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鈮娘

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萌娘百科化學元素萌化專題正在建設中,歡迎您參與完善本條目☆chemiluminescence~
自從看了元素娘,麻麻再也不用擔心我的化學成績啦~

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敬請注意,您已經來到了過渡金屬盟約同盟。請在注意自身安全的情況下,盡情享受由使魔們打造的多彩世界。
  1. 請不要害怕那些擁有堅硬的鋼灰色外表的元素,我們擁有的是溫暖的心靈。(註)過渡金屬多為硬度、密度、熔沸點較高的金屬元素,但其中有很多是生命必須微量元素。
  2. 過渡金屬娘們注重召喚使魔的魔法,不同階級的使魔常常能帶來不同的色彩。(註)很多過渡金屬有多個價態,並且其中的一些元素的離子顏色豐富。
  3. 請注意,勿接近工廠廠區,以免造成不必要的傷害。(註)過渡金屬娘中的很多位的主要用途都是製造工業、軍事領域使用的特種合金。

祝您遊覽愉快!

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Emo わいのわいの.png
進條目啥都別說,先一起喊:鈮娘Nb!Nb!Nb!!!
鈮鈳鈮鈳鈮~
041-Nb.png
基本資料
本名
Niobium 尼俄伯尼亞
暱稱化學符號
Nb
身高原子半徑
146 pm(共價半徑)
164±6 pm(范德華半徑)
體重原子量
92.90637(2)
熔點 2477 ℃
沸點 4744 ℃
密度 8.57g/cm3
(常溫常壓,固態)
化合價 有+5, +4, +3, +2, -1,常見價態為+5。
行動力電負性
1.6(鮑林標度)
姐妹們同位素
已發現的共58種,一種(93Nb)穩定存在
相關人士元素 𨧀

鈮娘常見過渡金屬,原子序數為41,是家族的二姐。

外貌

家族、使魔化合物、社會關係

鈮娘屬於過渡金屬娘,家族情況如下:

  1. 大姐 釩娘V
  2. 二姐 鈮娘Nb
  3. 三妹 鉭娘Ta
  4. 小妹 𨧀娘Db 誰知道跟其他姐姐們的性質像不像呢

社會關係

鈮娘是家族裡的二姐,同時也是鉭娘的孿生姐姐[1],和家族裡的姐妹都一樣,很性冷淡。鈮娘和一眾大眾情人,如鹽酸娘,硝酸娘,乃至於王水娘都不來往。Nb娘就是我,我就是Nb娘
但也許是寂寞久了,鈮娘在硝酸和氫氟酸的兩面夾擊下,也會劇烈反應,以至於暴沸。 嘛,這種事情就不要說了嘛,人家會不好意思的。

使魔化合物

鈮娘的使魔分階級(價態),以下以酸/氧化物使魔舉例:

(0)(單質名稱,自己) +2一氧化鈮醬 +3三氟化鈮醬,氮化鈮醬 +4二硒化鈮醬,二氧化鈮醬 +5(MAX)五氧化二鈮醬,鈮酸

  • 鈮娘與非金屬娘的使魔

雖然鈮娘面對強酸都毫不畏懼,乃至於王水也無法使她屈服,但是鈮娘還是很願意找非金屬玩的。在非金屬中,和某個鹵素大姐無疑是關係最好的。
我很喜歡非金屬萌娘哦~

1.氟化物使魔

五氟化鈮醬

五氟化鈮醬可由金屬鈮娘在250至300℃發生氟化反應製得,不過想通過上文中將鈮娘溶於濃硝酸醬和氫氟酸醬的混合酸中來製取的話(見下方方程式),在蒸乾溶液並灼燒殘渣後只能得到一氟二氧化鈮醬,所以這個方法是不行滴。噠咩

$$\ce{Nb + 5HNO3 + 7HF -> H2NbF7 + 5H2O + 5NO2 ^}$$

所以人們用二氟化錫醬或者氟娘本體來製備五氟化鈮醬。

$$\ce{2Nb + 5F2 ->[\triangle] 2NbF5}$$

$$\ce{2Nb + 5SnF2->[\triangle] 2NbF5 + 5Sn}$$

五氟化鈮醬吸水性很強,在空氣中就會潮解,但速率較慢不冒煙。她也是強路易斯酸,可溶於水娘和酸。溶解的過程還伴隨着水解,產生氟氧化鈮和氫氟酸。

五氟化鈮醬在氣態時為三角雙錐形分子,液態時就兩兩抱在一起形成雙聚體,而固態時則為四個抱在一起成為四聚體。

三氟化鈮醬

氟娘和鈮娘的百合產物還有三氟化鈮醬,一種藍黑色固體。她是一種半導體,為立方晶系。

她可以由鈮娘和氫氟酸在225℃下反應而成。或者由五氟化鈮醬被鈮娘在750℃下還原而成。

$$\ce{2Nb + 3NbF5 ->[750^{\circ}C] 5NbF3}$$

四氟化鈮醬

四氟化鈮醬是一個不穩定的萌娘,在黑色的外表下,有着很強的吸濕性,而且會瘋狂的水解,在潮濕空氣中它水解並完全轉化為$\ce{NbO2F}$

四氟化鈮醬強烈地和水娘百合,生成棕色的溶液和棕色沉澱,她們之間的感情糾紛十分混亂,以至於現在還無法確定這坨棕色沉澱到底是什麼。

不過四氟化鈮娘對於熱並不感冒,將她放在真空中加熱至325℃也絲毫沒有變化,但一旦超過350℃便會快速分解為姐姐五氟化鈮醬和妹妹三氟化鈮醬。

$$\ce{2NbF4 ->[350^{\circ}C] NbF3 + NbF5}$$

2.氯化物使魔

五氯化鈮醬

當你將鈮粉在純氯氣中加熱,會有白色煙霧生成,這便是五氯化鈮醬。不過,如果有一點氧氣混進去,就會生成一些三氯氧化鈮醬($\ce{NbOCl3}$),如果再加入一些碳娘的話,就會生成三氯氧化鈮醬和五氯化鈮醬的混合物。

五氯化鈮醬被加熱到183℃時轉變為黃色,而熔融時變為橙紅色。和氟大姐的化合物一樣,五氯化鈮醬易水解為三氯氧化鈮醬,故在潮濕空氣中冒煙。

五氯化鈮醬是有機合成中的路易斯酸,可以催化烯烴發生羰基Ene反應烯反應Diels-Alder反應雙烯加成反應

五氯化鈮醬好像是有毒的呢。

四氯化鈮醬

四氯化鈮醬是紫黑色的針狀結晶,十分內向,總喜歡兩兩抱在一起,形成雙聚體。她對空氣和濕氣十分敏感,在400℃時會分解成姐姐五氯化鈮和妹妹三氯化鈮。

四氯化鈮醬通常由鈮娘和五氯化鈮醬晶體升溫反應得到。

$$\ce{4 NbCl5 + Nb -> 5 NbCl4}$$

當然也可以用鋁娘還原五氯化鈮醬。

$$\ce{3 NbCl5 + Al -> 3 NbCl4 + AlCl3 }$$

三氯化鈮醬

三氯化鈮醬和四氯化鈮醬一樣是針狀結晶,只不過三氯化鈮醬是無色的。同樣的,她也很容易被潮解。她常被用作環氧化物聚合的催化劑。

3.五溴化鈮醬和五碘化鈮醬

五溴化鈮醬是一種抗磁性的橙色固體,而五碘化鈮醬是抗磁性的黃色固體。

她們都喜歡兩兩抱在一起,形成雙聚體,也都容易潮解。

她們都可由鈮娘和對應的某海洋元素或者某小個子直接反應而成。

和小個子的另一個化合物四碘化鈮醬遇到鹽酸醬的話就會有漂亮的藍色呢。

4.氧化物使魔

五氧化二鈮醬

五氧化二鈮醬是鈮娘最重要的氧化物使魔,在常溫下為白色,而到了1150℃以上後,就和五氯化鈮醬一樣變成了黃色。

和鈮娘本尊一樣,五氧化二鈮醬對於酸一點也不感冒,唯有氫氟酸才能入的了她的法眼,不過也要看五氧化二鈮醬的狀態。

若是新制的五氧化二鈮醬,氫氟酸可以極快的溶解她,乃至於幾乎看不清溶解的過程,而生成的氟鈮酸也是無色的。

$$\ce{Nb2O5 + 14HF -> 2 H2NbF7 + 5H2O}$$

而如果是經過高溫灼燒,世面見得多了的五氧化二鈮醬,則必須請出焦硫酸鉀醬和五氧化二鈮醬在熔融狀態下軟磨硬泡六個多小時,才能重新看上氫氟酸。氫氟酸什麼的,紙老虎罷了。

而要是鹼使魔的話,只有在熔融狀態下才能征服五氧化二鈮醬,而且不反抗個幾個小時,乃至於十幾個小時,鹼使魔還搞不定五氧化二鈮醬。

就拿氫氧化鈉醬舉例:

$$\ce{2 NaOH(l) + Nb2O5(s) -> 2NaNbO3(s) + H2O(g)}$$

上文提到,在加熱條件下五氧化鈮醬會變黃,而在氬娘的保護下持續加熱,黃色的固體會變成藍黑色或者銀灰色,而這便是不穩定的妹妹二氧化鈮醬,這個反應的時間非常長,如果你想完成這個實驗的話,可能要占用雙休日整整兩天,還不一定完全反應完。

$$\ce{2 Nb2O5 -> 4 NbO2 + O2 ^}$$

二氧化鈮醬

二氧化鈮醬是一種非整比化合物,比例在1:1.94到1:2.09之間,除了用五氧化二鈮醬加熱分解製備外,還能用氫娘在800℃–1350℃還原姐姐五氧化二鈮醬,或者用姐姐五氧化二鈮醬和鈮娘本體在1100℃發生歸中反應製得。

$$\ce{2 Nb2O5 + Nb ->[350^{\circ}C] 5 NbO2}$$

二氧化鈮醬是一種強還原劑,可以還原二氧化碳醬為碳娘,把二氧化硫醬還原成硫娘

在高溫下氨解二氧化鈮醬,可以得到氮化物Nb0.84N。若是把二氧化鈮醬和碳酸鋇醬在二硫化碳醬中硫化,可以得到δ-BaNbS3

一氧化鈮醬

一氧化鈮醬是一種灰色固體,具有高導電性。在1.38K以下是一種超導體,這使她能夠用於製造超強磁鐵,被人們用在核磁共振的儀器中。

和姐姐二氧化鈮醬一樣用氫娘還原姐姐五氧化二鈮醬,或者用姐姐五氧化二鈮醬和鈮娘本體在發生歸中反應,也能製得一氧化鈮醬。

$$\ce{Nb2O5 + 3 Nb -> 5 NbO}$$

$$\ce{3 Nb2O5 + 4 Nb -> 5 NbO2 +5 NbO}$$

5.與碳娘硅娘的使魔

一碳化鈮醬和二硅化鈮醬

雖然鈮娘很喜歡帶非金屬玩遊戲,但碳娘和硅娘實在是太菜了氧化性太弱,所以需要再來氧娘氫娘幫忙。碳娘和硅娘實在是太難帶了啊~

以碳化鈮醬舉例,先由氧娘將鈮娘氧化至五氧化二鈮醬再用氫娘和碳娘將其還原。

$$\ce{Nb2O5 + C + H2 -> NbC + CO +H2O}$$

她們在粉末狀的時候也容易被點燃。以碳化鈮醬舉例:

$$\ce{4 NbC + 9 O2 -> 4 CO2 + 2 Nb2O5}$$

不過,緻密態的碳化鈮醬要在1100℃以上才會燃燒,並且由於她的高硬度和極好的耐腐蝕性,常被用於製造切割工具的刀頭。

性格

鈮娘是一種帶光澤的灰色金屬,具有順磁性。高純度的鈮娘的延展性較高,是個軟妹子,但會隨雜質含量的增加而變硬起來。

鈮娘在低溫狀態下有超導性。在標準大氣壓力下,她的臨界溫度為9.2 K,是所有單質超導體萌娘中最高的。其磁穿透深度也是所有元素娘中最高的。鈮娘是三種單質第II類超導體之一,其他兩種分別為釩娘鍀娘。鈮娘的純度會大大影響其超導性質。

由於鑭系收縮效應,鈮的電負性比位於其左邊的鋯娘高,這也使得鈮娘的化學性質與鉭娘非常相近。雖然她的抗腐蝕性沒有鉭娘這麼高,但是她價格更低,也更為常見,所以在要求較低的情況下常用鈮娘來代替鉭娘。

咕~~ ~~ ~~

工作

1.鋼鐵生產

19世紀20年代,人們發現鈮娘可以加強鋼娘。所以鈮娘的一個重要工作是添加到合金鋼中。在鋼娘中加入鈮娘,會使鋼結構中形成碳化鈮醬和氮化鈮醬,以填補鋼結構中的縫隙,增強鋼娘的剪切強度。同時她們還能減緩再結晶過程,形成的鋼娘具有較高的硬度、強度、可模鍛性和可焊性。
中國的西氣東輸工程中,加入的鈮娘使管道重了四分之一,不過也使通氣量提升了2.5倍。

2.C-103合金

在1960年代初由華昌公司和波音公司共同研發了一種鈮合金——C-103合金,研究項目在測試了「C系」(鈳「Columbium」)中共256種鈮合金後,製得C-103。這些合金都可熔化成顆粒狀或片狀。她們在可模鍛性和高溫屬性之間有着最佳的平衡,因此華昌於1961年生產了首批500磅C-103合金,應用於渦輪引擎部件和液態金屬換熱器。

3.超導磁鐵

鈮鍺醬(Nb3Ge)、鈮錫醬(Nb3Sn和鈮鈦合金都可以作超導磁鐵中的超導體電線。她們被用於核磁共振成像和各種核磁共振儀器以及粒子加速器當中。大型強子對撞機中安裝了600噸重的超導股線,國際熱核聚變實驗反應堆估計用到了600噸Nb3Sn和250噸NbTi

4.醫用

鈮娘和大部分鈮娘使魔對於人體呈惰性,不易致敏。因此鈮娘和她的使魔們被用在各種醫學設備中。而經氫氧化鈉醬處理過的鈮娘會形成多孔表層,這有助於骨整合。

5.錢幣

奧地利自2003年起,生產了一系列銀鈮歐羅幣,其顏色是因陽極氧化過程中形成的氧化物表層造成光線的薄膜干涉而產生的。2004年的奧地利賽梅林鐵路150周年紀念幣和2006年歐洲衛星導航紀念幣也是含鈮娘的。在2011年,加拿大皇家造幣廠開始鑄造稱為「狩獵月」的5加元含鈮娘的錢幣。

個人經歷

出道

1801年,英國化學家查理斯發現了鈮娘。他在1734年從美國的一份礦物樣本中辨認出了一種新的元素萌娘。他根據美國的別名哥倫比亞,將這種礦物命名為「Columbite」(鈳鐵礦)。查理斯所發現的「鈳」很可能是新元素與鉭娘的混合物。

當時,科學家未能有效地把鈳娘(鈮娘)和性質極為相似的鉭娘區分開來。1809年,英國化學家威廉對鈳娘和鉭娘的氧化物使魔進行比較,得出兩者的密度相差巨大,但他仍認為兩者是完全相同的物質。

另一德國化學家海因里希在1846年駁斥這一結論,並稱原先的鉭鐵礦樣本中還存在着另外兩種元素。他以希臘神話中坦塔洛斯的女兒尼俄伯和兒子珀羅普斯把這兩種元素分別命名為「Niobium」(鈮)和「Pelopium」。

鈮娘和鉭娘的差別細微,而因此得出的新「元素」實際上都只是鈮娘和鉭娘的混合物。

1864年,克利斯蒂安、亨利和路易明確證明了鉭娘和鈮娘是兩種不同的化學元素,並確定了一些相關化合物的化學式。瑞士化學家讓·夏爾在1866年進一步證實「新元素」中除鉭娘和鈮娘以外別無其他元素萌娘。

1864年,德馬里尼亞在氫氣中對氯化鈮進行還原反應,首次製成鈮金屬。

召喚方式

像我這麼Nb的萌娘,你們難道不想召喚出來嗎?

實驗室召喚術

實驗室製法:鈉娘還原氟化鈮醬
方程式:

$$\ce{5 Na + NbF5 ->Nb + 5 NaF}$$

更真實的實驗室召喚術:氪金購買Nb娘。

熊孩子召喚術

熊孩子製法:利用鋁熱反應,其中氧化鐵醬和氧化鈮醬與鋁娘反應
方程式:

$$\ce{3 Nb2O5 + Fe2O3 + 12 Al -> 6 Nb + 2 Fe + 6 Al2O3}$$

好孩子可不能嘗試啊!

工業召喚術

工業製法:提純礦石中的五氧化二鈮醬,再用氫娘碳娘對五氧化二鈮醬進行還原。

  • 由於鈮娘和下面的鉭娘十分相像,且她們的家也住的很近。所以人們想要利用他們,先要對礦石內的五氧化二鉭醬和五氧化二鈮醬進行區分。

根據鈮娘和鉭娘和氟娘百合的產物的水性不同,人們第一步就要用氫氟酸醬進行處理。

$$\ce{Ta2O5 + 14 HF -> 2 H2[TaF7] + 5 H2O}$$

$$\ce{Nb2O5 + 10 HF -> 2 H2[NbOF5] v + 3 H2O}$$

  • 加入氟化鉀醬能使鈮娘的沉澱成配合物,最後加入氨娘則可沉澱出五氧化二鈮醬。
$$\ce{H2[NbOF5] + 2 KF -> K2[NbOF5] v + 2 HF}$$

$$\ce{2 H2[NbOF5] + 10 NH3·H2O -> Nb2O5 v + 10 NH4F + 7 H2O}$$

  • 最後用氫娘碳娘對五氧化二鈮醬進行還原。
$$\ce{Nb2O5 + 5 H2 -> 2 Nb + 5 H2O}$$

元素娘趣事

  1. 20世紀初,鈮娘開始了第一次商業上的應用:電燈泡燈絲。不過鈮娘很快就被鎢娘淘汰了,因為鎢娘的熔點比鈮娘更高,更適合作燈絲材料。
  2. 「Columbium」(鈳,符號Cb)是哈契特對新元素萌娘所給的最早命名。這一名稱在美國一直有廣泛的使用,直到現在美國地質學家和金屬學家依舊在使用這個舊名。

看完了?怎麼樣是不是能理解我的Nb了?

參考

  1. 鉭主要存在於鉭鐵礦中,同鈮共生,人們曾一度以為鈮娘和鉭娘是同一種元素。