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科普 | 鉭:電容器領(lǐng)域顯身手

發(fā)布日期:2023-09-07??來源:科普時(shí)報(bào)??作者:宋丹??瀏覽次數(shù):869
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核心提示:鉭,元素周期表第73號(hào)元素。來源:視覺中國(guó)17世紀(jì)中葉,北美洲發(fā)現(xiàn)了一種很重的黑色礦物,被送到英國(guó)博物館保管。大約過了150年,1801年,英國(guó)化學(xué)家查理斯·哈契特受命分析博物館中的這種礦石,從中發(fā)現(xiàn)了一種新元素,這就是鈮。1802年,瑞典化學(xué)家安德斯·??瞬└裨诜治鏊箍暗募{維亞半島的一種礦物時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種新元素,命名為鉭。由于早期煉成的鉭含有較多雜

鉭,元素周期表第73號(hào)元素。


來源:視覺中國(guó)

17世紀(jì)中葉,北美洲發(fā)現(xiàn)了一種很重的黑色礦物,被送到英國(guó)博物館保管。大約過了150年,1801年,英國(guó)化學(xué)家查理斯·哈契特受命分析博物館中的這種礦石,從中發(fā)現(xiàn)了一種新元素,這就是鈮。1802年,瑞典化學(xué)家安德斯·埃克博格在分析斯堪的納維亞半島的一種礦物時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種新元素,命名為鉭。由于早期煉成的鉭含有較多雜質(zhì),直到1903年,德國(guó)化學(xué)家博爾頓才首次制備出純的金屬鉭。

與鋯、鉿類似,鉭和鈮也是一對(duì)“姊妹花”,它們的物理化學(xué)性質(zhì)非常相似,并共生于自然界的礦物中。不同的礦石中,兩種元素的含量不同,鈮含量高的礦物稱為鈮礦,鉭含量高的就稱為鉭礦。鉭的主要礦物有鉭鐵礦、細(xì)晶石等,鉭鈮礦中往往還含有其他稀土金屬,煉錫的廢渣中就有鉭,是金屬鉭的重要來源。1956年,我國(guó)開始發(fā)展鉭工業(yè),如今,寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司已成長(zhǎng)為世界三大鉭業(yè)集團(tuán)之一,能從含鉭比較低的礦物中提取鉭,并擁有批量生產(chǎn)全系列鉭產(chǎn)品的能力。

金屬鉭硬度適中,富有延展性,加工性能好,具有極高的抗腐蝕性,是化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定的金屬,在任何溫度下與濃硝酸,甚至腐蝕性非常強(qiáng)的液體“王水”都不反應(yīng),僅能與氟氣、氫氟酸、三氧化硫等反應(yīng)。相對(duì)酸來說,鉭更怕強(qiáng)堿:40%的燒堿溶液在110℃時(shí)會(huì)迅速溶解;在氫氧化鉀溶液中溫度更低就可迅速溶解;常溫下,一般的無機(jī)鹽對(duì)鉭根本不起作用。這幾種特性使鉭可替代不銹鋼,壽命比不銹鋼提高幾十倍,在化工、電子、電氣等工業(yè)中能承擔(dān)貴金屬鉑的作用,以降低生產(chǎn)成本。

鉭的抗腐蝕性還可以制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)材料,鉭鎢、鉭鎢鉿、鉭鉿合金均可用作火箭、導(dǎo)彈和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱高強(qiáng)材料及控制調(diào)節(jié)裝備的零件。鉭還是一種“親生物金屬”,可以制作骨科和外科手術(shù)材料。

鉭在電容器領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛,約占其總消費(fèi)量的60%。1956年,美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室首先研制出了一種體積小且電容量大的鉭電容,是利用鉭做介質(zhì),不需要電解液,也不需要使用鍍鋁膜電容紙的電容,很適合在高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作,并能制成貼裝的小型和片型元件。

鉭金屬表面能生成極薄的五氧化二鉭膜,既能防止鉭腐蝕,又能與電容器的一端極結(jié)合成一個(gè)整體,使鉭電容單位體積內(nèi)能具有非常高的工作電場(chǎng)強(qiáng)度,電容量特別大,在電源濾波、交流旁路等用途上具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

(作者系湖北省武漢市第二十中學(xué)化學(xué)教師、武漢市科學(xué)家科普?qǐng)F(tuán)成員)

責(zé)任編輯:胡惠雯

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