钽和铌的性质和用途(钽的化学性质) 以及铌和钽主要物理化学性质
一、物理性质 钽和铌主要物理性质如表1所示 表1 钽和铌主要物理性质
自然| 铌 | 钽 | 自然 | 铌 | 钽 | 点阵类型体形立方晶格 | 体形立方晶格 | 超导转变温度/K | 9.22 | 4.38 | 晶格常数a/pm329.86 | 330.29 | 中子俘获截面/b(目标) | 1.15 | 21.3 | 摩尔体积/cm310.84 | 10.84 | 电阻温度系数 | 0.00395 | 0.00382 | 密度/(克厘米-3)8.57 | 16.654 | 电阻率/ω m | 12.5×10-8 | 12.45×10-8 | 熔点/K2741 | 3269 | 磁化率(298K) | 2.76×10-8 | 1.07×10-8 | 沸点/K5015 | 5690 10 | 总辐射能量/(瓦特·厘米-1) | 22(2153千) | 12.8(1803千) | 燃烧热/(千焦·克-1)9.954 | 5.774 | 功函 | 4.01 | 4.10 | 熔化热/(千焦·摩尔-1)27.2 | 31.4 | 正离子排放量/eV | 5.5 | 10.0 | 气化热/(kj·mol-1)680.19 | 758.22 | 电子工作功能/W | 4.12 | 4.01 | 热导率/w(m·k)-153.7(30万) | 57.5 | 电子亲和势m → m-1/(千焦摩尔)-1 | 109 | 14 | 蒸汽压/帕(3000K)67.33×10-4 | 41.85×10-3 | | | |
二、主要化学性质 由于受镧系元素的影响，使得铌和钽的化学性质十分相似。铌的外层电子经构为［Kr］4d35s2，钽为［Xe］4f145d36s2。铌的原子半径为142.9pm；铌的离子半径为：Nb4＋74pm，Nb5＋69pm，钽为Ta3＋72pm，Ta4＋68pm，Ta5＋64pm，铌和钽的共价半径均为235pm；铌的电负性为1.6（Pauling），钽为1.5；正是由于以上数据的相近或相等才使得它们的化学性质十分相似，当它们同时出现在溶液中时，常失去各自的个性，表现出像是同一个元素的化学行为。 在酸性溶液中铌和钽的标准还原电位EΘ/V分别为： 铌和钽都有以下6种氧化态。 表2 铌和钽的6种氧化态价态| 外层电子 | 复合的 | 铌钽 | -1d5 | [铌(钴)5] | [钽(钴)5] | +1d4 | [(C5H5)Nb(CO)4] | [(C5H5)Ta(CO)4]，Ta2O | +2d3 | 内罗毕肯尼亚 - 乔莫肯雅塔国际机场 | 陶 | +3d2 | 铌酸锂、三氯化铌、溴化铌、三氯化铌 | TaF3，TaCl3，TaBr3 | +4d1 | 二氧化铌、氟化铌铁、氯化铌、氯化铌 | TaO2，TaCl4，TaBr4，Tal4 | +5d0，f14 | Nb2O5，[Nb6O19]8-(aq)，NbF5，NbCl5，NbO2F，NbOCl3 | Ta2O5，[Ta6O19]8-(aq)，TaF5，TaCl5，TaBr5，TaF6-，TaF72-，TaOF3 |
铌和钽都是非常稳定的金属。金属铌和钽在常温和低温下（Nb＜200℃，Ta＜350℃）都不受多数气体腐蚀。空气中铌在200℃、钽在300℃时氧化，550℃剧烈氧化，最后生成五氧化物。铌在250℃、钽在350℃吸收氢，同时生成间隙固溶体使它们的性能劣化。铌和钽的吸氢作用是可逆的，高温下所吸收的氢在真空条件下又释放出来。 ＋5价是铌钽最稳定的价态，它们的五氧化物具有两性性质，和酸作用呈碱性特征，和碱作用呈酸性特征。铌和钽的混合氢氧化物统称为“土酸”，在酸性介质中按下式分解： Me（OH）5＝Me（OH）4＋＋OH－(式中Me为Nb，Ta) ![]()
KNb＝2.5×10－15 Kta＝1.0×10－13 在碱性介质中按下式分解： Me（OH）5＝MeO3－＋H＋＋2H2O ![]()
KNb＝4.0×10－8 Kta＝2.5×10－10 在化合物中铌和钽既可以是阴离子，也可以阳离子存在；在水溶液中，由于铌和钽的电负性数值较大，易在稀酸溶液中发生不可逆转的水解反应，因此溶液中实际上没有呈阳离子形态的铌或钽，在水溶液中可溶性铌和钽的化合物均为阴离子或络合物离子。铌和钽的配位性强，易和无机和有机物生成络合物。 铌和钽是高度耐腐蚀性的金属。这方面钽优无铌，钽的耐腐蚀性仅次于铂。钽和铌的表面生成稳定的氧化膜使它们能抗住几百种化学物质的侵蚀。除HF酸和强碱外，钽和铌能耐各种无机酸和有机酸的腐蚀。钽和铌能耐各种浓度的盐酸和硝酸（100℃以下）的腐蚀；钽能耐100℃以下的王水（HCl:HNO＝3∶1）的腐蚀，但铌在100℃时强烈腐蚀。钽和铌都能耐各种浓度的硫酸，175℃以下钽对浓硫酸有良好的抗蚀能力，但铌在75℃已有发脆现象，175℃时已能被溶化。常温下钽和铌都耐稀碱液腐蚀，但由于吸氢而发生氢脆，高温下钽和铌不耐各种浓度高的碱液。 铌和钽能耐各种熔融金属的腐蚀。它们在1000～1300℃的高纯钾和钠的熔体中很稳定；在1000℃的熔融锂中也很稳定；在1150℃以下的镁熔体中，900℃以下的锌熔体中，600℃以下的锡熔体中以及1000℃以下的铅熔体中都表现出高度稳定性；铌在1000℃以下，钽在1800℃以下的铋熔体中稳定。在真空或惰性气体中钽在1700℃以下的稀土金属熔体中稳定。 铌和钽虽很相似，但也有相当的差别。铌有Nb2O5，NbO2，NbO三种稳定的氧化物，钽只有Ta2O5是稳定的；铌比钽较易还原，如硫酸铌易被锌、汞、碱金属还原成3价，钽只能还原到4价；在盐酸、硝酸、草酸等溶液中铌可还原为3或4价，钽则很困难。钽的卤化物远较铌的卤化物难于还原成金属。钽的金属性较铌强，和浓硫酸作用，钽最终能生成正盐Ta2（SO4）5，铌一般只能生成Nb2O4SO4，Nb2O3（SO4）2；铌对氧的亲和力大于钽，精矿氯化时铌易生成NbOCl3，钽则只能生成TaCl5，一般很难生成TaOCl3；铌有Nb2O42＋,Nb2O34＋离子存在，钽未有类似的离子态；铌和钽都易生成络合物，但络合物性质有差别，如随酸浓度增加，铌有H2NbOF5→H2NbF7→H2NbF6三种形态转变，钽只有H2NbF7→H2NbF6两种形态，而且铌化合物较易水解，钽络合物比较稳定，它们的溶解度也有很大差别。正是利用这些细小的差别才得以将它们分离。 关键词TAG： 稀有金属 免责声明：本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考，不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之，本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者，视为自愿接受本网站声明的约束。
