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41Nb

铌

铌（Nb）是原子序数为 41 的化学元素，位于第 5 周期、第 5 族、d 区。室温下为固态，电子排布为 [Kr] 4d4 5s1。

原子序数41

标准原子量92.90637(1)

族5

周期5

区d

电子排布[Kr] 4d4 5s1

电子结构

决定其化学性质的因素

铌的 d 亚层参与成键。过渡金属中能量相近的 s、d 电子可以参与不同的化学过程，因此常见多种氧化态、配位化合物以及催化行为。

电子排布 [Kr] 4d4 5s1 需要结合具体化合物的氧化态来理解：电子数改变后，d 轨道占据情况也会变化，从而影响颜色、磁性、成键和反应性。

化学形态

化合物、离子与材料

铌的重要化学形态包括金属和合金、氧化物、卤化物以及配位化合物。由于 s、d 电子能量接近，铌可以表现出不同氧化态，而配体环境会显著影响其成键和反应性质。

物理性质

状态与相变

室温下铌为固态。密度约为 8.57 g/cm³，熔点约为 2 750 K（2 477 °C），沸点约为 5 017 K（4 744 °C）。压力、纯度和晶体结构会影响实际测量值。

存在与应用

铌在哪里出现，又有哪些用途？

铌主要从含铌矿物中获得。它的重要用途包括超导磁体、冶金和高强度钢，也因耐腐蚀性和表面着色特性用于部分饰品。

实际应用

实际用途示例

超导磁体

铌基超导材料在低温下可以承载很大的电流并保持极低电阻，是多种高场磁体的重要材料。

冶金与钢材

少量铌可用于合金设计和钢材微合金化，以调节强度、韧性和高温性能。

饰品与表面应用

铌具有良好的耐腐蚀性，并可通过表面氧化形成不同颜色，因此也用于部分饰品和装饰材料。

周期表位置

相邻元素说明了什么

铌位于第 5 周期、第 5 族、d 区，属于过渡金属。同一周期中它位于锆和钼之间，同族上方是钒、下方是钽。通过这些邻近元素可以比较原子大小、电离能和过渡金属的成键趋势。

参考数据

物理与原子性质

分类过渡金属

室温下状态固态

电子层2 · 8 · 18 · 12 · 1

密度8.57 g/cm³

熔点2 745 K (2 472 °C)

沸点5 017 K (4 744 °C)

鲍林电负性1.6

第一电离能652.1 kJ/mol

电子亲和能88.52 kJ/mol

这些数值在适用时描述元素本身或中性原子。实际物理量可能随同素异形体、压力、纯度和测量条件而变化。

历史

发现与鉴定

铌的发现通常与英国化学家查尔斯·哈切特（Charles Hatchett）联系在一起。早期研究中铌与钽曾长期难以区分，之后才逐步确立为独立元素。

同位素与原子量

同位素组成如何影响数值

铌的标准原子量为 92.90637(1)。这一数值反映天然地球物质中的同位素组成，而不是某一个单独原子的质量。

天然铌至少有一种稳定同位素。不同同位素具有相同质子数，但中子数和原子质量不同。

安全

操作与暴露

铌的风险取决于具体化学形态、剂量和暴露途径。金属铌、铌离子以及不同铌化合物的生物与环境效应并不相同，实际操作应依据具体物质的安全数据。