第 5 族:釩族
第 5 族由釩、鈮、鉭和人工合成元素𨧀組成。它們是堅硬、熔點高的金屬,最高氧化態是 +5,與每個原子在稀有氣體內核之外擁有的五個電子相符。
內核之外的五個電子
釩是 [Ar] 3d³ 4s²,鉭是 [Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s²,都有三個 d 電子和兩個 s 電子。鈮把它們重新安排為 [Kr] 4d⁴ 5s¹,是少數打破簡單填充順序的元素之一,但它仍有五個電子可用。鉭幾乎只以 +5 出現,如 Ta₂O₅,而鈮形成 +5 和 +3 的化合物。
釩是最靈活的成員,常見氧化態有 +2、+3、+4 和 +5。每一種在溶液中都有自己的顏色:+5 為黃色,+4 為藍色,+3 為綠色,+2 為紫色,所以逐步還原的釩溶液會經歷一道小小的彩虹。
沿著這一族往下的趨勢
熔點和密度穩定上升。釩在 2183 K 熔化,鈮在 2750 K,鉭在 3290 K,而密度從 6 g/cm³ 升到 8.57 g/cm³,再升到 16.69 g/cm³。電負度變化不大:1.63、1.6 和 1.5。
和第 4 族一樣,鑭系元素使第 6 週期的原子與其上方的原子大小幾乎相同,所以鈮和鉭共同出現在同樣的礦石中,很難分離。恰如其分的是,鉭以希臘神話中的坦塔羅斯命名,而鈮以他的女兒妮俄柏命名。
你在哪裡會遇到第 5 族
少量的釩能使鋼更堅韌,釩鋼曾用於工具、彈簧和福特 T 型車。大型釩液流電池可儲存風力和太陽能發電場的電力。鈮鈦合金線經液態氦冷卻後會變成超導體,用於核磁共振掃描儀和粒子加速器的磁鐵。鉭可製成用於手機和筆記型電腦的微小而可靠的電容器,而且因為人體能耐受它,也用於植入物。
𨧀
𨧀(105)以俄羅斯研究城鎮杜布納命名,每次只製造出幾個原子。單原子實驗顯示,它的行為像是更重的鈮或鉭,但其整體性質從未被測量過。
第 5 族:沿族向下的性質變化
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| 23 | 釩 | V | 2 | +2, +3, +4, +5 | 1.63 | 179 | 2,183 K (1,909.8 °C) | 6 g/cm³ |
| 41 | 鈮 | Nb | 1 | +3, +5 | 1.6 | 207 | 2,750 K (2,476.8 °C) | 8.57 g/cm³ |
| 73 | 鉭 | Ta | 2 | +5 | 1.5 | 217 | 3,290 K (3,016.8 °C) | 16.69 g/cm³ |
| 105 | 𨧀 | Db | 2 | +3, +4, +5 | — | — | — | — |