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1钛的發現及命名由來

1791年，英國牧師和礦物學愛好者格雷戈爾（H. W. Gregor）首先從钛鐵礦石中發現了钛與鐵的混合氧化物黑色磁性砂（FeTiO3），他意識到這種礦物中可能包括一種新的元素。1795年，德國化學家克拉普羅特（M. H. Klaproth）獨立從匈牙利的金紅石中得到了钛的氧化物，并借用希臘神話中的地神所生的巨人“泰坦（Titans）”為其命名為 “Titanium”。直到1910年，美國化學家亨特（M. A. Hunter）采用金屬鈉從四氯化钛中置換出來純度為99.9%的單質钛，這是人類發現的第29種元素，其拉丁文名稱第一個字母的大寫和第二個字母的小寫組成了它的元素符号Ti。中文名稱钛是我國根據它拉丁文名稱的音譯專門新造的一個形聲字。

2钛的物理性質

钛的原子半徑（共價半徑）132pm，離子半徑68pm（ 4）、76pm（ 2），原子量47.86，原子體積10.65cm3/mol，密度4.507g/cm3，硬度4.0°，熔點1660℃，沸點3287℃。金屬钛是銀白色的，晶體結構類型為金屬晶體、六方晶系。外觀似鋼，比強度最大，耐低溫又耐高溫，從-250℃到500℃都能保持高強度，而且還耐磨損。純金屬延展性能好，可塑性強，能壓片抽絲，但有雜質存在時質硬而脆。钛的機械強度高，是鋁的3倍，鎂的6倍，而且幾乎沒有金屬疲勞現象。金屬钛受到機械振動、電振動後，與鋼和銅等金屬或合金相比，自身振動的衰減時間最長。導電性和傳熱性較好，無磁性，但在-272.74℃低溫下可成為超導體。液體钛幾乎能溶解所有的金屬，可與多種金屬形成合金。

3钛的化學性質

钛的價電子構型3d24s2，電負性1.5，第一電子親和能37.7kJ/mol，第一電離能659kJ/mol，标準電極是-0.86V，氧化數 4、 3、 2、0、-1，常見化合價 3、 4。常溫下，钛在空氣和水中都比較穩定，不與氧氣和鹵素作用，也不被稀酸、稀堿與海水腐蝕。但在溫度升高時，化學活性則迅速增加，當加熱到溫度高于600℃時，能跟氧、氮、碳、硫及鹵素等多種非金屬元素直接化合，除形成普通化合物外，還可形成間充型化合物，尤其易與氯形成可揮發又易水解的化合物。

另外，钛能溶于熱的較濃的鹽酸、硫酸、磷酸和氫氟酸，生成钛鹽，一般是酸濃度越大溶解速率越快。四種熱濃有機酸溶液也可侵蝕金屬钛，它們是草酸、蟻酸、三氯乙酸和三氟乙酸，钛還能被三氯化鋁侵蝕。上述化合物對钛的腐蝕作用主要是由于它們能侵蝕钛表面極細緻的氧化物膜，钛的惰性就是由于這種氧化物膜的保護作用。向腐蝕液中加入氧化劑如硝酸，一般可以減緩它們對钛的腐蝕，因為氧化劑可再生氧化物膜而使钛的表面鈍化。粉末狀的钛則很活潑，在空氣中就可以燃燒。

4钛的制備

金屬钛在高溫下對氧、氮和氫有極強的親和力，因此不能直接用還原反應從其氧化物中提煉钛。從主要礦石中萃取出钛需要用到克羅爾法或亨特法，反應方程式如下：

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（1000℃下真空蒸餾除去Mg、MgCl2，電弧熔化鑄錠）

處理金屬钛主要分四個步驟：

①把钛礦石還原成“海綿體”(一種透氣的形态)；

②制造鑄錠，熔化海綿體(或用海綿體加一種鋁合金)形成鑄錠；

③初步制造，把鑄錠制成一般機械制品，如坯、棒、闆、片、條及管；

④加工制造，把機械制品進一步加工成型。

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5钛的用途

①用钛制造的軍艦和潛水艇沒有磁性，不會被磁性水雷發現和跟蹤，而且能抗深水壓力，可在一般潛水艇不能到達的深至4500m的水下航行。

②利用钛鋼合金的堅韌有彈性和耐腐蝕性，可制造船艦外殼和潛水艇，利用钛鋼合金比強度大的特點和耐高溫性能（在550℃高溫下仍具有很大的強度），可制造飛機、坦克、火箭、人造衛星和宇宙飛船。據估計，生産一架波音777要用59t钛，波音747要用44t，波音737要用18t。

③利用鐵钛合金在常溫下吸氫、在高溫下放氫的特性，可作為儲氫小倉庫，取用方便。而且，可在制造電子管和顯像管時用作吸氣劑，在制造泡沫金屬時用作氫源，還用于粉末冶金和金屬陶瓷的封接。

④用等量的钛鎳制成的“最佳形狀記憶合金”，具有較強的形狀記憶應變性、較好的恢複能力和較高的記憶壽命，常用于飛船的天線、管道的連接部件，也用來制造醫療器械、電工器械機械手和機器人，還用于骨科的治療和醫學矯形。

⑤用钛酸鋇、钛酸鉛和镨钛酸鉛等材料制成的壓電陶瓷，既可将機械能轉化為電能，用于壓電打火機、移動X光電源和炮彈引爆裝置；又可将電能轉化為超聲振動，用于探尋水下魚群、超清洗超聲醫療和對金屬的無損探傷，還廣泛應用于自動化設備。

⑥钛被稱為“親生物金屬”，它本身無毒，也可抵抗人體分泌物腐蝕，能與人體的皮肉筋骨友好相處，雖為異物，但不引起免疫反應，在醫療上常被作為人造骨骼使用，液體钛也可用來修複被損壞的骨骼。

⑦純淨的二氧化钛是一種俗稱“钛白”的優良顔料，而二氧化钛光觸媒則是一種納米級的活性材料，塗于基材表面幹燥後會形成薄膜，在光線的作用下它會産生強烈催化降解功能，能有效地降解空氣中有毒有害氣體。

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