第5族:バナジウム族
第5族は、バナジウム、ニオブ、タンタル、そして合成元素のドブニウムからなります。これらは硬くて融点の高い金属で、最高の酸化数は+5です。これは、各原子が希ガスの芯の外側にもつ5個の電子に対応しています。
芯の外側にある5個の電子
バナジウムは[Ar] 3d³ 4s²、タンタルは[Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s²で、3個のd電子と2個のs電子をもちます。ニオブはこれを[Kr] 4d⁴ 5s¹のように並べ替えます。これは単純な電子の詰まり方の順序に従わない元素のひとつですが、それでも使える電子は5個です。タンタルはほぼ+5だけで現れ、Ta₂O₅がその例です。ニオブは+5と+3の化合物をつくります。
バナジウムは最も柔軟なメンバーで、一般的な酸化数は+2、+3、+4、+5です。それぞれ溶液中で固有の色をもち、+5は黄色、+4は青、+3は緑、+2は紫です。そのため、バナジウムの溶液を少しずつ還元していくと、小さな虹のように色が変わっていきます。
族を下るにつれての傾向
融点と密度は着実に上がります。バナジウムは2183 K、ニオブは2750 K、タンタルは3290 Kで融け、密度は6 g/cm³から8.57 g/cm³、そして16.69 g/cm³へと増えていきます。電気陰性度はほとんど変わらず、1.63、1.6、1.5です。
第4族と同じく、ランタノイド系列のために第6周期の原子は真上の原子とほぼ同じ大きさになり、ニオブとタンタルは同じ鉱石に一緒に産出して分離が困難です。ふさわしいことに、タンタルはギリシャ神話のタンタロスにちなんで、ニオブはその娘ニオベにちなんで名づけられました。
第5族に出会う場面
少量のバナジウムは鋼を強くし、バナジウム鋼は工具、ばね、フォードのモデルTに使われました。大型のバナジウムレドックスフロー電池は、風力や太陽光の発電所の電気を蓄えます。ニオブ–チタン線は、液体ヘリウムで冷やすと超伝導体になり、MRIスキャナーや粒子加速器の磁石に使われます。タンタルは、スマートフォンやノートパソコンに使う小型で信頼性の高いコンデンサーをつくり、体になじみやすいのでインプラントにも使われます。
ドブニウム
ドブニウム(105)は、ロシアの研究都市ドゥブナにちなんで名づけられ、数個の原子ずつしかつくられたことがありません。原子1個ずつの実験からは、ニオブやタンタルのより重い仲間のようにふるまうことが示唆されていますが、バルクの性質は測定されたことがありません。
第5族:族に沿った性質の変化
列の見出しをクリックすると並べ替えられます。
| 23 | バナジウム | V | 2 | +2, +3, +4, +5 | 1.63 | 179 | 2,183 K (1,909.8 °C) | 6 g/cm³ |
| 41 | ニオブ | Nb | 1 | +3, +5 | 1.6 | 207 | 2,750 K (2,476.8 °C) | 8.57 g/cm³ |
| 73 | タンタル | Ta | 2 | +5 | 1.5 | 217 | 3,290 K (3,016.8 °C) | 16.69 g/cm³ |
| 105 | ドブニウム | Db | 2 | +3, +4, +5 | — | — | — | — |