金屬鈦的化學(xué)性質(zhì)

金屬鈦在高溫環(huán)境中的還原能力極強(qiáng)，能與氧、碳、氮以及其他許多元素化合，還能從部分金屬氧化物（比如氧化鋁）中奪取氧。常溫下鈦與氧氣化合生成一層極薄致密的氧化膜，這層氧化膜常溫下不與絕大多數(shù)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng)，包括酸中之王——王水。它只與氫氟酸、熱的濃鹽酸、濃硫酸反應(yīng)，因此鈦體現(xiàn)了抗腐蝕性。

發(fā)展歷程

鈦元素發(fā)現(xiàn)于1789年，1908年挪威和美國(guó)開(kāi)始用硫酸法生產(chǎn)鈦白，1910年在試驗(yàn)室中第一次用鈉法制得海綿鈦，1948年美國(guó)杜邦公司才用鎂法成噸生產(chǎn)海綿鈦---這標(biāo)志著海綿鈦即鈦工業(yè)化生產(chǎn)的開(kāi)始。

中國(guó)鈦工業(yè)起步于20世紀(jì)50年代。1954，北京有色金屬研究總院開(kāi)始進(jìn)行海綿鈦制備工藝研究，1956年國(guó)家把鈦當(dāng)作戰(zhàn)略金屬列入了12年發(fā)展規(guī)劃，1958年在撫順?shù)X廠實(shí)現(xiàn)了海綿鈦工業(yè)試驗(yàn)，成立了中國(guó)第一個(gè)海綿鈦生產(chǎn)車間，同時(shí)在沈陽(yáng)有色金屬加工廠成立了中國(guó)第一個(gè)鈦加工材生產(chǎn)試驗(yàn)車間。

20世紀(jì)60-70年代，在國(guó)家的統(tǒng)一規(guī)劃下，先后建設(shè)了以遵義鈦廠為代表的10余家海綿鈦生產(chǎn)單位，建設(shè)了以寶雞有色金屬加工廠為代表的數(shù)家鈦材加工單位，同時(shí)也形成了以北京有色金屬研究總院為代表的科研力量，成為繼美國(guó)、前蘇聯(lián)和日本之后的第四個(gè)具有完整鈦工業(yè)體系的國(guó)家。

1980年前后，我國(guó)海綿鈦產(chǎn)量達(dá)到2800噸，然而由于當(dāng)時(shí)大多數(shù)人對(duì)鈦金屬認(rèn)識(shí)不足，鈦材的高價(jià)格也限制了鈦的應(yīng)用，鈦加工材的產(chǎn)量?jī)H200噸左右，我國(guó)鈦工業(yè)陷入困境。在這種情況下，由當(dāng)時(shí)國(guó)務(wù)院副總理方毅同志倡導(dǎo)，朱镕基和袁寶華同志支持，于1982年7月成立了跨部委的全國(guó)鈦應(yīng)用推廣領(lǐng)導(dǎo)小組，專門協(xié)調(diào)鈦工業(yè)的發(fā)展事宜，促成了20世紀(jì)80年代至90年代初期我國(guó)海綿鈦和鈦加工材產(chǎn)銷兩旺、鈦工業(yè)快速平穩(wěn)發(fā)展的良好局面。

綜上所述，我國(guó)鈦工業(yè)大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展期：即20世紀(jì)50年代的開(kāi)創(chuàng)期，60-70年代的建設(shè)期和80-90年代的初步發(fā)展期。在新世紀(jì)，得益于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速發(fā)展，我國(guó)鈦工業(yè)也進(jìn)入了一個(gè)快速成長(zhǎng)期。

鈦耐腐蝕，所以在化學(xué)工業(yè)上常常要用到它。過(guò)去，化學(xué)反應(yīng)器中裝熱硝酸的部件都用不銹鋼。不銹鋼也怕那強(qiáng)烈的腐蝕劑——熱硝酸，每隔半年，這種部件就要統(tǒng)統(tǒng)換掉?，F(xiàn)在，用鈦來(lái)制造這些部件，雖然成本比不銹鋼部件貴一些，但是它可以連續(xù)不斷地使用五年，計(jì)算起來(lái)反而合算得多。

在電化學(xué)中，鈦是單向閥型金屬，電位很負(fù)，通常無(wú)法用鈦?zhàn)鳛殛?yáng)極進(jìn)行分解。

鈦的最大缺點(diǎn)是難于提煉。主要是因?yàn)殁佋诟邷叵禄夏芰O強(qiáng)，可以與氧、碳、氮以及其他許多元素化合。因此，不論在冶煉或者鑄造的時(shí)候，人們都小心地防止這些元素“侵襲”鈦。在冶煉鈦的時(shí)候，空氣與水當(dāng)然是嚴(yán)格禁止接近的，甚至連冶金上常用的氧化鋁坩堝也禁止使用，因?yàn)殁仌?huì)從氧化鋁里奪取氧?，F(xiàn)在，人們利用鎂與四氯化鈦在惰性氣體——氦氣或氬氣中相作用，來(lái)提煉鈦。

人們利用鈦在高溫下化合能力極強(qiáng)的特點(diǎn)，在煉鋼的時(shí)候，氮很容易溶解在鋼水里， 當(dāng)鋼錠冷卻的時(shí)候，鋼錠中就形成氣泡，影響鋼的質(zhì)量。所以煉鋼工人往鋼水里加進(jìn)金屬鈦，使它與氮化合，變成爐渣一—氮化鈦，浮在鋼水表面，這樣鋼錠就比較純凈了。

當(dāng)超音速飛機(jī)飛行時(shí)，它的機(jī)翼的溫度可以達(dá)到500℃。如用比較耐熱的鋁合金制造機(jī)翼，一到二三百度也會(huì)吃不消，必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來(lái)代替鋁合金而鈦恰好能夠滿足這些要求。鈦還能經(jīng)得住零下一百多度的考驗(yàn)，在這種低溫下，鈦仍舊有很好的韌性而不發(fā)脆。

利用鈦和鋯對(duì)空氣的強(qiáng)大吸收力，可以除去空氣，造成真空。比方，利用鈦制成的真空泵，可以把空氣抽到只剩下十萬(wàn)萬(wàn)萬(wàn)分之一。

鈦的氧化物——二氧化鈦，是雪白的粉末，是最好的白色顏料，俗稱鈦白。以前，人們開(kāi)采鈦礦，主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強(qiáng)，不易起化學(xué)變化，永遠(yuǎn)是雪白的。特別可貴的是鈦白無(wú)毒。它的熔點(diǎn)很高，被用來(lái)制造耐火玻璃，釉料，琺瑯、陶土、耐高溫的實(shí)驗(yàn)器皿等。

二氧化鈦是世界上最白的東西， 1克二氧化鈦可以把 450多平方厘米的面積涂得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍，因此是調(diào)制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，一年多到幾十萬(wàn)噸。二氧化鈦可以加在紙里，使紙變白并且不透明，效果比其他物質(zhì)大10倍，因此，鈔票紙和美術(shù)品用紙就要加二氧化鈦。此外，為了使塑料的顏色變淺，使人造絲光澤柔和，有時(shí)也要添加二氧化鈦。在橡膠工業(yè)上，二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。

四氯化鈦是種有趣的液體，它有股刺鼻的氣味，在濕空氣中便會(huì)大冒白煙——它水解了，變成白色的二氧化鈦的水凝膠。在軍事上，人們便利用四氯化鈦的這股怪脾氣，作為人造煙霧劑。特別是在海洋上，水氣多，一放四氯化鈦，濃煙就象一道白色的長(zhǎng)城，擋住了敵人的視線。在農(nóng)業(yè)上，人們利用四氟化鈦來(lái)防霜。

鈦酸鋇晶體有這樣的特性：當(dāng)它受壓力而改變形狀的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生電流，一通電又會(huì)改變形狀。于是，人們把鈦酸鋇放在超聲波中，它受壓便產(chǎn)生電流，由它所產(chǎn)生的電流的大小可以測(cè)知超聲波的強(qiáng)弱。相反，用高頻電流通過(guò)它，則可以產(chǎn)生超聲波?，F(xiàn)在，幾乎所有的超聲波儀器中，都要用到鈦酸鋇。除此之外，鈦酸鋇還有許多用途。例如：鐵路工人把它放在鐵軌下面，來(lái)測(cè)量火車通過(guò)時(shí)候的壓力；醫(yī)生用它制成脈搏記錄器。用鈦酸鋇做的水底探測(cè)器，是銳利的水下眼睛，它不只能夠看到魚群，而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。

冶煉鈦時(shí)，要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的步驟。把鈦鐵礦變成四氯化鈦，再放到密封的不銹鋼罐中，充以氬氣，使它們與金屬鎂反應(yīng)，就得到“海綿鈦”。這種多孔的“海綿鈦”是不能直接使用的，還必須把它們?cè)陔姞t中熔化成液體，才能鑄成鈦錠。但制造這種電爐又談何容易！除了電爐的空氣必須抽干凈外，更傷腦筋的是，簡(jiǎn)直找不到盛裝液態(tài)鈦的坩堝，因?yàn)橐话隳突鸩牧喜亢醒趸铮渲械难蹙蜁?huì)被液態(tài)鈦奪走。后來(lái)，人們終于發(fā)明了一種“水冷銅坩堝”的電爐。這種電爐只有中央一部分區(qū)域很熱，其余部分都是冷的，鈦在電爐中熔化后，流到用水冷卻的銅坩堝壁上，馬上凝成鈦錠。用這種方法已經(jīng)能夠生產(chǎn)幾噸重的鈦塊，但它的成本就可想而知了。

元素名稱：鈦

元素原子量：47.87

元素在海水中的含量:(ppm)

0.00048

元素在太陽(yáng)中的含量:(ppm)

4

元素類型：金屬

核內(nèi)質(zhì)子數(shù)：22

核外電子數(shù)：22

核電核數(shù)：22

質(zhì)子質(zhì)量：3.6806E-26

質(zhì)子相對(duì)質(zhì)量：22.154

原子體積:(立方厘米/摩爾)

10.64

地殼中含量：（ppm）

5600

以下為增加內(nèi)容：

氧化態(tài)：

Main Ti+4

Other Ti-1, Ti0, Ti+2, Ti+3

所屬周期：4

所屬族數(shù)：IVB

摩爾質(zhì)量：48

氫化物：TiH4

氧化物：TiO

最高價(jià)氧化物化學(xué)式：TiO2

密度：4.54g/cm3

熔點(diǎn)：1660.℃

沸點(diǎn)：3287.0 ℃

電離能 (kJ /mol)

M - M+ 658

M+ - M2+ 1310

M2+ - M3+ 2652

M3+ - M4+ 4175

M4+ - M5+ 9573

M5+ - M6+ 11516

M6+ - M7+ 13590

M7+ - M8+ 16260

M8+ - M9+ 18640

M9+ - M10+ 20830

外圍電子排布：2 8 8 4

核外電子排布：2,8,10,2

晶體結(jié)構(gòu)：晶胞為六方晶胞。

晶胞參數(shù)：

a = 295.08 pm

b = 295.08 pm

c = 468.55 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

莫氏硬度：6

聲音在其中的傳播速率：（m/S）5090

顏色和狀態(tài)：銀灰色金屬

原子半徑：2

常見(jiàn)化合價(jià)：+2,+3,+4