钛是什么元素?

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~ 钛
titanium

一种化学元素,化学符号Ti,原子序数22,原子量47.88,属周期系ⅣB族。
 发现 1791年英国化学家兼矿物学家W.格雷哥尔首先在钛铁矿中发现钛的氧化物。1795年德意志科学家M.H.克拉普罗特在研究金红石矿石时再次发现钛,并命名为titanium,它来源于希腊神话中大地之子Titans之名,以表示金属钛所具有的天然强度。1910年美国冶金家M.A.亨特用金属钠还原四氯化钛,制得金属钛。
 存在 钛在地壳中的含量为0.6%,占第9位。钛广泛存在于许多岩石中,特别是砂石和粘土中。石油、煤炭、天然水、植物、动物机体和骨骼、火山灰烬、深海污泥以及陨石中也都含钛。含钛量较大的矿物有金红石TiO 、钛铁矿FeTiO 、钙钛矿CaTiO 、榍石CaTiSiO 和钒钛铁矿等,其中以钛铁矿和金红石经济价值较高。钛铁矿中含钛32%,金红石含钛量比钛铁矿高,但它常与其他矿石相掺杂,而且分布也没有钛铁矿广。钛在自然界中有5种稳定同位素:钛46、钛47、钛48、钛49、钛50。
 物理性质 钛为银灰色金属(见彩图[金属钛]), 质软,有延展性;熔点1660℃。沸点3287℃,密度4.5克/厘米 (20℃)。杂质的存在会改变钛的熔点。通常,碳、氧、氮等杂质会使其熔点升高,铁、锰、铬、铜等金属杂质会使其熔点降低。金属钛有两种晶形: 钛为六方密堆积结构(常温);β钛为立方体心结构(882~1670℃)。钛有顺磁性,导电和导热性较差。钛能与大多数金属和许多非金属形成合金,金属钛中加入其他金属可以增加钛的强度,例如,含7%锰的钛合金的抗拉强度能增加一倍。
 化学性质 氧化态有-1、+2、+3、+4。钛具有优异的抗腐蚀性。常温下,金属钛表面容易形成一层保护性氧化膜,不受王水、硝酸、潮湿氯气、稀硫酸、稀盐酸和稀碱溶液的侵蚀。钛对海水的抗腐蚀能力特别强。氢氟酸、磷酸和中等浓度的碱溶液对钛有侵蚀作用。低温时,钛在空气中稳定,随着温度上升,氧化速率也随之增加。在250℃左右,钛的表面即失去光泽,形成蓝至金黄色的氧化物薄层;温度再升高,氧化层增厚, 颜色变为黄棕色;温度高达1200℃时,氧化过程加速。钛在高温下能与大多数非金属单质直接化合,如与氧、氮、氢、碳、硫和卤素等。此外,钛能溶于热浓盐酸, 形成 Ti(离子, 也能与热的硝酸生成TiO H O。在发烟硝酸中,钛易被侵蚀。在强热下,[kg2] 钛还能使水蒸气分解。
 钛的 +4价化合物最稳定,如二氧化钛和四卤化钛;在一般情况下,+2、+3价的化合物都不稳定,易被氧化为+4价 钛还可与联吡啶(C H N) 形成氧化态为0和-1的配位化合物,例如Li[Ti(dipy) ] 3.5C H8O和Ti(dipy) ,dipy为联吡啶。
 制法 工业上,先将钛铁矿或金红石在碳存在下加热,通氯气,使二氧化钛转化为挥发性的四氯化钛:
    2TiO +3C+4Cl ─→2TiCl +2CO+CO 把蒸出的四氯化钛冷凝提纯,然后在氩气氛中用金属钠或金属镁高温还原四氯化钛,即得金属钛。克罗尔法用镁作还原剂,在常压下以熔融的镁还原四氯化钛:
[951-02] 反应在氩气氛中进行,当镁消耗到60%左右时,可将熔融的氯化镁从反应器中放出,使四氯化钛蒸气与留下的金属镁继续反应。此法制得的钛呈海绵状,中间混杂有氯化镁,可在粉碎后用稀酸浸提法或高真空蒸馏法除去。
 应用 钛具有密度小、耐高温、耐腐蚀等特性,钛合金强度高,大量用于制造军用超音速飞机的结构部件,喷气发动机的压缩部件,飞机机架的构件、机壳、隔火墙、铆钉,空运装备的结构部件,军事设施和军事舰艇的装甲板、上层结构部件、热交换管、开关,以及螺旋桨的叶片等。在民用工业中,钛及其合金可用于制造各种泵、阀门、过滤设备的金属丝网和各种机器零件。粉末状钛可在电子管制造工艺中用作除氧剂。
元素符号Ti,银白色金属,在元素周期表中属ⅣB族,原子序数22,原子量47.90, 钛为密排六方晶体,常见化合价为+4、+3。1947年以后成为重要的结构材料。也有把它归入轻金属的。
1791年英国格雷戈尔(W.Gregor)在研究钛铁矿时,认为其中含有一种新的金属元素。1795年奥地利科学家克拉普罗特(M.H.Klaproth)在研究金红石时,发现了这一新元素,并以希腊神话人物Titans(提坦神)命名。1910年美国人亨特(M.A.Hunter)用金属钠还原四氯化钛制得较纯的金属钛。卢森堡科学家克劳尔 (W.J.Kroll)1932年用钙还原四氯化钛制得钛;1940年又在氩气保护下用镁还原四氯化钛制得钛,此方法是70年代工业生产方法的基础。
钛在自然界分布极广,地壳中钛含量为4400克/吨,居第九位,比常见金属铜、铅和锌的总量还多 已发现含钛1%以上的矿物有80多种,工业上使用的仅有两种:金红石(TiO )和钛铁矿(FeTiO ) 金红石含[kg02] TiO 品位高,但储量有限。钛铁矿储量丰富,将逐渐成为钛工业的主要原料,但含TiO 低,必须进行富集。钛铁矿分岩矿和砂矿两种。岩矿主要产于中国、 加拿大、 美国、苏联、挪威等国;砂矿主要产于澳大利亚、南非、印度、斯里兰卡和中国。中国四川攀枝花以西地区有丰富的钛矿资源,为岩矿;广东、广西、福建的海滨钛铁矿为砂矿。
性质和用途 钛的化学性质同硅和锆相似。钛在水溶液中低价态的某些性质同钒和铬相似,钛在高温下容易与氧、氮、氢、水汽、氨、CO、CO 等气体反应,所以是良好的吸气剂。吸收量小时,呈固溶体存在;吸收量大时,生成相应的化合物如TiH 、TiO等。钛的表面能生成致密的氧化膜,有保护作用。因此钛在海水、碱性溶液、硝酸、含水氯气中有很强的抗腐蚀能力;在浓度小于5%的稀盐酸和稀硫酸中,也有一定的抗腐蚀能力。
氢化钛很脆,易磨成粉末,常制成钛粉,作粉末冶金原料。钛在一定温度范围内吸氢,升高温度后放氢,因此70年代开始研究用作贮氢材料。


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