铌

      铌（ niobium），一种化学元素。化学符号Nb，原子序数41，原子量92.90638，属周期系ⅤB族。1801年英国C.哈切特从铌铁矿中分离出一种新元素的氧化物，并命名该元素为columbium（中译名钶）。铌能吸收气体，用作除气剂，也是一种良好的超导体。 铌能吸收气体，用作除气剂，也是一种良好的超导体。 铌能吸收气体，用作除气剂，也是一种良好的超导体。

目录

1、简介

2、发现

3、综合性质

4、化学性质

5、制取

6、铌和钽

7、用途

康熙字典

      化学元素解释：

简介

      铌 niobium一种化学元素。化学符号Nb，原子序数41，原子量2.90638，属周期系ⅤB族。1801年英国C.哈切特从铌铁矿中分离出一种新元素的氧化物，并命名该元素为columbium(中译名钶)。1802年瑞典A.G.厄克贝里在钽铁矿中发现另一种新元素 tantalum。由于这两种元素性质上非常相似，不少人认为它们是同一种元素。1844年德意志H.罗泽详细研究了许多铌铁矿和钽铁矿，分离出两种元素，才澄清了事实真相。铌在地壳中的含量为0.002%，主要矿物有铌铁矿〔(Fe，Mn)(Nb，Ta)2Ob〕、烧绿石〔(Ca，Na)2(Nb，Ta，Ti)2O6(OH，F)〕和黑稀金矿、褐钇铌矿、钽铁矿、钛铌钙铈矿。铌是灰白色金属，熔点2468℃，沸点4742℃，密度8.57克/厘米3 。室温下铌在空气中稳定，在氧气中红热时也不被完全氧化，高温下与硫、氮 、碳直接化合 ，能与钛 、锆、铪、钨形成合金。不与无机酸或碱作用，也不溶于王水，但可溶于氢氟酸。铌的氧化态为-1、+ 2、+3、+4和+5，其中以+5价化合物最稳定。

发现

      1801年，英国化学家查理斯·哈契特(Charles Hatchett)在一种称为烧绿石(pyrochlore)的矿物中发现了铌，由于铌和钽非常相似，起初他还曾将两者混淆，他将这种物质暂命名为“钶”。1809年，另一位英国化学家威廉·海德·伍拉斯顿(William Hyde Wollaston)错误的将“钽”与“钶”归为同一种物质。1846年，一位德国化学家亨烈赫·罗沙(Heinrich Rose)提出钽矿里应该还含有另一种元素，并命名为“铌”。到1864至65年间，一些科研成果表明其实“钶”与“铌”是同一种元素，在之后的一个世纪里，这两种称法是通用的。直至1949年，这种元素才被正式定名为“铌”。因为人们曾长期用铌铁矿的名字(Columbium，译作鈛、钶或鎶)来称呼铌，所以现在偶尔还会听到该名称。

综合性质

      元素符号：Nb

      元素英文名称：niobium

      元素类型：金属元素

      原子体积:10.87 (立方厘米/摩尔)

      元素在太阳中的含量: 0.004 (ppm)

      元素在海水中的含量:0.0000009 (ppm)

      地壳中含量：20(ppm)

      相对原子质量：92.90638

      原子序数：41

      所属周期：5

      所属族数：VB

      电子层排布：2-8-18-12-1

      晶体结构：晶胞为体心立方晶胞，每个晶胞含有2个金属原子。

      晶胞参数：a = 330.04 pm， b = 330.04 pm， c = 330.04 pm， α = 90°， β = 90°， γ = 90°

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

      莫氏硬度：6

      声音在其中的传播速率：3480(m/S)

      电离能 (kJ /mol)

      M - M+ 664

      M+ - M2+ 1382

      M2+ - M3+ 2416

      M3+ - M4+ 3695

      M4+ - M5+ 4877

      M5+ - M6+ 9899

      M6+ - M7+ 12100[1]

化学性质

      铌的化学性质在很多方面跟同族(第5族，即VB族)的前面的元素相似。高温下，铌会跟绝大多数非金属单质反应：室温即与氟单质反应，200 °C即与氯气和氢气反应，400 °C与氮气反应，产物通常是填隙式且不是整比化合物。铌置于空气中200 °C开始被氧化，却能够抵抗熔融碱金属和酸(包括王水、盐酸、硫酸、硝酸和磷酸等)的腐蚀。铌能被热的，浓的无机酸腐蚀，包括氢氟酸或氢氟酸/硝酸混合酸。尽管铌能显示出所有正常的氧化态(从+5到−1)，其最稳定的价态为+5价。

      铌能够形成+5价氧化物五氧化二铌(Nb2O5)，+4价的二氧化铌(NbO2)还有+3价的三氧化二铌(Nb2O3)和较为罕见的氧化态+2价的一氧化铌(NbO)。最稳定的氧化态为+5，五氧化物跟非整比的二氧化物是最常见的铌氧化物。铌的五氧化物主要用于生产电容器，光学玻璃，或作为制备铌的其他化合物的起始材料。制备这些化合物，我们可以将其五氧化二物溶解在碱性氢氧化物溶液中，或是将之与其他金属的氧化物共同熔融。例如制备铌酸锂(LiNbO3)、铌酸镧(LaNbO4)。对于铌酸锂的结构，铌酸根离子(NbO3−)不是作为单体存在，而是三角形扭曲的钙钛矿结构的一部分，而对于铌酸镧的结构则包含孤立的NbO4−离子。铌酸锂作为一种铁电物质，被广泛应用于手机和光调制器，以及声表面波器件的生产，属于ABO3结构类似钽酸锂和钽酸钡的铁电体。

      铌能够形成+5，+4，+3价卤化物(NbX5，NbX4和NbX3)，也能生成多核配合物和非整比化合物。五氟化铌(NbF5)为白色固体，熔点79.0 °C;五氯化铌(NbCl5)是黄白色固体，熔点203.4 °C。两者都能发生水解反应，在高温条件下能够与过量的铌单质反应，生成黑色极易潮解的四氟化铌(NbF4)和四氯化铌(NbCl4)。铌的三卤化物能够通过氢气还原其五卤化物制得，而其二卤化物则不存在。高温下一氯化铌的光谱能够被检测到。铌的氟化物可用于分离铌和钽的混合物。五氯化铌在有机化学中被用作触发烯烃的Diels-Alder反应的Lewis酸。五氯化铌还能作为原料制备有机金属化合物二氯二茂铌((C5H5)2NbCl2)，可作为制备其它有机铌化合物的起始原料。其他二元化合物如氮化铌(NbN)在低温条件下显示出超导性，现已用于红外探测器;碳化铌则是一种硬度很大的，熔点很高的陶瓷材料，在制造商品上用于制造切割工具的一部分。锗化铌(Nb3Ge)，锡化铌(Nb3Sn)还有铌钛合金，都被用作超导磁体的超导导线。其它的化合物有硫化铌和其它几种铌的填隙型化合物，如铌跟硅的填隙型化合物等，此处不再细说。

制取

      金属铌可用电解熔融的七氟铌酸钾制取，也可用金属钠还原七氟铌酸钾或金属铝还原五氧化二铌制取。纯铌在电子管中用于除去残留气体，钢中掺铌能提高钢在高温时的抗氧化性，改善钢的焊接性能。铌还用于制造高温金属陶瓷。

铌和钽

      把它们放到一起来介绍是有道理的，因为它们在元素周期表里是同族，物理、化学性质很相似，而且常常“形影不离”，在自然界伴生在一起，真称得上是一对惟妙惟肖的“孪生兄弟”。事实上，当人们在十九世纪初首次发现铌和钽的时候，还以为它们是同一种元素呢。以后大约过了四十二年，人们用化学方法第一次把它们分开，这才弄清楚它们原来是两种不同的金属。铌、钽和钨、钼一样都是稀有高熔点金属，它们的性质和用途也有不少相似之处。

      既然被称为稀有高熔点金属，铌、钽最主要的特点当然是耐热。它们的熔点分别高达摄氏二千四百多度和将近三千度，不要说一般的火势烧不化它们，就是炼钢炉里烈焰翻腾的火海也奈何它们不得。难怪在一些高温高热的郡门里，特别是制造一千六百度以上的真空加热炉，钽金属是十分适合的材料。

      一种金属的优良性能往往可以“移植”到另一种金属里。现在的情况也是这样，用铌作合金元素添加到钢里，能使钢的高温强度增加，加工性能改善。铌、钽与钨、钼、钒、镍、钴等一系列金属合作，得到的“热强合金”，可以用作超音速喷气式飞机和火箭、导弹等的结构材料。目前科学家们在研制新型的高温结构材料时，已开始把注意力转向铌、钽;许多高温、高强度合金都有这一对孪生兄弟参加。

      铌、钽本身很顽强，它们的碳化物更有能耐，这个特点与钨、钼也毫无二致。用铌和钽的碳化物作基体制成的硬质合金，有很高的强度和抗压、耐磨、耐蚀本领。在所有的硬质化合物中，碳化钽的硬度是最高的。用碳化袒硬质合金制成的刀具，能抗得住三千八百度以下的高温，硬度可以与金刚石匹敌，使用寿命比碳化钨更长。

用途

      铌 - 超低温下创奇迹

      人们很早以前就发现，当温度降低到接近绝对零度的时俟，有些物质的化学性质会发生突然的改变，变成一种几乎没有电阻的“超导体”。物质开始具有这种奇异的“超导”性能的温度叫临界温度。不用说，各种物质的临界温度是不一样的。

      要知道，超低温度是很不容易得到的，人们为此而付出了巨大的代价;越向绝对零度接近，需要付出的代价越大。所以我们对超导物质的要求，当然是临界温度越高越好。

      具有超导性能的元素不少，铌是其中临界温度最高的一种。而用铌制造的合金，临界温度高达绝对温度十八点五到二十一度，是目前最重要的超导材料。

      人们曾经做过这样一个实验：把一个冷到超导状态的金属铌环，通上电流然后再断开电流，然后，把整套仪器封闭起来，保持低温。过了两年半后，人们把仪器打开，发现铌环里的电流仍在流动，而且电流强弱跟刚通电时几乎完全相同!

      从这个实验可以看出，超导材料几乎不会损失电流。如果使用超导电缆输电，因为它没有电阻，电流通过时不会有能量损耗，所以输电效率将大大提高。

      有人设计了一种高速磁悬浮列车，它的车轮部位安装有超导磁体，使整个列车可以浮起在轨道上约十厘米。这样一来，列车和轨道之间就不会再有摩擦，减少了前进的阻力。一列乘载百人的磁悬浮列车，只消一百马力的推动力，就能使速度达到每小时五百公里以上。

      用一条长达二十公里的铌锡带，缠绕在直径为一点五米的轮缘上，绕组能够产生强烈而稳定的磁场，足以举起一百二十二公斤的重物，并使它悬浮在磁场空间里。如果把这种磁场用到热核聚变反应中，把强大的热核聚变反应控制起来，那就有可能给我们提供大量的几乎是无穷无尽的廉价电力。

      不久前，人们曾用铌钛超导材料制成了一台直流发电机。它的优点很多，比如说体积小，重量轻，成本低，与同样大小的普通发电机相比，它发的电量要大一百倍。

      铌 - 医疗用途

      钽在外科医疗上也占有重要地位，它不仅可以用来制造医疗器械，而且是很好的“生物适应性材料”。

      比如说吧，用钽片可以弥补头盖骨的损伤，钽丝可以用来缝合神经和肌腱，钽条可以代替折断了的骨头和关节，钽丝制成的钽纱或钽网，可以用来补偿肌肉组织……

      在医院里，还会有这样的情况：用钽条代替人体里折断了的骨头之后，经过一段时间，肌肉居然会在钽条上生长起来，就像在真正的骨头上生长一样。怪不得人们把钽叫作“亲生物金属”哩。

      为什么钽在外科手术中能有这样奇特的作用呢?

      关键还是因为它有极好的抗蚀性，不会与人体里的各种液体物质发生作用，并且几乎完全不损伤生物的机体组织，对于任何杀菌方法都能适应，所以可以同有机组织长期结合而无害地留在人体里。

      除了在外科手术中有这样好的用途外，利用铌、钽的仆学稳定性，还可以用它们来制造电解电容器、整流器等等。

      特别是钽，目前约有一半以上用来生产大容量，小体积，高稳定性的固体电解电容器。全世界每年都要生产几亿只。

      钽电解电容器没有“辜负”人们的厚望，它具有很多其他材料比不上的优点。

      它比跟它一般大小的其他电容器“兄弟”的电容量大五倍，而且非常可靠、耐震，工作温度范围大，使用寿命长，现在已经大量地用在电子计算机、雷达、导弹、超音速飞机、自动控制装置以及彩色电视、立体电视等的电子线路中。