元素名称:铌

元素符号:Nb

元素英文名称:niobium

元素类型:金属元素

相对原子质量:92.91

原子序数:41

质子数:41

中子数:

同位素:

摩尔质量:93

原子半径:

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。

莫氏硬度:6

声音在其中的传播速率:(m/S)
3480



常见化合价:

单质:

单质化学符号:

颜色和状态:

密度

熔点:

沸点:


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、褐铌矿、钽铁矿、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,高温下与直接化合 ,能与钛 、形成合金。不与无机酸或碱作用,也不溶于王水,但可溶于酸。铌的氧化态为-1、+ 2、+3、+4和+5,其中以+5价化合物最稳定。

金属铌可用电解熔融的七氟铌酸制取,也可用金属还原七氟铌酸钾或金属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。
“烈火金刚”和“抗蚀冠军”——铌和钽


这次我们要结识的是铌和钽这一对“孪生兄弟”。

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。

我们在前面介绍钨钼合金钢的时候就已经看到,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、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。

外科医疗上的妙用
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。

超低温下创奇迹
然而,最使我们惊诧不已的,是它们不仅能在极高温度的环境里顽强地工作,而且还能在超低温的条件下出色地为我们服务,它们可真是了不起。

小朋友,你们中也许有一些人会知道有这么个温度,叫“绝对零度”,它的零度相当于摄氏零下二百七十三度。绝对零度被认为是不能再低的低温了。

人们很早以前就发现,当温度降低到接近绝对零度的时候,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。

铌在字典中的解释是:一种金属元素,符号Nb,有光泽,主要用于制造耐高温的合金钢和电子管.旧名"钶".

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