关于钛介绍

关于钛介绍,第1张

关于钛介绍

[拼音]:tai

[外文]: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TiO2、钛铁矿FeTiO3、钙钛矿CaTiO3、榍石CaTiSiO5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),

质软,有延展性;熔点1660℃。沸点3287℃,密度4.5克/厘米3(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:α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

钛的电子构型为 (Ar)3d24s2,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 Ti3+离子, 也能与热的硝酸生成TiO2·nH2O。在发烟硝酸中,钛易被侵蚀。在强热下,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(C5H4N)2形成氧化态为0和-1的配位化合物,例如Li[Ti(dipy)3]·3.5C4H8O和Ti(dipy)3,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:

2TiO2+3C+4Cl2─→2TiCl4+2CO+CO2

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:

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。

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