
【化】 vanadium family element; vanadium family elements
钒族元素(Vanadium Group Elements),在元素周期表中特指第ⅤB族(5族) 的元素。该族元素包括钒(Vanadium, V)、铌(Niobium, Nb) 和钽(Tantalum, Ta),有时也包括人工合成的(Dubnium, Db)。它们在化学性质上表现出显著的相似性,主要体现在高熔点、高沸点、优异的耐腐蚀性以及形成稳定高氧化态化合物的能力上。
* **钒 (V, Atomic Number 23):** 银灰色金属,质硬。主要以+2, +3, +4, +5氧化态存在,其中+5价最稳定。是钢的重要合金元素,能显著提高钢的强度、韧性和耐磨性。钒的化合物在催化剂(如硫酸生产)、颜料等领域有应用。
* **铌 (Nb, Atomic Number 41):** 曾称“钶”(Columbium, Cb)。灰白色金属,极耐腐蚀(尤其是耐酸)。主要氧化态为+3和+5。最重要的应用是作为合金元素(如铌铁)添加到不锈钢和高强度低合金钢中以提高强度,也是超导合金(如Nb-Ti, Nb₃Sn)和高温合金的关键组分。铌酸锂是重要的压电材料。
* **钽 (Ta, Atomic Number 73):** 蓝灰色金属,具有极高的耐腐蚀性(与铌相似,甚至更强),几乎不受王水侵蚀。主要氧化态为+5。因其优异的化学稳定性、高熔点和生物相容性,主要应用于电子行业(如钽电容器)、化工设备(耐腐蚀部件)、医疗器械(如骨骼修复植入物、手术器械)和超硬合金。
* **高熔点高沸点:** 都是难熔金属。
* **稳定高氧化态:** 最稳定的氧化态通常是+5(如V₂O₅, Nb₂O₅, Ta₂O₅)。
* **钝化性:** 表面易形成致密的氧化物保护膜,赋予它们卓越的耐腐蚀性(特别是铌和钽)。
* **形成配合物:** 易与氧、氟、氯等配体形成稳定的配合物。
* **碳化物/氮化物:** 能形成极硬、高熔点的碳化物(如VC, NbC, TaC)和氮化物,用于硬质合金刀具。
* **“钒族”的命名:** 该族以第一个元素“钒”命名。钒的英文名“Vanadium”源自北欧神话中的女神“Vanadís”(Freyja),因其化合物颜色多变。
* **铌与钽的区分:** 铌和钽化学性质极其相似,常共生,分离困难。英文名“Niobium”源自希腊神话中坦塔洛斯(Tantalus)的女儿尼俄伯(Niobe),因其与钽的密切关系;“Tantalum”则源自坦塔洛斯本人,象征其难以被酸“浸湿”(溶解)的特性(如同坦塔洛斯无法喝到水)。
* ** (Db):** 人工合成的放射性超铀元素,半衰期短,化学性质研究有限,主要存在于核物理研究领域。
元素 | 关键应用领域 |
---|---|
钒 (V) | 高强度合金钢、高速工具钢、催化剂(硫酸生产)、钛合金、钒氧化还原液流电池 |
铌 (Nb) | 高强度低合金钢、不锈钢、超导材料(MRI, 加速器)、高温合金(航空航天)、光学玻璃、电容器 |
钽 (Ta) | 钽电容器(电子设备)、化工耐腐蚀设备、外科植入物/器械、切削工具硬质合金、高温合金 |
钒族元素是元素周期表中VB族(第5族)的成员,主要包括钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)等。以下是其核心特性的综合解释:
钒族元素在周期表中属于VB族,原子结构上具有相似的电子排布,外层电子构型为(n-1)d³ns²。其成员钒、铌、钽均以高熔点、高硬度著称,常与钨、钼等难熔金属并称。
钒族元素(VB族)与VIB族的钨、钼虽同属难熔金属,但电子结构和化学性质存在差异。例如,钨、钼更倾向形成+6氧化态,而钒族以+5为主。
“钒族”一词在部分文献中可能泛指含钒的金属组合,但严格化学分类应指VB族。需注意区分具体语境。
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