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钛的物理性质和化学性质

[ 信息发布:本站 | 发布时间:2018-05-09 | 浏览:760 ]

金属钛的化学性质

金属钛在高温环境中的还原能力极强,能与氧、碳、氮以及其他许多元素化合,还能从部分金属氧化物(比如氧化铝)中夺取氧。常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜,这层氧化膜常温下不与绝大多数强酸、强碱反应,包括酸中之王——王水。它只与氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸反应,因此钛体现了抗腐蚀性。

发展历程

钛元素发现于1789年,1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白,1910年在试验室中第一次用钠法制得海绵钛,1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛---这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。

中国钛工业起步于20世纪50年代。1954,北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究,1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划,1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验,成立了中国第一个海绵钛生产车间,同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国第一个钛加工材生产试验车间。

20世纪60-70年代,在国家的统一规划下,先后建设了以遵义钛厂为代表的10余家海绵钛生产单位,建设了以宝鸡有色金属加工厂为代表的数家钛材加工单位,同时也形成了以北京有色金属研究总院为代表的科研力量,成为继美国、前苏联和日本之后的第四个具有完整钛工业体系的国家。

1980年前后,我国海绵钛产量达到2800吨,然而由于当时大多数人对钛金属认识不足,钛材的高价格也限制了钛的应用,钛加工材的产量仅200吨左右,我国钛工业陷入困境。在这种情况下,由当时国务院副总理方毅同志倡导,朱镕基和袁宝华同志支持,于1982年7月成立了跨部委的全国钛应用推广领导小组,专门协调钛工业的发展事宜,促成了20世纪80年代至90年代初期我国海绵钛和钛加工材产销两旺、钛工业快速平稳发展的良好局面。

综上所述,我国钛工业大致经历了三个发展期:即20世纪50年代的开创期,60-70年代的建设期和80-90年代的初步发展期。在新世纪,得益于国民经济的持续、快速发展,我国钛工业也进入了一个快速成长期。

钛耐腐蚀,所以在化学工业上常常要用到它。过去,化学反应器中装热硝酸的部件都用不锈钢。不锈钢也怕那强烈的腐蚀剂——热硝酸,每隔半年,这种部件就要统统换掉。现在,用钛来制造这些部件,虽然成本比不锈钢部件贵一些,但是它可以连续不断地使用五年,计算起来反而合算得多。

在电化学中,钛是单向阀型金属,电位很负,通常无法用钛作为阳极进行分解。

钛的最大缺点是难于提炼。主要是因为钛在高温下化合能力极强,可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。因此,不论在冶炼或者铸造的时候,人们都小心地防止这些元素“侵袭”钛。在冶炼钛的时候,空气与水当然是严格禁止接近的,甚至连冶金上常用的氧化铝坩埚也禁止使用,因为钛会从氧化铝里夺取氧。现在,人们利用镁与四氯化钛在惰性气体——氦气或氩气中相作用,来提炼钛。

人们利用钛在高温下化合能力极强的特点,在炼钢的时候,氮很容易溶解在钢水里, 当钢锭冷却的时候,钢锭中就形成气泡,影响钢的质量。所以炼钢工人往钢水里加进金属钛,使它与氮化合,变成炉渣一—氮化钛,浮在钢水表面,这样钢锭就比较纯净了。

当超音速飞机飞行时,它的机翼的温度可以达到500℃。如用比较耐热的铝合金制造机翼,一到二三百度也会吃不消,必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金而钛恰好能够满足这些要求。钛还能经得住零下一百多度的考验,在这种低温下,钛仍旧有很好的韧性而不发脆。

利用钛和锆对空气的强大吸收力,可以除去空气,造成真空。比方,利用钛制成的真空泵,可以把空气抽到只剩下十万万万分之一。

钛的氧化物——二氧化钛,是雪白的粉末,是最好的白色颜料,俗称钛白。以前,人们开采钛矿,主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强,不易起化学变化,永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高,被用来制造耐火玻璃,釉料,珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。

二氧化钛是世界上最白的东西, 1克二氧化钛可以把 450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍,因此是调制白油漆的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛,一年多到几十万吨。二氧化钛可以加在纸里,使纸变白并且不透明,效果比其他物质大10倍,因此,钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。此外,为了使塑料的颜色变浅,使人造丝光泽柔和,有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上,二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。

四氯化钛是种有趣的液体,它有股刺鼻的气味,在湿空气中便会大冒白烟——它水解了,变成白色的二氧化钛的水凝胶。在军事上,人们便利用四氯化钛的这股怪脾气,作为人造烟雾剂。特别是在海洋上,水气多,一放四氯化钛,浓烟就象一道白色的长城,挡住了敌人的视线。在农业上,人们利用四氟化钛来防霜。

钛酸钡晶体有这样的特性:当它受压力而改变形状的时候,会产生电流,一通电又会改变形状。于是,人们把钛酸钡放在超声波中,它受压便产生电流,由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱。相反,用高频电流通过它,则可以产生超声波。现在,几乎所有的超声波仪器中,都要用到钛酸钡。除此之外,钛酸钡还有许多用途。例如:铁路工人把它放在铁轨下面,来测量火车通过时候的压力;医生用它制成脉搏记录器。用钛酸钡做的水底探测器,是锐利的水下眼睛,它不只能够看到鱼群,而且还可以看到水底下的暗礁、冰山和敌人的潜水艇等。

冶炼钛时,要经过复杂的步骤。把钛铁矿变成四氯化钛,再放到密封的不锈钢罐中,充以氩气,使它们与金属镁反应,就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的,还必须把它们在电炉中熔化成液体,才能铸成钛锭。但制造这种电炉又谈何容易!除了电炉的空气必须抽干净外,更伤脑筋的是,简直找不到盛装液态钛的坩埚,因为一般耐火材料部含有氧化物,而其中的氧就会被液态钛夺走。后来,人们终于发明了一种“水冷铜坩埚”的电炉。这种电炉只有中央一部分区域很热,其余部分都是冷的,钛在电炉中熔化后,流到用水冷却的铜坩埚壁上,马上凝成钛锭。用这种方法已经能够生产几吨重的钛块,但它的成本就可想而知了。

元素名称:钛

元素原子量:47.87

元素在海水中的含量:(ppm)

0.00048

元素在太阳中的含量:(ppm)

4

元素类型:金属

核内质子数:22

核外电子数:22

核电核数:22

质子质量:3.6806E-26

质子相对质量:22.154

原子体积:(立方厘米/摩尔)

10.64

地壳中含量:(ppm)

5600

以下为增加内容:

氧化态:

Main Ti+4

Other Ti-1, Ti0, Ti+2, Ti+3

所属周期:4

所属族数:IVB

摩尔质量:48

氢化物:TiH4

氧化物:TiO

最高价氧化物化学式:TiO2

密度:4.54g/cm3

熔点:1660.℃

沸点:3287.0 ℃

电离能 (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

外围电子排布:2 8 8 4

核外电子排布:2,8,10,2

晶体结构:晶胞为六方晶胞。

晶胞参数:

a = 295.08 pm

b = 295.08 pm

c = 468.55 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

莫氏硬度:6

声音在其中的传播速率:(m/S)5090

颜色和状态:银灰色金属

原子半径:2

常见化合价:+2,+3,+4


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