鈦是什麽樣的一種金屬?

一種金屬元素，灰色，能在氮氣中燃燒，熔點高。鈍鈦和以鈦為主的合金是新型的結構材料，主要用於航天工業和航海工業。從發現鈦元素到製得純品，曆時一百多年。而鈦真正得到利用，認識其本來的真麵目，則是20世紀40年代以後的事情了。地理表麵十公裏厚的地層中，含鈦達千分之六，比銅多61倍。隨便從地下抓起一把泥土，其中都含有千分之幾的鈦，世界上儲量超過一千萬噸的鈦礦並不稀罕。海灘上有成億噸的砂石，鈦和鋯這兩種比砂石重的礦物，就混雜在砂石中，經過海水千百萬年昼夜不停地淘洗，把比較重的鈦鐵礦和鋯英砂礦衝在一起，在漫長的海岸邊，形成了一片一片的鈦礦層和鋯礦層。這種礦層是一種黑色的砂子，通常有幾厘米到幾十厘米厚。鈦沒有磁性，用鈦建造的核潛艇不必擔心磁性水雷的攻擊。1947年，人們才開始在工廠裏冶煉鈦。當年，產量隻有2噸。1955年產量激增到2萬噸。1972年，年產量達到了20萬噸。鈦的硬度與鋼鐵差不多，而它的重量幾乎隻有同體積的鋼鐵的一半，鈦雖然稍稍比鋁重一點，它的硬度卻比鋁大2倍。現在，在宇宙火箭和導彈中，就大量用鈦代替鋼鐵。據統計，目前世界上每年用於宇宙航行的鈦，已達一千噸以上。極細的鈦粉，還是火箭的好燃料，所以鈦被譽為宇宙金屬，空間金屬。鈦的耐熱性很好，熔點高達1725℃。在常溫下，鈦可以安然無恙地躺在各種強酸強堿的溶液中。就連最凶猛的酸——王水，也不能腐蝕它。鈦不怕海水，有人曾把一塊鈦沉到海底，五年以後取上來一看，上麵粘了許多小動物與海底植物，卻一點也沒有生鏽，依舊亮閃閃的。現在，人們開始用鈦來製造潛艇一——鈦潛艇。由於鈦非常結實，能承受很高的壓力，這種潛艇可以在深達4500米的深海中航行。鈦耐腐蝕，所以在化學工業上常常要用到它。過去，化學反應器中裝熱硝酸的部件都用不鏽鋼。不鏽鋼也怕那強烈的腐蝕劑——熱硝酸，每隔半年，這種部件就要統統換掉。現在，用鈦來製造這些部件，雖然成本比不鏽鋼部件貴一些，但是它可以連續不斷地使用五年，計算起來反而合算得多。在電化學中，鈦是單向閥型金屬，電位很負，通常無法用鈦作為陽極進行分解。鈦的最大缺點是難於提煉。主要是因為鈦在高溫下化合能力極強，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候，人們都小心地防止這些元素“侵襲”鈦。在冶煉鈦的時候，空氣與水當然是嚴格禁止接近的，甚至連冶金上常用的氧化鋁坩堝也禁止使用，因為鈦會從氧化鋁裏奪取氧。現在，人們利用鎂與四氯化鈦在惰性氣體——氦氣或氬氣中相作用，來提煉鈦。人們利用鈦在高溫下化合能力極強的特點，在煉鋼的時候，氮很容易溶解在鋼水裏，當鋼錠冷卻的時候，鋼錠中就形成氣泡，影響鋼的質量。所以煉鋼工人往鋼水裏加進金屬鈦，使它與氮化合，變成爐渣一—氮化鈦，浮在鋼水表麵，這樣鋼錠就比較純淨了。當超音速飛機飛行時，它的機翼的溫度可以達到500℃。如用比較耐熱的鋁合金製造機翼，一到二三百度也會吃不消，必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來代替鋁合金而鈦恰好能夠滿足這些要求。鈦還能經得住零下一百多度的考驗，在這種低溫下，鈦仍舊有很好的韌性而不發脆。利用鈦和鋯對空氣的強大吸收力，可以除去空氣，造成真空。比方，利用鈦製成的真空泵，可以把空氣抽到隻剩下十萬萬萬分之一。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，人們開采鈦礦，主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強，不易起化學變化，永遠是雪白的。特別可貴的是鈦白無毒。它的熔點很高，被用來製造耐火玻璃，釉料，琺琅、陶土、耐高溫的實驗器皿等。二氧化鈦是世界上最白的東西，1克二氧化鈦可以把450多平方厘米的麵積塗得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍，因此是調製白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙裏，使紙變白並且不透明，效果比其他物質大10倍，因此，鈔票紙和美術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，有時也要添加二氧化鈦。在橡膠工業上，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城，擋住了敵人的視線。在農業上，人們利用四氟化鈦來防霜。鈦酸鋇晶體有這樣的特性：當它受壓力而改變形狀的時候，會產生電流，一通電又會改變形狀。於是，人們把鈦酸鋇放在超聲波中，它受壓便產生電流，由它所產生的電流的大小可以測知超聲波的強弱。相反，用高頻電流通過它，則可以產生超聲波。現在，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麵，來測量火車通過時候的壓力；醫生用它製成脈搏記錄器。用鈦酸鋇做的水底探測器，是銳利的水下眼睛，它不隻能夠看到魚群，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，要經過複雜的步驟。把鈦鐵礦變成四氯化鈦，再放到密封的不鏽鋼罐中，充以氬氣，使它們與金屬鎂反應，就得到“海綿鈦”。這種多孔的“海綿鈦”是不能直接使用的，還必須把它們在電爐中熔化成液體，才能鑄成鈦錠。但製造這種電爐又談何容易！除了電爐的空氣必須抽幹淨外，更傷腦筋的是，簡直找不到盛裝液態鈦的坩堝，因為一般耐火材料部含有氧化物，而其中的氧就會被液態鈦奪走。後來，人們終於發明了一種“水冷銅坩堝”的電爐。這種電爐隻有中央一部分區域很熱，其餘部分都是冷的，鈦在電爐中熔化後，流到用水冷卻的銅坩堝壁上，馬上凝成鈦錠。用這種方法已經能夠生產幾噸重的鈦塊，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元素在太陽中的含量:(ppm)4元素類型：金屬核內質子數：22核外電子數：22核電核數：22質子質量：3.6806E-26質子相對質量：22.154原子體積:(立方厘米/摩爾)10.64地殼中含量：（ppm）5600以下為增加內容：氧化態：MainTi+4OtherTi-1,Ti0,Ti+2,Ti+3所屬周期：4所屬族數：IVB摩爾質量：48氫化物：TiH4氧化物：TiO最高價氧化物化學式：TiO2密度：4.54g/cm3熔點：1660.℃沸點：3287.0℃電離能(kJ/mol)M-M+658M+-M2+1310M2+-M3+2652M3+-M4+4175M4+-M5+9573M5+-M6+11516M6+-M7+13590M7+-M8+16260M8+-M9+18640M9+-M10+20830外圍電子排布：2884核外電子排布：2,8,10,2晶體結構：晶胞為六方晶胞。晶胞參數：a=295.08pmb=295.08pmc=468.55pmα=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：銀灰色金屬原子半徑：2常見化合價：+2,+3,+4發現人：格列高爾發現年代：1791年發現過程：鈦是英國化學家格雷戈爾(GregorRW，1762—1817。)在1791年研究鈦鐵礦和金紅石時發現的。四年後，1795年，德國化學家克拉普羅特(KlaprothMH，1743—1817。)在分析匈牙利產的紅色金紅石時也發現了這種元素。他主張采取為鈾(1789年由克拉普羅特發現的)命名的方法，引用希臘神話中太旦神族“Titans”的名字給這種新元素起名叫“Titanium”。中文按其譯音定名為鈦。格雷戈爾和克拉普羅特當時所發現的鈦是粉末狀的二氧化鈦，而不是金屬鈦。因為鈦的氧化物極其穩定，而且金屬鈦能與氧、氮、氫、碳等直接激烈地化合，所以單質鈦很難製取。直到1910年才被美國化學家亨特(HunterMA)第一次製得純度達99.9%的金屬鈦。元素描述：具有金屬光澤，有延展性。密度4.5克/厘米3。熔點1660±10℃。沸點3287℃。化合價+2、+3和+4。電離能為6.82電子伏特。鈦的主要特點是密度小，機械強度大，容易加工。鈦的塑性主要依賴於純度。鈦越純，塑性越大。有良好的抗腐蝕性能，不受大氣和海水的影響。在常溫下，不會被稀鹽酸、稀硫酸、硝酸或稀堿溶液所腐蝕；隻有氫氟酸、熱的濃鹽酸、濃硫酸等才可對它作用。元素來源：鈦屬於稀有金屬，在地殼中的豐度占第七位，有0.42%。用於冶煉鈦的礦物主要有鈦鐵礦（FeTiO3）、金紅石（TiO2）和鈣鈦礦等。礦石經處理得到易揮發的四氯化鈦，再用鎂還原而製得純鈦。元素用途：鈦和鈦的合金大量用於航空工業，有"空間金屬"之稱；另外，在造船工業、化學工業、製造機械部件、電訊器材、硬質合金等方麵有著日益廣泛的應用。元素輔助資料：鈦的主要礦石是金紅石TiO2和鈦鐵礦FeTiO3，它的發現也正是從這兩種礦石的分析而來。早在1791年英國英格蘭西南端康沃爾（Cornwall）郡門拉陳（Menacan）教區的牧師格累高爾，也是一位科學家，分析出產在他教區內的一種黑色礦砂，也就是今天成為鈦鐵礦的礦石時發現了一種新的金屬物質並命名為menacenite。三年後，1795年，克拉普羅特分析了匈牙利布伊尼克（Boinik）地區出產的金紅石，認識到它是一種新金屬的氧化物，具有抵抗酸、堿溶液的特性，借用希臘神話中大地的第一代兒子們泰坦神族Titans，命名這個金屬為titanium，元素符號定為Ti。兩年後，克拉普羅特證實格累高爾發現的menacenite就是鈦。鈦對於酸、堿具有較強的耐腐蝕性，已成為化工生產中重要的材料。鈦一般被認為是稀有金屬，其實它在地殼中的含量相當大，比一般的常用的金屬鋅、銅、錫等都大，甚至比氯、磷都大。鈦的冶煉鈦在1791年被發現，而第一次製得純淨的鈦卻是在1910年，中間經曆了一百餘年。原因在於：鈦在高溫下性質十分活潑，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提煉出純鈦需要十分苛刻的條件。工業上常用硫酸分解鈦鐵礦的方法製取二氧化鈦，再由二氧化鈦製取金屬鈦。濃硫酸處理磨碎的鈦鐵礦（精礦），發生下麵的化學反應：FeTiO3+3H2SO4==Ti(SO4)2+FeSO4+3H2OFeTiO3+2H2SO4==TiosesO4+FeSO4+2H2OFeO+H2SO4==FeSO4+H2OFe2O3+3H2SO4==Fe2(SO4)3+3H2O為了除去雜質Fe2(SO4)3，加入鐵屑，Fe3+還原為Fe2+，然後將溶液冷卻至273K以下，使得FeSO4·7H2O（綠礬）作為副產品結晶析出。Ti(SO4)2和TiosesO4水解析出白色的偏鈦酸沉澱，反應是：Ti(SO4)2+H2O==TiosesO4+H2SO4TiosesO4+2H2O==H2TiO3+H2SO4鍛燒偏鈦酸即製得二氧化鈦：H2TiO3==TiO2+H2O工業上製金屬鈦采用金屬熱還原法還原四氯化鈦。將TiO2（或天然的金紅石）和炭粉混合加熱至1000～1100K，進行氯化處理，並使生成的TiCl4，蒸氣冷凝。TiO2＋2C＋2Cl2＝TiCl4＋2CO-在1070K用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得多孔的海綿鈦：TiCl4＋2Mg＝2MgC12＋Ti這種海綿鈦經過粉碎、放入真空電弧爐裏熔煉，最後製成各種鈦材。鈦及鈦合金的特性、用途純鈦是銀白色的金屬，它具有許多優良性能。鈦的密度為4.54g／cm3，比鋼輕43%，比久負盛名的輕金屬鎂稍重一些。機械強度卻與鋼相差不多，比鋁大兩倍，比鎂大五倍。鈦耐高溫，熔點1942K，比黃金高近1000K，比鋼高近500K。鈦屬於化學性質比較活潑的金屬。加熱時能與O2、N2、H2、S和鹵素等非金屬作用。但在常溫下，鈦表麵易生成一層極薄的致密的氧化物保護膜，可以抵抗強酸甚至王水的作用，表現出強的抗腐蝕性。因此，一般金屬在酸、堿、鹽的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無恙。液態鈦幾乎能溶解所有的金屬，因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中製得的鈦鋼堅韌而富有彈性。鈦與金屬Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。鈦合金製成飛機比其它金屬製成同樣重的飛機多載旅客100多人。製成的潛艇，既能抗海水腐蝕，又能抗深層壓力，其下潛深度比不鏽鋼潛艇增加80%。同時，鈦無磁性，不會被水雷發現，具有很好的反監護作用。鈦具有“親生物“’性。在人體內，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對任何殺菌方法都適應。因此被廣泛用於製醫療器械，製人造髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨，主動心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環包在這些“鈦骨”上時，這些鈦骨就開始維係著人體的正常活動。鈦在人體中分布廣泛，正常人體中的含量為每70kg體重不超過15mg，其作用尚不清楚。但鈦能刺激吞噬細胞，使免疫力增強這一作用已被證實。鈦的化合物及用途重要的鈦化合物有：二氧化鈦(TiO2)、四氯化鈦(TiCl4)、偏鈦酸鋇(BaTiO3)。純淨的二氧化鈦是白色粉末，是優良的白色顏料，商品名稱“鈦白”。它兼有鉛白(PbCO3)的遮蓋性能和鋅白（ZnO）的持久性能。因此，人們常把鈦白加在油漆中，製成高級白色油漆；在造紙工業中作為填充劑加在紙槳中；紡織工業中作為人造纖維的消光劑；在玻璃、陶瓷、搪瓷工業上作為添加劑，改善其性能；在許多化學反應中用作催化劑。在化學工業日益發展的今天，二氧化鈦及鈦係化合物作為精細化工產品，有著很高的附加價值，前景十分誘人。四氯化鈦是一種無色液體；熔點250K、沸點409K，有製激性氣味。它在水中或潮濕的空氣中都極易水解，冒出大量的白煙。TiCl4+3H2O==H2TiO3+4HCl因此TiCl4在軍事上作為人造煙霧劑，猶其是用在海洋戰爭中。在農業上，人們用TiCl4形成的濃霧地麵，減少夜間地麵熱量的散失，保護蔬菜和農作物不受嚴寒、霜凍的危害。將TiO2和BaCO3一起熔融製得偏鈦酸鋇：TiO2+BaCO3==BaTiO3十CO2-人工製得的BaTiO3具有高的介電常數，由它製成的電容器有較大的容量，更重要的是BaTiO3具有顯著的“壓電性能”，其晶體受壓會產生電流，一通電，又會改變形狀。人們把它置於超聲波中，它受壓便產生電流，通過測量電流強弱可測出超聲波強弱。幾乎所有的超聲波儀器中都要用到它。隨著鈦酸鹽的開發利用，它愈來愈廣泛地用來製造非線性元件、介質放大器、電子計算機記憶元件、微型電容器、電鍍材料、航空材料、強磁、半導體材料、光學儀器、試劑等。鈦、鈦合金及鈦化合物的優良性能促使人類迫切需要它們。然而，生產成本之高，使應用受到限製。我們相信在不久的將來，隨著鈦的冶煉技術不斷改進和提高，鈦、鈦合金及鈦的化合物的應用將會得到更大的發展。鈦產品：鈦及鈦合金是極其重要的輕質結構材料,在航空、航天、車輛工程、生物醫學工程等領域具有非常重要的應用價值和廣闊的應用前景。類型：典化鈦，工業純鈦，α型鈦，β型鈦，α+β型鈦主要特性：工業純鈦：工業純鈦的雜質含量較化學純鈦要多，因此其強度、硬度也稍高，其力學性能及化學性能與不鏽鋼相近，比起鈦合金純鈦強度較好，在抗氧化性方麵優於奧氏體不鏽鋼，但耐熱性較差，TA1、TA2、TA3依次雜質含量增高，機械強度、硬度依次增強，但塑性韌性依次下降。β型鈦：β型鈦合金屬可熱處理強化，合金強度高、焊接性、壓力加工性良好，但性能不穩定，且熔煉工藝複雜。A、β鈦板：0.5-4.0mmB、眼鏡板（純鈦）：0.8-8.0mmC、標板（純鈦）：1x2m厚度：0.5-20mmD、電鍍及其它行業用板（純鈦）：0.1-50mm用途：電子、化工、鍾表、眼鏡、首飾、體育用品、機械設備、電鍍設備、環保設備、高爾夫球及精密加工等行業。鈦管規格：φ6-φ120mm壁厚：0.3-3.0mm鈦管用途：環保設備、冷卻管、鈦發熱管、電鍍設備、戒指及各種精密電器用管等行業。A、β鈦絲規格：φ0.8-φ6.0mmB、眼鏡鈦絲規格：φ1.0-φ6.0mm專用鈦絲C、鈦絲規格：φ0.2-φ8.0mm掛具專用鈦絲用途：軍工、醫用、體育用品、眼鏡、耳環、頭飾、電鍍掛具、焊絲等行業。A、方棒規格：方條：8-12mmB、磨光圓棒：φ4-φ60mmC、毛棒、黑皮棒：φ6-φ120mm鈦棒用途：主要用於機械設備、電鍍設備、醫用、各種精密機件等行業。