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中國科學院和青海省地質調查院近日宣布了一項重大發(fā)現(xiàn)——大格勒鈮礦床。此礦床就是與堿性巖?碳酸巖雜巖共生的鈮-稀土礦。這個發(fā)現(xiàn)不僅展示了我國地質科學的卓越實力，為突破我國現(xiàn)有鈮資源“提取難、利用難”瓶頸提供契機，更讓我們對一種神奇的過渡金屬元素——鈮有了更深入的了解。

鮮為人知的是，鈮元素的發(fā)現(xiàn)前后經(jīng)歷了150多年，現(xiàn)在它被廣泛運用于超導體、高溫合金、改善鋼性能、核工業(yè)等，是名副其實的點“鈮”成金。

PART.01鈳鉭之爭半世紀

“這家伙太頑固了，還原十多次了，還得不到單質！”

公元1801年初秋的一天，英國倫敦市郊的一所學校的實驗室里。化學家查理斯?哈切特面對試劑瓶里的黑色立方晶體，頭痛不已。這些晶體是未知的金屬氧化物，來自博物館的礦石。

一周前，哈切特參觀大英博物館時，對展柜里黑金條紋的精美礦石產(chǎn)生了濃厚的興趣。館長介紹說，這是美國康涅狄格州州長的孫子捐贈給博物館的。致力于礦石研究的哈切特要了一些樣品，帶回學校的實驗室做化學分析。經(jīng)過多次試驗，他分離出錳、鐵等10多種單質，得到黑色的金屬氧化物。

哈切特嘗試了各種方法，但仍未能成功地將未知金屬氧化物還原為單質。他將這種物質與當時已知的所有金屬氧化物進行仔細比對，驚訝地發(fā)現(xiàn)沒有任何一種與其相匹配。

經(jīng)過無數(shù)次的試驗和驗證，哈切特最終確認，這種未知的金屬氧化物中蘊含著一種全新的元素。為了紀念美洲大陸的發(fā)現(xiàn)者哥倫布（Columbus），他把新元素命名為Columbium，簡稱Cb。若干年后西學東漸，清末科學家把這種金屬譯作“鈳”。

查理斯?哈切特像

19世紀初是西方科學大爆發(fā)的年代，科學家們?yōu)榘l(fā)現(xiàn)元素而不遺余力，你追我趕。

就在哈切特發(fā)現(xiàn)鈳元素的第二年，瑞典化學家埃克伯格發(fā)表論文聲稱，自己從芬蘭得到的礦石里分離出一種新的金屬元素，由于它的抗腐蝕能力特別強，所以用希臘神話中的英雄坦塔羅斯（Tantalus）的名字將它命名為Tantalum，簡稱Ta，漢譯為“鉭”。

在對比哈切特和埃克伯格的論文后，科學界發(fā)現(xiàn)鈳和鉭的性質有著驚人的相似性。這引發(fā)了化學家們對鈳和鉭是否為同一金屬的激烈討論，意見分歧嚴重。

在接下來的幾十年中，不時有報道指出發(fā)現(xiàn)了與鈳、鉭性質相近的新元素，并為其賦予了各種新的名稱。然而，經(jīng)過后續(xù)的仔細核查，這些所謂的“新元素”最終被證實要么是鈳，要么是鉭。

公元1844年，德國化學家羅斯對一種來自波登馬伊斯的礦石進行了深入的研究，并從中成功地分離出兩種化學性質相似的元素。經(jīng)過仔細鑒定，羅斯確認其中一種是已知的鉭元素，而另一種則是全新的元素。

為了紀念這一發(fā)現(xiàn)，羅斯將它命名為Niobium，簡稱“Nb”，漢譯為“鈮”，這一名稱的詞根來源于坦塔羅斯的女兒尼奧比（Niobe）的名字，寓意著這一新元素如同神話般珍貴而獨特。

鈮金屬

“鈮”與“鈳”是否為同一元素，這一疑問在當時并未得到明確的解答。隨后幾十年里，西方科學家們陷入對鈳、鉭、鈮的深入探索中，同時也在努力進行含鈮氧化物的還原研究。這一系列探索與爭議，使得當時的科學界熱鬧非凡，各種觀點與實驗層出不窮。

PART.02提純命名一百載

自羅斯發(fā)現(xiàn)并命名新元素鈮后，第一個取得突破性進展的是瑞士科學家馬利納克。

公元1866年，馬利納克經(jīng)過反復試驗，發(fā)明了有效分離鉭和鈮的“分步結晶法”。此法的具體操作步驟如下：先將含鉭和鈮的氧化物與氟化物進行化學反應，從而得到氟化鉭和氟化鈮，再分別把氟化鉭和氟化鈮通入氟化氫，從而得到密度大的單質鉭和密度小的單質鈮。

馬利納克進一步將單質鈮與先前制備的鈳進行對比，從物理性質和化學性質兩方面進行了深入剖析，結果驚奇地發(fā)現(xiàn)它們實際上為同一種元素。

在為其命名時，他深思熟慮，鑒于鉭的拉丁名稱（Tantalus）源自神話中的宙斯之子坦塔羅斯，他認為用坦塔羅斯之女尼奧比來命名這種新元素“鈮”（Niobium）會更具邏輯性和文化底蘊。

馬利納克的命名提議雖然得到歐洲科學界的支持，但美國科學界堅決反對。道理有二：一是“鈳”得名早，命名理所應當；二是“鈳”主要為了紀念哥倫布，作為第一個發(fā)現(xiàn)美洲大陸的人，哥倫布一直受到美國人的推崇。

雙方各執(zhí)一詞，各行其是。在溝通和公文中，歐洲人堅定地站在“鈮”這一邊，而美國人則堅守“鈳”的陣地。

這樣的局面持續(xù)了將近一個世紀，直到公元1949年，國際純粹與應用化學會（IUPAC）召開會議作出裁決：元素周期表中第41號元素的正式名稱為“鈮”，而“鈳”則作為舊稱保留。這一長期懸而未決的爭議，終于畫上了句號。

PART.03點之成金用途廣

與鈮的發(fā)現(xiàn)與命名一樣，鈮的運用也經(jīng)歷了相對漫長的過程。

20世紀初，鈮首次亮相于白熾燈制造領域，然而這一短暫的嘗試很快被熔點更高的鎢所取代，因為鎢更適宜用于白熾燈的制造。20多年后，鈮再次引起人們的關注，因其具有增強鋼強度的獨特性能，進而推動了其在鋼鐵領域的廣泛應用。又20多年后，鉭鈮高溫合金的應用取得顯著進展。

**進入新世紀后，鈮如同一把熠熠生輝的黃金鑰匙，開啟了進步之門。**隨著金屬鈮的物化性被人們進一步研究，例如耐高溫、耐腐蝕、導電性優(yōu)良等等。其已被廣泛應用于航空航天、超導材料等諸多領域，給世人創(chuàng)造出難以想象的價值。

鈮在工業(yè)領域的應用十分廣泛，被譽為“工業(yè)味精”。由于其高強度、高熔點、耐腐蝕等特性，鈮及其化合物在鋼鐵、合金、陶瓷、電子等多個領域都發(fā)揮著重要作用。

在鋼鐵中添加少量鈮，可以顯著提高鋼材的強度和耐腐蝕性，這方面運用最廣的是汽車；在合金中加入鈮，可以改善合金的耐高溫性能；在陶瓷和電子領域，鈮的化合物也發(fā)揮著不可替代的作用。

汽車部件因為加入鈮而性能更強 圖源：中國礦業(yè)網(wǎng)

更為神奇的是，鈮在某些特殊情況下，甚至可以發(fā)揮出“點之成金”的神奇效果。在超導材料、催化劑等領域，鈮的加入可以顯著提升材料的性能，實現(xiàn)一些看似不可能的技術突破。

例如，在超導材料中，鈮的加入可以提高超導體的臨界溫度，使得超導技術在更高溫度下得以應用；在催化劑領域，鈮的化合物可以作為高效的催化劑，促進化學反應的進行，提高生產(chǎn)效率。

在未來的科技發(fā)展中，發(fā)現(xiàn)和命名長達150多年的鈮將繼續(xù)發(fā)揮著不可替代的作用，為人類社會的進步貢獻出更多的力量。

參考文獻：

1.《鈮作為微合金化元素的歷史》，2001年全球鈮國際會議開幕辭，作者Lutz Meyer

2.《全球鈮礦資源的勘探開發(fā)與投資研究》，作者劉霏，《中國礦業(yè)》2013年07期

3.《鈮的應用與發(fā)展》，作者王永躍，《寧夏科技》1997年04期

作者：魏德勇 廣東深圳市作家協(xié)會會員

責編：董小嫻