第5族元素とは？わかりやすく解説

第5族元素（だいごぞくげんそ）は、周期表において第5族に属する元素の総称であり、バナジウム、ニオブ、タンタル、ドブニウムからなる。バナジウム、ニオブ、タンタルはバナジウム族元素と呼ばれることもある。

いずれも金属で、硬く強靭で耐食性がある。また、融点、沸点も高いのが特徴。酸にも侵されにくい。超硬材料や、触媒などに利用される。

閉殻していないd軌道を持ち、遷移元素として取り扱われる。

性質

第5族元素では価電子および内殻電子の電子構造は周期により異なる。

	バナジウム ₂₃V	ニオブ ₄₁Nb	タンタル ₇₃Ta	ドブニウム ₁₀₅Db
電子配置	[Ar]3d³4s²	[Kr]4d⁴5s¹	[Xe]4f¹⁴5d³6s²	[Rn]5f¹⁴6d²7s²
第1イオン化エネルギー（kJ mol^-1）	650	652.1	714
第2イオン化エネルギー（kJ mol^-1）	1,413	1,382	1,500
第3イオン化エネルギー（kJ mol^-1）	2,828	2,416
第4イオン化エネルギー（kJ mol^-1）	4,506.6	3,700
第5イオン化エネルギー（kJ mol^-1）	6,294	4,877
電子親和力（電子ボルト）	0.525	0.893	0.322
電気陰性度（Allred-Rochow）	1.32	1.22	1.23
イオン半径（pm; M⁵⁺）	68（6配位）	62 （4配位） 78 （6配位）	78 （6配位） 88 （8配位）
結合半径（pm）	131	137	143	139
融点（K）	2,175	2,750	3,290
沸点（K）	3,682	5,017	5,731
酸化還元電位 E⁰ （V）		-1.1 （M³⁺/M）

いずれも硬く強靭な金属で、融点、沸点も高いのが特徴。超硬材料や、触媒などに利用される。物性計算上は単体金属は強い還元剤であることが示唆されるが、容易に不動態皮膜を形成するので常温では耐食性があり非酸化性の酸にも侵されにくい。例えば強くて薄いタンタルの酸化皮膜はタンタルコンデンサーに応用されている。

一方、高温では大抵の非金属元素と反応し、酸化物、炭化物（MC）、窒化物（MN）、硫化物を形成するが、後述の様に生成物の金属の酸化数は多様である。

5族元素いずれもが酸化数-1から+5の多様な化合物、イオンを形成する。代表例を次に挙げる。

酸化数	バナジウム	ニオブ	タンタル
-1	V(CO)₆^-	Nb(CO)₆^-	Ta(CO)₆^-
0	V(CO)₆
+1	V(bpy)₃⁺	(π-C₅H₅)Nb(CO)₄	(π-C₅H₅)Ta(CO)₄
+2	V(CN)₆^4-
+3	V(NH₃)₆³⁺	NbCl₃	TaBr₃
+4	K₂VCl₆	NbCl₄	TaO₂
+5	VOCl₃	NbF₅	Na₂TaF₈

bpy - bipydidyl

π-C₅H₅ - cyclopentadienyl

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