化学自习室移动版

1、钛的发现及命名由来

1791年，英国牧师和矿物学爱好者格雷戈尔（H. W. Gregor）首先从钛铁矿石中发现了钛与铁的混合氧化物黑色磁性砂（FeTiO3），他意识到这种矿物中可能包括一种新的元素。1795年，德国化学家克拉普罗特（M. H. Klaproth）独立从匈牙利的金红石中得到了钛的氧化物，并借用希腊神话中的地神所生的巨人“泰坦（Titans）”为其命名为 “Titanium”。直到1910年，美国化学家亨特（M. A. Hunter）才用金属钠从四氯化钛中置换出来纯度为99.9%的单质钛，这是人类发现的第29种元素，其拉丁文名称第一个字母的大写和第二个字母的小写组成了它的元素符号Ti。中文名称钛是我国根据它拉丁文名称的音译专门新造的一个形声字。

2、钛的物理性质

钛的原子半径（共价半径）132pm，离子半径68pm（+4）、76pm（+2），原子量47.86，原子体积10.65cm³/mol，密度4.507g/cm³，硬度4.0°，熔点1660℃，沸点3287℃。金属钛是银白色的，晶体结构类型为金属晶体、六方晶系。外观似钢，比强度最大，耐低温又耐高温，从-250℃到500℃都能保持高强度，而且还耐磨损。纯金属延展性能好，可塑性强，能压片抽丝，但有杂质存在时质硬而脆。钛的机械强度高，是铝的3倍，镁的6倍，而且几乎没有金属疲劳现象。金属钛受到机械振动、电振动后，与钢和铜等金属或合金相比，自身振动的衰减时间最长。导电性和传热性较好，无磁性，但在-272.74℃低温下可成为超导体。液体钛几乎能溶解所有的金属，可与多种金属形成合金。

3、钛的化学性质

钛的价电子构型3d²4s²，电负性1.5，第一电子亲和能37.7kJ/mol，第一电离能659kJ/mol，标准电极势-0.86V，氧化数+4、+3、+2、0、-1，常见化合价+3、+4。常温下，钛在空气和水中都比较稳定，不与氧气和卤素作用，也不被稀酸、稀碱与海水腐蚀。但在温度升高时，化学活性则迅速增加，当加热到温度高于600℃时，能跟氧、氮、碳、硫及卤素等多种非金属元素直接化合，除形成普通化合物外，还可形成间充型化合物，尤其易与氯形成可挥发又易水解的化合物。另外，钛能溶于热的较浓的盐酸、硫酸、磷酸和氢氟酸，生成钛盐，一般是酸浓度越大溶解速率越快。四种热浓有机酸溶液也可侵蚀金属钛，它们是草酸、蚁酸、三氯乙酸和三氟乙酸，钛还能被三氯化铝侵蚀。上述化合物对钛的腐蚀作用主要是由于它们能侵蚀钛表面极细致的氧化物膜，钛的惰性就是由于这种氧化物膜的保护作用。向腐蚀液中加入氧化剂如硝酸，一般可以减缓它们对钛的腐蚀，因为氧化剂可再生氧化物膜而使钛的表面钝化。粉末状的钛则很活泼，在空气中就可以燃烧。

4、钛的制备

金属钛在高温下对氧、氮和氢有极强的亲和力，因此不能直接用还原反应从其氧化物中提炼钛。从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法或亨特法，反应方程式如下：

（1000℃下真空蒸馏除去Mg、MgCl₂，电弧熔化铸锭）

处理金属钛主要分四个步骤：

①把钛矿石还原成“海绵体”(一种透气的形态)；

②制造铸锭，熔化海绵体(或用海绵体加一种母合金)形成铸锭；

③初步制造，把铸锭制成一般机械制品，如坯、棒、板、片、条及管；

④加工制造，把机械制品进一步加工成型。

5、钛的用途

①用钛制造的军舰和潜水艇没有磁性，不会被磁性水雷发现和跟踪，而且能抗深水压力，可在一般潜水艇不能到达的深至4500m的水下航行。

②利用钛钢合金的坚韧有弹性和耐腐蚀性，可制造船舰外壳和潜水艇，利用钛钢合金比强度大的特点和耐高温性能（在550℃高温下仍具有很大的强度），可制造飞机、坦克、火箭、人造卫星和宇宙飞船。据估计，生产一架波音777要用59t钛，波音747要用44t，波音737要用18t。

③利用铁钛合金在常温下吸氢、在高温下放氢的特性，可作为储氢小仓库，取用方便。而且，可在制造电子管和显像管时用作吸气剂，在制造泡沫金属时用作氢源，还用于粉末冶金和金属陶瓷的封接。

④用等量的钛镍制成的“最佳形状记忆合金”，具有较强的形状记忆应变性、较好的恢复能力和较高的记忆寿命，常用于飞船的天线、管道的连接部件，也用来制造医疗器械、电工器械机械手和机器人，还用于骨科的治疗和医学矫形。

⑤用钛酸钡、钛酸铅和镨钛酸铅等材料制成的压电陶瓷，既可将机械能转化为电能，用于压电打火机、移动X光电源和炮弹引爆装置；又可将电能转化为超声振动，用于探寻水下鱼群、超清洗超声医疗和对金属的无损探伤，还广泛应用于自动化设备。

⑥钛被称为“亲生物金属”，它本身无毒，也可抵抗人体分泌物腐蚀，能与人体的皮肉筋骨友好相处，虽为异物，但不引起免疫反应，在医疗上常被作为人造骨骼使用，液体钛也可用来修复被损坏的骨骼。

⑦纯净的二氧化钛是一种俗称“钛白”的优良颜料，而二氧化钛光触媒则是一种纳米级的活性材料，涂于基材表面干燥后会形成薄膜，在光线的作用下它会产生强烈催化降解功能，能有效地降解空气中有毒有害气体。