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          鈦的物理性質和化學性質

          [ 信息發布:本站 | 發布時間:2018-05-09 | 瀏覽:788 ]

          金屬鈦的化學性質

          金屬鈦在高溫環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強酸、強堿反應,包括酸中之王——王水。它只與氫氟酸、熱的濃鹽酸、濃硫酸反應,因此鈦體現了抗腐蝕性。

          發展歷程

          鈦元素發現于1789年,1908年挪威和美國開始用硫酸法生產鈦白,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海綿鈦---這標志著海綿鈦即鈦工業化生產的開始。

          中國鈦工業起步于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年國家把鈦當作戰略金屬列入了12年發展規劃,1958年在撫順鋁廠實現了海綿鈦工業試驗,成立了中國第一個海綿鈦生產車間,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試驗車間。

          20世紀60-70年代,在國家的統一規劃下,先后建設了以遵義鈦廠為代表的10余家海綿鈦生產單位,建設了以寶雞有色金屬加工廠為代表的數家鈦材加工單位,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、前蘇聯和日本之后的第四個具有完整鈦工業體系的國家。

          1980年前后,我國海綿鈦產量達到2800噸,然而由于當時大多數人對鈦金屬認識不足,鈦材的高價格也限制了鈦的應用,鈦加工材的產量僅200噸左右,我國鈦工業陷入困境。在這種情況下,由當時國務院副總理方毅同志倡導,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用推廣領導小組,專門協調鈦工業的發展事宜,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銷兩旺、鈦工業快速平穩發展的良好局面。

          綜上所述,我國鈦工業大致經歷了三個發展期:即20世紀50年代的開創期,60-70年代的建設期和80-90年代的初步發展期。在新世紀,得益于國民經濟的持續、快速發展,我國鈦工業也進入了一個快速成長期。

          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,這種部件就要統統換掉?,F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?,F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。于是,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?,F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,要經過復雜的步驟。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,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。后來,人們終于發明了一種“水冷銅坩堝”的電爐。這種電爐只有中央一部分區域很熱,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:

          Main Ti+4

          Other Ti-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+ 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

          晶體結構:晶胞為六方晶胞。

          晶胞參數:

          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:銀灰色金屬

          原子半徑:2

          常見化合價:+2,+3,+4

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