金屬中的「孿生兄弟」!鈮和鉭有何特性?

2021-01-07 知識就是力量

撰文/曲建翹

本文節選自《知識就是力量》雜誌

我們常用「焦不離孟」來形容兩個人的關係非常鐵,感情深厚。殊不知,自然界中也有這樣一對感情深厚的小兄弟,它們在元素周期表中屬於同族元素,物理和化學性質很相似,而且又共同生長在同一個礦體內,因而被人們稱為金屬中的「孿生兄弟」。它們是誰呢?

它們就是鈮和鉭!

在元素周期表中,鈮和鉭屬於同一族,物理、化學性質很相似,它們「形影不離」,在自然界中更是伴生在一起,故稱得上是一對「孿生兄弟」。事實上,當人們在19世紀初發現鈮和鉭的時候,還認為它們是一種元素,此後大約過了42年,人們才用化學分析方法第一次把它們分開,這才看清楚它們是兩種不同的金屬元素。

鈮的理化性質

鈮(niobium)的化學符號是「Nb」,原子序數為41,原子量是92.90638,屬周期系第Ⅴ類副族(釩族)元素。這是一種帶光澤的灰色金屬,具有順磁性。高純度鈮金屬的延展性較高,但會隨雜質含量的增加而變硬。鈮對於熱中子的捕獲截面很低,因此在核工業上有相當大的用處。

鈮金屬在常溫下穩定,在200℃時開始氧化生成緻密的氧化物薄膜,且能抵禦熔融鹼和各種酸的腐蝕,包括王水、氫氯酸、硫酸、硝酸和磷酸等。

鉭的理化性質

鉭(Tantalum)的化學符號是「Ta」,原子序數為73,原子量是180.9479,同屬周期系第V類副族(釩族)元素。它是銀白色金屬,主要化合價為+5,耐腐蝕性很好。在200℃以下,只與氟、氫氟酸、強鹼溶液、發煙硫酸作用。在室溫下,不受鹽酸、硝酸和硫酸的影響,不與王水作用,對酸有很大的穩定性。

鉭富有延展性,可以拉成細絲式制薄箔。其熱膨脹係數很小,每升高1℃只膨脹0.00066%。除此之外,它的韌性很強,比銅還要優異。

鉭在外科醫療上佔有重要地位,它不僅可以用來製造醫療器械,而且是很好的「生物適應性材料」。比如說,用鉭片可以彌補頭蓋骨的損傷,鉭絲可以用來縫合神經和肌腱,鉭條可以代替折斷了的骨頭和關節,鉭絲製成的鉭紗或鉭網,可以用來補償肌肉組織……

經研究發現,兩者都屬於高熔點金屬,化學性質穩定,具有抗壓、耐磨損的特性,同時也是卓越的超導材料,因此被廣泛用於各個領域,屬於重要的戰略資源。

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