釩、鈮和鉭組成了周期系ⅤB族,它們的最高氧化物M2O5主要呈酸性,所以也稱“酸土金屬”元素。它們和鈦族一樣,都是穩(wěn)定而難熔的希有金屬。這些元素的基本性質列于表21-14中。
表21-14 釩分族的基本性質
| 性質 | 釩 | 鈮 | 鉭 |
| 元素符號 | V | Nb | Ta |
| 原子序數 | 23 | 41 | 73 |
| 原子量 | 50.94 | 92.91 | 180.95 |
| 價電子層結構 | 3d34s2 | 4d35s2 | 5d36s2 |
| 主要氧化態(tài) | +Ⅱ、+Ⅲ、+Ⅳ、+Ⅴ | +Ⅱ、+Ⅲ、+Ⅳ、+Ⅴ | +Ⅱ、+Ⅲ、+Ⅳ、+Ⅴ |
|
原子半徑/pm(金屬半徑) |
132.1 | 142.9 | 143 |
| M5+半徑/pm | 59 | 69 | 68 |
| 電離勢/(kJ·mol-1) | 654 | 667 | 745 |
| 電負性 | 1.63 | 1.6 | 1.5 |
|
E°/V MO2++4H++5e- ?M↓+2H2O M2O5+10H++10e- ?2M↓+5H2O |
-0.253
|
-0.65 |
-0.81 |
| 密度/(g·cm-3) | 6.11 | 8.57 | 16.654 |
釩分族的價電子層結構為(n-1)d3ns2,因5個電子都可參加成鍵,所以穩(wěn)定氧化態(tài)為+Ⅴ。此外還能形成+Ⅳ,+Ⅲ,+Ⅱ低氧化態(tài)的化合物。其中以釩的+Ⅳ氧化態(tài)比較穩(wěn)定,鈮、鉭的低氧化態(tài)化合物就比較少,即按釩,鈮,鉭順序高氧化態(tài)依次逐漸穩(wěn)定。這一情況和鈦分族相似,而和ⅤA族相反。
釩是一種銀灰色金屬,純釩具有延展性,不純時硬而脆。鈮、鉭外形似鉑,也有延展性,具有較高的熔點。鉭是最難熔的金屬之一。由于釩族各金屬比同周期的鈦族金屬有較強的金屬鍵,因此,它們的熔點,熔化熱等都較相應的鈦族金屬為高。

釩族金屬由于容易呈鈍態(tài),因此在常溫下活潑性較低。塊狀釩在常溫下不與空氣、水、苛性堿作用,也不和非氧化性的酸作用,但溶于氫氟酸。它也溶于強的氧化性酸中,如硝酸和王水。在高溫下,釩與大多數非金屬元素反應,并可與熔融的苛性堿發(fā)生反應。鈮和鉭的化學穩(wěn)定性特別高,尤其是鉭。它們不但與空氣和水無作用,甚至不溶于王水,但能緩慢地溶于氫氟酸中。熔融的堿也可與鈮、鉭反應,同樣在高溫下也可與大多數非金屬元素反應。釩、鈮、鉭都溶于硝酸和氫氟酸的混合酸中。
鈮和鉭因原子半徑和離子半徑相近,化學性質也極為相近,給分離它們帶來困難。但可以通過Nb2O5或Ta2O5溶于氫氟酸,生成H2NbF7或H2TaF7配合物。其鉀鹽K2NbF7易水解生成K2NbOF5,而K2TaF7不易水解。K2TaF7的溶解度比氟氧鈮酸鉀K2NbOF5小。利用此性質,調節(jié)溶液中HF的濃度,可使鈮、鉭分離。
釩的主要用途在于冶煉特種鋼,釩鋼具有很大的強度,彈性以及優(yōu)良的抗磨損和抗沖擊的性能。故廣泛用于結構鋼,彈簧鋼,工具鋼,裝甲鋼和鋼軌。特別對汽車和飛機制造業(yè)有重要意義。

鉭最突出的優(yōu)點是耐腐蝕性,因此,它可用于化學工業(yè)的耐酸設備,還可以制成化學器皿以代替實驗室中昂貴的鉑制品,也可用于制造外科手術器械以及用來連接折斷的骨骼以及特種合金等。鈮的用途主要是用于制造特種合金鋼。