
【化】 vanadium family element; vanadium family elements
釩族元素(Vanadium Group Elements),在元素周期表中特指第ⅤB族(5族) 的元素。該族元素包括釩(Vanadium, V)、铌(Niobium, Nb) 和钽(Tantalum, Ta),有時也包括人工合成的(Dubnium, Db)。它們在化學性質上表現出顯著的相似性,主要體現在高熔點、高沸點、優異的耐腐蝕性以及形成穩定高氧化态化合物的能力上。
* **釩 (V, Atomic Number 23):** 銀灰色金屬,質硬。主要以+2, +3, +4, +5氧化态存在,其中+5價最穩定。是鋼的重要合金元素,能顯著提高鋼的強度、韌性和耐磨性。釩的化合物在催化劑(如硫酸生産)、顔料等領域有應用。
* **铌 (Nb, Atomic Number 41):** 曾稱“钶”(Columbium, Cb)。灰白色金屬,極耐腐蝕(尤其是耐酸)。主要氧化态為+3和+5。最重要的應用是作為合金元素(如铌鐵)添加到不鏽鋼和高強度低合金鋼中以提高強度,也是超導合金(如Nb-Ti, Nb₃Sn)和高溫合金的關鍵組分。铌酸锂是重要的壓電材料。
* **钽 (Ta, Atomic Number 73):** 藍灰色金屬,具有極高的耐腐蝕性(與铌相似,甚至更強),幾乎不受王水侵蝕。主要氧化态為+5。因其優異的化學穩定性、高熔點和生物相容性,主要應用于電子行業(如钽電容器)、化工設備(耐腐蝕部件)、醫療器械(如骨骼修複植入物、手術器械)和超硬合金。
* **高熔點高沸點:** 都是難熔金屬。
* **穩定高氧化态:** 最穩定的氧化态通常是+5(如V₂O₅, Nb₂O₅, Ta₂O₅)。
* **鈍化性:** 表面易形成緻密的氧化物保護膜,賦予它們卓越的耐腐蝕性(特别是铌和钽)。
* **形成配合物:** 易與氧、氟、氯等配體形成穩定的配合物。
* **碳化物/氮化物:** 能形成極硬、高熔點的碳化物(如VC, NbC, TaC)和氮化物,用于硬質合金刀具。
* **“釩族”的命名:** 該族以第一個元素“釩”命名。釩的英文名“Vanadium”源自北歐神話中的女神“Vanadís”(Freyja),因其化合物顔色多變。
* **铌與钽的區分:** 铌和钽化學性質極其相似,常共生,分離困難。英文名“Niobium”源自希臘神話中坦塔洛斯(Tantalus)的女兒尼俄伯(Niobe),因其與钽的密切關系;“Tantalum”則源自坦塔洛斯本人,象征其難以被酸“浸濕”(溶解)的特性(如同坦塔洛斯無法喝到水)。
* ** (Db):** 人工合成的放射性超鈾元素,半衰期短,化學性質研究有限,主要存在于核物理研究領域。
元素 | 關鍵應用領域 |
---|---|
釩 (V) | 高強度合金鋼、高速工具鋼、催化劑(硫酸生産)、钛合金、釩氧化還原液流電池 |
铌 (Nb) | 高強度低合金鋼、不鏽鋼、超導材料(MRI, 加速器)、高溫合金(航空航天)、光學玻璃、電容器 |
钽 (Ta) | 钽電容器(電子設備)、化工耐腐蝕設備、外科植入物/器械、切削工具硬質合金、高溫合金 |
釩族元素是元素周期表中VB族(第5族)的成員,主要包括釩(V)、铌(Nb)、钽(Ta)等。以下是其核心特性的綜合解釋:
釩族元素在周期表中屬于VB族,原子結構上具有相似的電子排布,外層電子構型為(n-1)d³ns²。其成員釩、铌、钽均以高熔點、高硬度著稱,常與鎢、钼等難熔金屬并稱。
釩族元素(VB族)與VIB族的鎢、钼雖同屬難熔金屬,但電子結構和化學性質存在差異。例如,鎢、钼更傾向形成+6氧化态,而釩族以+5為主。
“釩族”一詞在部分文獻中可能泛指含釩的金屬組合,但嚴格化學分類應指VB族。需注意區分具體語境。
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