楊丹敏

鈦位于元素周期表的IVB族，原子序數(shù)22，是一種難溶的稀有金屬。

鈦的發(fā)現(xiàn)

鈦是英國(guó)化學(xué)家馬克·格雷戈?duì)栐?791年研究鈦鐵礦和金紅石時(shí)發(fā)現(xiàn)的。幾年以后，德國(guó)化學(xué)家克拉普羅特從匈牙利博伊尼克的一種紅色金紅石中也發(fā)現(xiàn)了這種元素，他引用希臘神話中“Titans”（太陽(yáng)神族）的名字給這種元素起名叫“Titanium”（中文按照它原文名稱的譯音定名為鈦）。其實(shí)當(dāng)時(shí)找到的是粉末狀的二氧化鈦而不是金屬鈦。直到1910年美國(guó)化學(xué)家亨特第一次制得純度達(dá)99. 9%的金屬鈦，但總共還不到1 g。

鈦的存在

鈦的蘊(yùn)藏豐富，但分布卻很分散。在地殼外層16 km的范圍內(nèi)鈦約占0.6%，僅次于氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂，居第9位。在結(jié)構(gòu)材料中，僅次于鋁、鐵、鎂。

鈦是一種十分活潑的元素，可與周期表中許多元素發(fā)生化合反應(yīng)，特別是對(duì)氧的親和力非常大。因此，自然界中沒(méi)有游離態(tài)的元素鈦存在。含鈦的礦物種類很多，到目前為止已知有近70種，其中最有工業(yè)價(jià)值的有：金紅石（TiO2）、欽鐵礦（FeTiO3）及組成復(fù)雜的釩鈦鐵礦。我國(guó)鈦蘊(yùn)藏量居全球之首，四川攀枝花地區(qū)有極豐富的釩鈦鐵礦，蘊(yùn)藏量約15億噸。

鈦的性質(zhì)和應(yīng)用

鈦具有銀白色金屬光澤，從外觀看略似鋼，它熔點(diǎn)高（1 725 ℃），密度小（4.5g/cm3），機(jī)械強(qiáng)度高，容易加工成形。鈦比鐵強(qiáng)韌得多，比重卻只有鐵的一半多一點(diǎn)，而且不會(huì)生銹；鈦比鋁重不到兩倍，強(qiáng)度比鋁大3倍，而且耐熱性能遠(yuǎn)優(yōu)于鋁。在航空工業(yè)中，鈦用以制造現(xiàn)代超音速飛機(jī)，其飛行速度和高度都超過(guò)一般的飛機(jī)， 鈦也用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件（壓縮機(jī)上的葉輪、渦輪葉片、轉(zhuǎn)子等）。

在火箭、導(dǎo)彈和宇航工業(yè)中， 鈦主要用做壓力容器、燃料貯箱、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、火箭噴嘴套筒、人造衛(wèi)星外殼、宇宙飛船船艙等。（由于鈦的密度小，使火箭、導(dǎo)彈、宇宙飛船等重量減輕，降低了制造費(fèi)用。）

對(duì)鈦來(lái)說(shuō)，最重要、最穩(wěn)定的化合物是四價(jià)的，但是， 鈦相當(dāng)容易形成三價(jià)和二價(jià)的化合物。衍生的一價(jià)鈦化合物大都是不穩(wěn)定的。

鈦在含氧環(huán)境中易形成一層薄而堅(jiān)固的氧化物薄膜，這種薄膜能耐氧化溶液和氯化物溶液的侵蝕，因而使鈦具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，鈦抗海水腐蝕的能力比其他所有金屬都好，無(wú)論是在靜止的或高速流動(dòng)的海水中，鈦都具有特殊的穩(wěn)定性。因此，鈦是海水淡化裝置的理想材料。鈦也是造船工業(yè)的理想結(jié)構(gòu)材料，用鈦制造的輪船，銀光閃閃，用不著涂漆，在海水中航行幾年也不會(huì)生銹。用鈦制的軍艦、潛水艇沒(méi)有磁性，不會(huì)被磁性水雷發(fā)現(xiàn)和跟蹤，而且能抗深水壓力。

鈦與各種濃度的硝酸、稀硫酸，各種弱堿的作用非常緩慢，在化學(xué)工業(yè)中，可用以制造各種化工設(shè)備，如熱交換器、泵、反應(yīng)器、加熱器等。例如在化肥工業(yè)中，目前國(guó)外已使用鈦材料來(lái)制造尿素生產(chǎn)中的合成塔、反應(yīng)器、攪拌器、換熱器、分離器和壓縮機(jī)等設(shè)備。

鈦與氧和氮的化學(xué)親合力非常強(qiáng)，所以在煉鋼過(guò)程中可用鈦?zhàn)雒撗鮿┖兔摰獎(jiǎng)ㄢ伵c溶解在鋼中的氮相互作用生成不溶解的氮化物），從鋼中徹底清除氧、氮雜質(zhì)，使鋼的結(jié)構(gòu)致密化并提高鋼的機(jī)械性能。

另外，鈦在含有金屬離子的酸性溶液中具有很好的穩(wěn)定性，因此，鈦在濕法冶金工業(yè)中，如銅、鎳、鈷、錳等有色金屬的電解生產(chǎn)中，有著十分廣泛的應(yīng)用。

鈦在醫(yī)學(xué)上也有著奇妙的用處，在骨骼損壞了的地方，用鈦片和鈦螺絲釘釘好，過(guò)幾個(gè)月骨頭就會(huì)重新長(zhǎng)在鈦片的小孔和鈦螺絲釘?shù)穆菁y里，新的肌肉纖維便包在鈦的薄片上，這種鈦“骨頭”猶如真的骨頭一樣。因此，鈦被稱為“親生物金屬”。

隨著工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鈦開始應(yīng)用于日用品方面，如高爾夫球桿、滑雪板、眼鏡架、照相機(jī)外殼等。

鈦合金的功能特性

鈦合金有記憶、超導(dǎo)和吸氫等三種特殊功能。鈦合金的這三種特殊的功能在開發(fā)新能源中有特殊作用。

記憶功能：指的是鈦鎳合金在一定溫度下有恢復(fù)原有形狀的本領(lǐng)。

超導(dǎo)功能：指的是鈦鎳合金做成的導(dǎo)線，當(dāng)溫度接近-273 ℃時(shí)，電阻為零。鈦鎳合金可做超導(dǎo)材料。

吸氫功能：鈦鐵合金有吸收氫氣的功能。它可以把氫氣大量、安全地貯存起來(lái)用以代替笨重的鋼制高壓氣瓶。在一定條件下，又可以把貯存的氫氣放出來(lái)，我們把這類合金稱為貯氫材料。

鈦的展望

金屬鈦工業(yè)是靠制造飛機(jī)發(fā)展起來(lái)的，如美國(guó)在20世紀(jì)50年代初生產(chǎn)的全部鈦金屬都用在制造飛機(jī)上。目前鈦的應(yīng)用主要受到產(chǎn)量的限制，但是隨著科技的發(fā)展，冶煉技術(shù)的不斷改進(jìn)，鈦的年產(chǎn)量逐漸提高，金屬鈦的許多優(yōu)良性能將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，鈦大有可能成為繼銅、鐵、鋁之后的第四代金屬，成為未來(lái)的鋼鐵。因此，有人把鈦?zhàn)u(yù)為21世紀(jì)的金屬。

人教版化學(xué)九年級(jí)下冊(cè)第八單元《金屬和金屬材料》課內(nèi)知識(shí)拓展