(zhong)的(de)(de)自然(ran)儲量為520萬噸，可開采儲量440萬噸，主要礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)(wu)有鈮(ni)(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)、燒(shao)綠石和(he)黑稀金礦(kuang)(kuang)(kuang)、褐(he)釔鈮(ni)(ni)礦(kuang)(kuang)(kuang)、鉭(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)、鈦鈮(ni)(ni)鈣鈰(shi)礦(kuang)(kuang)(kuang)。

同位素

自(zi)然產(chan)生(sheng)的(de)(de)鈮由(you)一(yi)種(zhong)穩(wen)定同位(wei)素(su)(su)組(zu)成(cheng)：93Nb。截至2003年，已(yi)合成(cheng)的(de)(de)放射(she)性同位(wei)素(su)(su)共有(you)(you)至少32種(zhong)，原子(zi)量在81和(he)113之(zhi)間(jian)。其中最穩(wen)定的(de)(de)是92Nb，半衰(shuai)(shuai)(shuai)期(qi)有(you)(you)3470萬年；113Nb是最不穩(wen)定的(de)(de)同位(wei)素(su)(su)之(zhi)一(yi)，其半衰(shuai)(shuai)(shuai)期(qi)估計只有(you)(you)30毫秒(miao)。比(bi)(bi)93Nb更輕的(de)(de)同位(wei)素(su)(su)一(yi)般(ban)進(jin)行(xing)β+衰(shuai)(shuai)(shuai)變，比(bi)(bi)它重的(de)(de)則(ze)會(hui)(hui)進(jin)行(xing)β-衰(shuai)(shuai)(shuai)變。例外包括：81Nb、82Nb和(he)84Nb會(hui)(hui)進(jin)行(xing)少量β緩發質子(zi)發射(she)，91Nb會(hui)(hui)進(jin)行(xing)電子(zi)捕獲(huo)和(he)正電子(zi)發射(she)，而92Nb會(hui)(hui)同時(shi)進(jin)行(xing)正電子(zi)（β+）和(he)電子(zi)（β-）發射(she)。

已知的(de)核(he)(he)素共有(you)25種(zhong)，質量數介(jie)乎84至104。這個(ge)質量區(qu)間內的(de)同(tong)位素中，只(zhi)有(you)96Nb、101Nb和(he)103Nb不具(ju)有(you)同(tong)核(he)(he)異(yi)構體(ti)(ti)。最穩定的(de)鈮同(tong)核(he)(he)異(yi)構體(ti)(ti)是93mNb，半衰(shuai)期為16.13年；最不穩定的(de)是84mNb，半衰(shuai)期為103納秒。除92m1Nb進行少(shao)量電子(zi)捕獲之外，所(suo)有(you)同(tong)核(he)(he)異(yi)構體(ti)(ti)的(de)衰(shuai)變方式都是同(tong)核(he)(he)異(yi)構體(ti)(ti)轉換或β衰(shuai)變。

相關資料

元素符號：Nb

元(yuan)素英文(wen)名(ming)稱：niobium

元素類型：金屬元素

原子(zi)體積：10.87cm3/mol

元素在太陽中的含量:0.004(ppm)

元素(su)在海水中(zhong)的含量(liang)：0.0000009(ppm)

地殼中(zhong)含量：20（ppm）

相(xiang)對原子質量：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(dian)子層排布：2，8，18，12，1

晶(jing)(jing)體結構：晶(jing)(jing)胞(bao)(bao)為體心(xin)立方晶(jing)(jing)胞(bao)(bao)，每(mei)個晶(jing)(jing)胞(bao)(bao)含有(you)2個金屬原子(zi)。

晶(jing)胞(bao)參數：a=330.04pm，b=330.04pm，c=330.04pm，α=90°，β=90°，γ=90°

化(hua)合價：+5（主要），-3，-1，0，+1，+2，+3，+4

莫氏硬度：6

聲音在其中的傳播速(su)率：3480（m/s）

電離(li)能(kJ/mol)

M - M+ 664

M+ - M2+ 1382

M2+ - M3+ 2416

M3+ - M4+ 3695

M4+ - M5+ 4877

M5+ - M6+ 9899

M6+ - M7+ 12100

物理化學性質

物理性質

鈮是(shi)灰白色金屬(shu)，熔(rong)點2468℃，沸點4742℃，密度8.57g/cm3。鈮是(shi)一種(zhong)帶(dai)光澤的灰色金屬(shu)，具有順磁性(xing)，高(gao)純度鈮金屬(shu)的延展(zhan)性(xing)較(jiao)高(gao)，但(dan)會隨雜質含量的增加而變(bian)硬。它的最(zui)外電子層排布和(he)(he)其(qi)他的5族元(yuan)素非常(chang)不同。同樣的現(xian)象也出(chu)現(xian)在前(qian)后的釕（44）、銠（45）和(he)(he)鈀（46）元(yuan)素上。

鈮

Z 元素 每層電子數

23 釩 2, 8, 11, 2

41 鈮(ni) 2, 8, 18, 12, 1

73 鉭 2, 8, 18, 32, 11, 2

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