铌

铌（Niobium），化学符号Nb，原子序数为41，是一种过渡金属元素。铌单质是一种带光泽的灰色金属。高纯度铌金属的延展性较高，但会随杂质含量的增加而变硬。铌对于热中子的捕获截面很低，因此在核工业上有相当的用处。

发现历史

当于1801年考察在大英博物馆的矿石时，Charles Hatchett被一个标签为columbite（钶铁矿）的样本激起了兴趣。他推测其包含一种新的金属，他是对的。他加热一块样本与碳酸钾，溶解产物到水中，添加了酸后获得了沉淀物。然而，进一步的处理也没能生产出元素本身，他命名其为columbium（钶——铌元素的旧译），被人们已知多年。

其他人则对钶持怀疑态度，尤其是在接下来的一年发现了钽之后。这些金属在大自然中一起出现，而且很难分离。在1844年德国化学家Heinrich Rose证明了钶铁矿包含了这两种元素，他把columbium（钶）命名为niobium（铌）。“Columbium”（钶，符号Cb）是哈契特对新元素所给的最早命名。这一名称在美国一直有广泛的使用，美国化学学会在1953年出版了最后一篇标题含有“钶”的论文；“铌”则在欧洲通用。1949年在阿姆斯特丹举办的化学联合会第15届会议最终决定以“铌”作为第41号元素的正式命名。翌年，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）也采纳了这一命名，结束了一个世纪来的命名分歧，尽管“钶”的使用时间更早。这可算是一种妥协：IUPAC依北美的用法选择“Tungsten”而非欧洲所用的“Wolfram”作为钨的命名，并在铌的命名上以欧洲的用法为先。具权威性的化学学会和政府机构都一般以IUPAC正式命名称之，但美国地质调查局以及冶金业、金属学会等组织至今仍使用旧名“钶”。

当时，科学家未能有效地把钶（铌）和性质极为相似的钽区分开来。1809年，英国化学家威廉·海德·沃拉斯顿（William Hyde Wollaston）对钶和钽的氧化物进行比较，得出两者的密度分别为5.918g/cm3及超过16.6g/cm3。虽然密度值相差巨大，但他仍认为两者是完全相同的物质。另一德国化学家海因里希·罗泽（Heinrich Rose）在1846年驳斥这一结论，并称原先的钽铁矿样本中还存在着另外两种元素。他以希腊神话中坦塔洛斯的女儿尼俄伯（Niobe，泪水女神）和儿子珀罗普斯（Pelops）把这两种元素分别命名为“Niobium”（铌）和“Pelopium”。钽和铌的差别细微，而因此得出的新“元素”Pelopium、Ilmenium和Dianium实际上都只是铌或者铌钽混合物。

1864年，克利斯蒂安·威廉·布隆斯特兰（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨利·爱丁·圣克莱尔·德维尔和路易·约瑟夫·特罗斯特（Louis Joseph Troost）明确证明了钽和铌是两种不同的化学元素，并确定了一些相关化合物的化学公式。瑞士化学家让-夏尔·加利萨·德马里尼亚（Jean Charles Galissard de Marignac）在1866年进一步证实除钽和铌以外别无其他元素。然而直到1871年还有科学家发表有关Ilmenium的文章。

1864年，德马里尼亚在氢气中对氯化铌进行还原反应，首次制成铌金属。虽然他在1866年已能够制备不含钽的铌金属，但要直到20世纪初，铌才开始有商业上的应用：电灯泡灯丝。铌很快就被钨淘汰了，因为钨的熔点比铌更高，更适合作灯丝材料。1920年代，人们发现铌可以加强钢材，这成为铌一直以来的主要用途。贝尔实验室的尤金·昆兹勒（Eugene Kunzler）等人发现，铌锡在强电场、磁场环境下仍能保持超导性，这使铌锡成为第一种能承受高电流和磁场的物质，可用于大功率磁铁和电动机械。这一发现促使了20年后多股长电缆的生产。这种电缆在绕成线圈后可形成大型强电磁铁，用在旋转机械、粒子加速器和粒子探测器当中。

纯净的金属样本在1864年由Christian Blomstrand制取，他用氢气加热还原氯化铌实现。

元素简介

元素信息

一种金属元素。铌能吸收气体，用作除气剂，也是一种良好的超导体。旧称“钶”。化学符号Nb，原子序数41，原子量92.90638，属周期系ⅤB族。1801年英国查尔斯·哈切特（Charles·Hatchett）在研究伦敦大英博物馆中收藏的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。由于它与钽非常相似，起初他竟搞混了。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。最后查尔斯·哈切特用神话中的女神尼俄伯（Niobe）的名字命名了该元素。在历史上，最初人们用铌所在的铌铁矿的名字“columbium”来称呼铌。铌在地壳中的含量为0.002%，铌在地壳中的自然储量为520万吨，可开采储量440万吨，主要矿物有铌铁矿、烧绿石和黑稀金矿、褐钇铌矿、钽铁矿、钛铌钙铈矿。

同位素

自然产生的铌由一种稳定同位素组成：93Nb。截至2003年，已合成的放射性同位素共有至少32种，原子量在81和113之间。其中最稳定的是92Nb，半衰期有3470万年；113Nb是最不稳定的同位素之一，其半衰期估计只有30毫秒。比93Nb更轻的同位素一般进行β 衰变，比它重的则会进行β-衰变。例外包括：81Nb、82Nb和84Nb会进行少量β缓发质子发射，91Nb会进行电子捕获和正电子发射，而92Nb会同时进行正电子（β ）和电子（β-）发射。

已知的核素共有25种，质量数介乎84至104。这个质量区间内的同位素中，只有96Nb、101Nb和103Nb不具有同核异构体。最稳定的铌同核异构体是93mNb，半衰期为16.13年；最不稳定的是84mNb，半衰期为103纳秒。除92m1Nb进行少量电子捕获之外，所有同核异构体的衰变方式都是同核异构体转换或β衰变。

相关资料

元素符号：Nb

元素英文名称：niobium

元素类型：金属元素

原子体积：10.87cm3/mol

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

核外电子排布：1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1

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=330.04pm，b=330.04pm，c=330.04pm，α=90°，β=90°，γ=90°

化合价： 5（主要），-3，-1，0， 1， 2， 3， 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

物理化学性质

物理性质

铌是灰白色金属，熔点2468℃，沸点4742℃，密度8.57g/cm3。铌是一种带光泽的灰色金属，具有顺磁性，高纯度铌金属的延展性较高，但会随杂质含量的增加而变硬。它的最外电子层排布和其他的5族元素非常不同。同样的现象也出现在前后的钌（44）、铑（45）和钯（46）元素上。

铌

Z 元素 每层电子数

23 钒 2, 8, 11, 2

41 铌 2, 8, 18, 12, 1

73 钽 2, 8, 18, 32, 11, 2

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