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，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)強酸、強堿反應(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年挪威和美國開始用硫酸法生產(chǎn)鈦白，1910年在試驗室中第一次用鈉法制得海綿鈦，1948年美國杜邦公司才用鎂法成噸生產(chǎn)海綿鈦---這標志著海綿鈦即鈦工業(yè)化生產(chǎn)的開始。

中國鈦工業(yè)起步于20世紀50年代。1954，北京有色金屬研究總院開始進行海綿鈦制備工藝研究，1956年國家把鈦當作戰(zhàn)略金屬列入了12年發(fā)展規(guī)劃，1958年在撫順鋁廠實現(xiàn)了海綿鈦工業(yè)試驗，成立了中國第一個海綿鈦生產(chǎn)車間，同時在沈陽有色金屬加工廠成立了中國第一個鈦加工材生產(chǎn)試驗車間。

20世紀60-70年代，在國家的統(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、前蘇聯(lián)和日本之后的第四個具有完整鈦工業(yè)體系的國家。

1980年前后，我國海綿鈦產(chǎn)量達到2800噸，然而由于當時大多數(shù)人對鈦金屬認識不足，鈦材的高價格也限制了鈦的應(yīng)用，鈦加工材的產(chǎn)量僅200噸左右，我國鈦工業(yè)陷入困境。在這種情況下，由當時國務(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80年代至90年代初期我國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，我國鈦工業(yè)大致經(jīng)歷了三個發(fā)展期：即20世紀50年代的開創(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，得益于國民經(jīng)濟的持續(xù)、快速發(fā)展，我國鈦工業(yè)也進入了一個快速成長期。

鈦耐腐蝕，所以在化學(xué)工業(yè)上常常要用到它。過去，化學(xué)反應(yīng)器中裝熱硝酸的部件都用不銹鋼。不銹鋼也怕那強烈的腐蝕劑——熱硝酸，每隔半年，這種部件就要統(tǒng)統(tǒng)換掉。現(xiàn)在，用鈦來制造這些部件，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，計算起來反而合算得多。

在電化學(xué)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。

鈦的最大缺點是難于提煉。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，因為鈦會從氧化鋁里奪取氧。現(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里， 當鋼錠冷卻的時候，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制造機翼，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(jīng)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(fā)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，利用鈦制成的真空泵，可以把空氣抽到只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(xué)變化，永遠是雪白的。特別可貴的是鈦白無毒。它的熔點很高，被用來制造耐火玻璃，釉料，琺瑯、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(nóng)業(yè)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(chǎn)生電流，一通電又會改變形狀。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知超聲波的強弱。相反，用高頻電流通過它，則可以產(chǎn)生超聲波。現(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，來測量火車通過時候的壓力；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，要經(jīng)過復(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，還必須把它們在電爐中熔化成液體，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，簡直找不到盛裝液態(tài)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(tài)鈦奪走。后來，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

最高價氧化物化學(xué)式：TiO2

密度：4.54g/cm3

熔點：1660.℃

沸點：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

常見化合價：+2,+3,+4