[课外阅读]你知道钛元素吗
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铁元素钛元素-概述说明以及解释1.引言1.1 概述铁元素和钛元素都是地球上常见的金属元素,它们具有重要的工业和科学应用价值。
铁元素是地壳中含量最丰富的金属元素之一,具有良好的导电性和热传导性,广泛应用于建筑、机械制造、电子设备等领域。
而钛元素具有较高的强度和耐腐蚀性,被广泛应用于航空航天、医疗器械、化工等领域。
本文将分别介绍铁元素和钛元素的物理性质、化学性质和应用领域,旨在全面了解和认识这两种重要的金属元素。
内容1.2 文章结构文章结构部分主要介绍了整篇文章的组织结构和内容安排。
首先,文章分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分,我们将对铁元素和钛元素进行简要的概述,并介绍本文的目的和意义。
正文部分将详细探讨铁元素和钛元素的物理性质、化学性质以及在应用领域的具体用途。
最后,在结论部分,我们将对铁元素和钛元素进行总结,并展望它们未来的发展前景,最终得出结论。
这样的结构安排可以使读者清晰地了解整篇文章的内容,并对铁元素和钛元素有一个全面的认识。
1.3 目的本文旨在深入探讨铁元素和钛元素的物理性质、化学性质和应用领域,以便更全面地了解这两种重要的元素。
通过对比它们的特性和用途,可以进一步认识它们在工业生产、科学研究和日常生活中的重要作用,同时也能够对未来在这些领域的发展提供一定的参考和展望。
通过本文的阐述,读者可以更加深入地了解铁元素和钛元素在现代社会中的重要性和价值。
{}}}}请编写文章1.3 目的部分的内容2.正文2.1 铁元素:2.1.1 物理性质:铁元素是一种具有银白色光泽的金属元素,具有很高的密度和硬度。
在常温下是固态的,能够在高温下熔化,而且可以被加工成各种形状,具有良好的延展性和可塑性。
2.1.2 化学性质:铁元素在空气中容易氧化,生成氧化铁,因此常常需要进行防锈处理。
它还可以与许多其他元素形成化合物,其中最常见的是铁的氧化物和碳化物。
此外,铁元素还能够在酸性和碱性条件下发生化学反应。
2.1.3 应用领域:铁元素在工业生产中具有广泛的应用。
钛的介绍范文钛的介绍钛是一种重要的金属元素,化学符号为Ti,原子序数为22、它的特点是具有低密度、高强度、优异的耐蚀性以及良好的加工性能,因此广泛应用于许多领域。
钛的发现可以追溯到1791年,当时英国化学家威廉·格雷戈尔在一块英国康河畔的泥煤中发现了一种未知的金属元素。
他将其称为“钛”,取自希腊神话中的泰坦神族,以表达他对这种金属的惊叹之情。
钛是一种银白色的金属,具有很高的熔点,达到了1668摄氏度。
它的密度仅为4.54克/毫升,约为铁的一半。
这使得钛成为一种轻巧但强度较高的金属材料,因此在航空航天、汽车制造和医疗设备等领域得到广泛应用。
另一个使钛如此重要的特性是它的耐腐蚀性。
纯钛表面会形成一层致密而稳定的氧化膜,能够保护其不受氧化、酸、盐水等腐蚀物质的侵蚀。
这使得钛在海洋工程、化工和生物医学等领域中被广泛使用。
钛还具有优异的高温性能。
它能够在高温下保持强度和刚性,而不会软化或失去结构稳定性。
因此,钛常用于航空发动机、火箭推进器和核能设备等高温环境下的制造。
此外,钛还具有良好的生物相容性,即它与生物体组织的相互作用较小。
这使得钛成为牙科和骨科等医疗领域中的理想材料,常用于植入物和人工关节等医疗器械的制造。
尽管钛具有众多的优点,但也存在一些挑战。
首先,钛的开采、提取和加工成本相对较高,这限制了其广泛应用。
其次,钛的加工性能不及一些常见金属材料,如铝和钢,因此加工起来更加困难。
这使得钛的制造需要特殊的设备和工艺。
随着技术的进步,钛的应用前景越来越广阔。
例如,钛的合金材料可以提高其强度、硬度和耐腐蚀性,使其适用于更多的工程领域。
此外,钛的制造工艺也在不断改进,使其加工更加容易和经济。
总之,钛是一种具有低密度、高强度、优异耐腐蚀性和良好加工性能的重要金属元素。
它在航空航天、汽车制造、医疗设备和化工等领域得到广泛应用。
虽然钛的成本较高且加工性能有限,但随着技术的发展,钛的应用前景非常广阔。
高考--常考元素--钛副族(钛(Ti) 锆(Zr) 铪(Hf))钛及其性质1、自然界存在:钛在自然界存在丰度0.42%,在所有元素居第10位,我国含量丰富。
钛的主要钛铁矿(FeTiO3)和金红石(TiO2)。
钛(Ti) 锆(Zr) 铪(Hf) 位于周期系第IVB 族,统称钛副族,价电子层结构(n-1)d2ns2,稳定化态为IV;2、钛单质阅读:【纯钛是银白色的金属,它具有许多优良性能。
钛的密度为4.54g/cm3,比钢轻43% ,比久负盛名的轻金属镁稍重一些。
机械强度却与钢相差不多,比铝大两倍,比镁大五倍。
钛耐高温,熔点1942K,比黄金高近1000K,比钢高近500K。
钛属于化学性质比较活泼的金属。
加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。
但在常温下,钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜,可以抵抗强酸甚至王水的作用,表现出强的抗腐蚀性。
因此,一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。
液态钛几乎能溶解所有的金属,因此可以和多种金属形成合金。
钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。
钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。
钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。
制成的潜艇,既能抗海水腐蚀,又能抗深层压力,其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。
同时,钛无磁性,不会被水雷发现,具有很好的反监护作用。
钛具有“亲生物“’性。
在人体内,能抵抗分泌物的腐蚀且无毒,对任何杀菌方法都适应。
因此被广泛用于制医疗器械,制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨,主动心瓣、骨骼固定夹。
当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时,这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。
钛在人体中分布广泛,正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg,其作用尚不清楚。
但钛能刺激吞噬细胞,使免疫力增强这一作用已被证实】3、钛的冶炼钛在1791年被发现,而第一次制得纯净的钛却是在1910年,中间经历了一百余年。
[课外阅读]未来的钢铁:钛钛,元素符号为Ti。
在人类已发现的一百余种元素中,有八十多种是金属元素。
在有色金属中,钛归属于稀有高熔点金属之中。
钛在地壳里的储藏量非常丰富、据科学家们测定、推算和估计,其含量是地壳质量的千分之四还要多一点,世界储量约34亿吨,在所有元素中含量居第10位(氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛)。
钛的分布很广,在矿石、砂粒、粘土、煤、石油、植物、天然水中都有;陨石也含有钛,说明地球以外的天体里也有钛。
看来钛含量多、分布广,所以,人们就称它为“不稀有”的稀有金属。
1791年,英国分析化学家、康瓦尔郡默纳陈教会的牧师格列高尔(1762~1817)发现了钛。
一次,他对英国默纳陈河谷中所产的一种黑色磁性矿砂进行研究,发现其中含有棕红色的矿渣粉末(不纯的二氧化钛)。
他发生了极大的兴趣,并进行了研究。
研究结果撰成论文,但是,在当时未引起人们的重视。
1795年,德国矿物学家和分析化学家克拉普罗特在分析匈牙利布伊尼克地区产的红色金红石时,发现外表很象默纳陈矿,在做对比研究之后,知道两者的主要成分相似,只是默纳陈矿含有铁。
克拉普罗特确信这是一种新金属的氧化物,并好奇地给这种新元素取名叫“Titanium”(钛),这个名字引用一个希腊神话故事:说天与地的第一代儿子叫“太旦斯”(Titans)。
由于钛在高温时非常活泼,能够跟氧、氮、氢、碳等元素化合生成相应的化合物,特别是与氧的结合能力更强,生成非常稳定的氧化物。
所以,钛几乎都是以氧化物形式存在于自然界中。
因此,钛虽然被发现的很早,但是半个多世纪以来就是没有办法制得金属钛。
1849年德国化学家维勒(1800~1882年)用钾与氟钛酸钾共热,制出不纯的金属钛。
现在冶炼钛的方法是,先把钛矿石经过一系列处理,转变成四氯化钛,再用镁或钠在惰性气体中还原,生成海绵状钛。
所得产物不能直接使用,还要在真空电弧炉里熔铸成钛锭,并经加工,进一步方得使用的各种型材。
钛的根本性质原子构造钛位于元素周期表中ⅣB族,原子序数为22,原子核由22个质子和20-32个中子组成,核外电子构造排列为1S22S22P63S23D24S2。
原子核半径5x10-13厘米。
物理性质钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米〔20℃〕,熔点1668±4℃,熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子,沸点3260±20℃,汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子,临界温度4350℃,临界压力1130大气压。
钛的导热性和导电性能较差,近似或略低于不锈钢,钛具有超导性,纯钛的超导临界温度为0.38-0.4K。
在25℃时,钛的热容为0.126卡/克原子·度,热焓1149卡/克原子,熵为7.33卡/克原子·度,金属钛是顺磁性物质,导磁率为1.00004。
钛具有可塑性,高纯钛的延伸率可达50-60%,断面收缩率可达70-80%,但强度低,不宜作构造材料。
钛中杂质的存在,对其机械性能影响极大,特别是间隙杂质〔氧、氮、碳〕可大大进步钛的强度,显著降低其塑性。
钛作为构造材料所具有的良好机械性能,就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而到达的。
化学性质钛在较高的温度下,可与许多元素和化合物发生反响。
各种元素,按其与钛发生不同反响可分为四类:第一类:卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物;第二类:过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体;第三类:锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体;第四类:惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素〔除钪外〕,锕、钍等不与钛发生反响或根本上不发生反响。
与化合物的反响:◇HF和氟化物氟化氢气体在加热时与钛发生反响生成TiF4,反响式为〔1〕;不含水的氟化氢液体可在钛外表上生成一层致密的四氟化钛膜,可防止HF浸入钛的内部。
氢氟酸是钛的最强熔剂。
即使是浓度为1%的氢氟酸,也能与钛发生剧烈反响,见式〔2〕;无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反响,仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反响。
钛钛2009年09月19日1 钛的发现认识钛是一种银白色的金属,早在1791年,英国科学家威廉姆?格里戈尔在英国密那汉郊区找到这种神奇的元素时,首先发现了这种新元素。
过了4年,德国化学家克拉普洛特又从匈牙利布伊尼克的一种红色矿石中,发现了这种元素,便以希腊神话中的英雄来命名。
钛的意思是“地球的儿子”。
钛的外形很像钢铁,但远比钢铁坚硬,且体重只有铁的一半。
在常温下,钛可以安然无恙地“躺”在各种强酸、强碱中;就连最凶猛的酸------ 王水,也不能腐蚀它。
有人曾把一块钛片扔进大海,经过5年以后取出来,仍然闪闪发亮,没有半点锈斑。
俗话说:“真金不怕火炼”。
可是钛的熔点比黄金还高出600多摄氏度。
正因为钛的本领非凡,所以有著广泛用途。
现在,钛是制造飞机、坦克、军舰、潜艇不可缺少的金属。
在太空船和导弹中,也大量用钛代替钢铁。
钛与氮、碳结合生成的氮化钛、碳化钛,也是非常坚硬的化合物,它们的耐热本领甚至还比钛高1倍。
这样坚硬而耐热的材料,可以代替超级钢,制造高速切削刀具。
钛的许多特殊性能,还在化工、超声波和超导技术中得到应用。
然而,钛有个最大的缺点,就是提炼比较困难。
这主要是因为钛在高温下可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。
所以人们曾把钛当作“稀有金属”,其实,钛的含量约占地壳重量的6‰,比铜、锡、锰、锌的总和还要多10多倍。
在世界上,我国钛的储藏量最多,四川的攀枝花,钛的储藏量占全国90%以上,是世界上罕见的大钛矿。
2 钛的介绍(I)钛是一种很特别的金属,质地非常轻盈,却又十分坚韧和耐腐蚀,它不会像银会变黑,在常温下终身保持本身的色调。
钛的熔点与铂金相差不多,因此常用于航天.军工精密部件。
加上电流和化学处理后,会产生不同的颜色。
钛如同它的名字一样是一种具有英雄气概的金属,银亮,轻盈,坚牢。
在化学上,大名鼎鼎的强腐蚀剂“王水”能够吞噬白银、黄金,以至把号称“不锈”的不锈钢侵蚀,变得锈迹斑驳,面目全非。
然而,“王水”对钛却无可奈何。
钛的高考知识点钛(符号:Ti)是一种金属元素,原子序数为22,属于过渡金属。
它具有较低的密度、良好的强度和耐腐蚀性,因此在许多领域都有广泛的应用。
下面将为大家介绍一些与钛相关的高考知识点。
一、钛的特性及物理性质1. 钛的特性:钛具有优异的耐腐蚀性、高强度和较低的密度。
它是一种轻质金属,重量仅为钢的一半,但比强度却接近于钢和铝。
2. 钛的颜色:钛的金属表面呈银灰色,具有金属光泽。
3. 钛的熔点:钛的熔点约为1668摄氏度。
4. 钛的导电性和导热性:钛是一种良导电和良导热的金属。
5. 钛的化学性质:钛对酸、碱都具有一定的抵抗能力,但在高温和氧气存在下容易氧化。
二、钛在日常生活中的应用1. 钛合金:由于钛具有优异的强度和耐蚀性,钛合金常用于制造航空航天设备、船舶、汽车零部件和钢铁冶金工业中。
2. 医疗领域:由于钛对人体组织相容性好,钛金属被广泛应用于医疗领域制作假体、牙科植入材料等。
3. 运动器材:钛合金的良好强度和轻质特性使其成为制造高端自行车、高尔夫球杆等运动器材的理想材料。
4. 钛的纯度:钛可以通过精细提纯得到高纯度的钛,用于制造船舶、飞机等对材料纯度要求极高的领域。
三、钛的常见化合物及应用1. 二氧化钛:二氧化钛(TiO2)是钛最常见的氧化物,具有良好的光学性质和光催化性能。
在材料科学、环境保护和太阳能电池等领域有广泛的应用。
2. 氯化钛:氯化钛(TiCl4)是一种重要的钛化合物,广泛用于有机合成反应中作为催化剂。
3. 钛酸盐:钛酸盐是一类由钛和酸根离子组成的化合物,具有稳定的结构和特殊的物理性质,常用于电子材料、陶瓷材料等领域。
四、钛在环境和健康方面的影响1. 钛的生态安全性:钛是一种生态友好的材料,不会对环境造成污染。
2. 钛对人体健康的影响:钛金属对人体无毒,对皮肤无刺激作用,具有较好的生物相容性,因此广泛应用于医疗领域。
3. 钛金属的处理和回收:在钛的生产和加工过程中,应注意妥善处理废弃物和废水,以减少对环境的影响。
一.钛元素的概述:钛在元素周期表中的序数为22,原子核由22个质子和20 -32个中子组成。
钛的最高化学价为四价。
钛的熔点为1668℃,比铁的熔点高118℃,是轻金属中的高熔点金属。
钛的密度为4. 51,仅为铁的57. 4%。
纯钛的电阻率和热导率与奥氏体不锈钢大致相当。
钛的比容与奥氏体不锈钢相似,但由于密度小,则热容小,容易加热也容易冷却。
纯净的钛是银白色金属,具有银灰光泽。
高纯钛具有良好的可塑性,但当有杂质时会变得脆而硬。
在室温时钛不与氯气、稀硫酸、稀盐酸和硝酸作用,但能被氢氟酸、磷酸、熔融碱侵蚀,很容易溶解于HF和HCI或HF和H:S04的混合溶液中。
钛是一种非常活泼的金属,其平衡电位很低,在介质中的热力学腐蚀倾向大,但实际上钛在许多介质中很稳定,包括在氧化性、中性和弱还原性介质中。
这是因为钛和氧的亲和力很大,在空气中或含氧介质中,钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜,保护钛基本不被腐蚀。
该膜即使由于机械磨损也会很快自愈或再生。
这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。
在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。
钛最突出的性能是对海水的抗腐蚀性很强,其抗腐蚀性能甚至比白金还好。
虽然纯钛的强度较低,但钛合金的强度很高,如常用的钛合金Ti-6AI-4V的强度达到了一般高强度钢的水平。
钛合金的密度小,因此钛合金的比强度高。
钛合金的弹性模量不高,但由于它同时具有弹性模量低和屈服强度高的特征,所以适合用作弹簧材料,在弹性相同的情况下,钛弹簧的质量仅为普通弹簧的28%,而且耐腐蚀。
钛合金的高温和低温性能优良。
在高温下,钛合金仍能保持良好的力学性能,其耐热性远高于铝台金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550 - 600℃。
在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性。
钛是无磁性金属,在很强的磁环境中也不会被磁化。
钛具有形状记忆特性,钛镍合金是种很好的形状记忆材料。
钛具有吸氢特性。
钛简介范文钛简介钛,是一种化学元素,原子序数为22,化学符号为Ti。
它是一种具有银白色光泽、高度脆性的过渡金属。
钛的密度相对较低,但强度和抗腐蚀性非常强,因此被广泛应用于各种重要工业领域。
钛是地壳中第七最丰富的化学元素,被发现于1791年,由英国化学家威廉·格雷戈发现,并在1825年被瑞典化学家约翰·贝勒留斯以“钛”命名。
钛的化学性质非常稳定,它不会受到大多数常见化学物质的侵蚀,例如酸、碱等。
这使得钛在许多高温、高压和腐蚀性环境下的工业应用成为可能。
作为一种耐腐蚀材料,钛被广泛应用于化学工业、海洋工程、航空航天和医疗器械等领域。
在化学工业中,钛常被用来制造催化剂、阀门和化学反应设备。
在海洋工程中,钛可用于制造海水淡化设备、船舶螺旋桨和海洋油气开采设备。
在航空航天领域,钛被用于制造飞机、火箭和导弹的结构件,因为它的轻量化和抗腐蚀性能使得飞行器能够减少重量并提高安全性。
此外,钛也广泛应用于医疗领域,例如制作人工关节、牙科种植物和外科手术设备,因为它具有良好的生物相容性和耐腐蚀性。
钛的物理特性也使其具有一些独特的应用。
钛是一种轻质的金属,它的密度仅为4.5克/立方厘米,相对于其他金属来说相对较低。
这使得钛在需要减轻重量的应用中非常有用,例如制造航空器和汽车的零部件。
与此同时,钛仍然具有足够的强度和硬度,使得它能够承受高强度的载荷。
此外,钛还具有良好的导热性和导电性,这使得它在制造电子产品中,例如手机和计算机等领域发挥着重要作用。
尽管钛具有如此多的优点和应用,但它的制造和加工仍然具有一定的挑战性。
首先是钛的开采和提炼成本相对较高,这主要是因为它在自然界中的含量非常稀少且分散。
其次,钛的加工难度也较大,因为它具有高的熔点和燃烧点,需要特殊的设备和工艺才能进行加工。
此外,钛还与氧气、氮气和碳等元素易于发生化学反应,在高温下容易引起钛金属的氧化和硬化。
为了解决这些问题,科学家和工程师们不断努力,研发出了一系列的钛合金,通过合金化来改善钛的加工性能和性能。
一、中考初中化学科普阅读题1.阅读下面科普短文。
我们的胃液呈酸性,是因为胃腺壁细胞能分泌出盐酸。
胃酸在人体的消化吸收中发挥着重要作用,比如为胃蛋白酶提供适宜的酸性环境,分解食物中的结缔组织和肌纤维使其易于被消化吸收。
你知道吗?深受人们喜欢的早餐食品燕麦中常添加颗粒极小的铁粉,它既可以作为双吸剂(起到干燥和减缓食品变质的作用),还可以作为人体补铁剂。
要把铁粉变为人体需要的、能吸收的营养元素,就离不开胃酸的帮助。
健康人胃液的pH在0.9~1.5,胃液的pH不仅影响人的消化吸收功能,还对伴随食物进入胃内的各类病菌的繁殖有影响。
某医院对99位胃溃疡和十二指肠溃疡等患者胃液的pH及胃液中的病菌进行了检测,结果如下表:胃酸过多会对胃黏膜具有侵蚀作用,并使人感觉反酸或烧心。
治疗胃酸过多的药主要有两大类:一是抑酸药,能抑制胃酸分泌,但本身不能和胃酸反应;二是抗酸药,能直接与胃酸反应,常见的抗酸药有碳酸氢钠、氢氧化铝、氧化镁、氢氧化镁和碳酸钙等。
胃溃疡患者若服用不合适的抗酸药,会因胃内气体压力增大而引起胃穿孔。
患者如长期使用抗酸药,很可能刺激胃酸分泌过多。
因此,应遵医嘱合理使用抗酸类和抑酸类药物。
依据文章内容,回答下列问题。
(1)用化学方程式表示燕麦中的铁粉遇胃酸发生的反应:_____。
(2)铁粉可以减缓食物变质,是因为铁可以和_____反应。
(3)胃溃疡患者不宜服用的抗酸药是______。
(4)关于文中提到的几种抗酸药,下列说法正确的是______(填字母序号)。
A.均属于盐类或碱类B.在使用抗酸药时不是用量越多越好C.适量使用碳酸钙可治疗胃酸过多,同时还可为人体补钙(5)下列关于胃液与人体健康关系的说法中,合理的是_____(填字母序号)。
A.胃酸能帮助人体消化吸收食物,所以胃液pH越小越利于人体健康B.胃酸过多会对胃黏膜具有侵蚀作用,所以胃液pH越大越利于人体健康C.胃液pH越大越有利于病菌生存【答案】Fe+2HCl=FeCl2+H2↑氧气碳酸氢钠和碳酸钙 BC C【解析】【分析】【详解】(1)胃液注意成分是盐酸,与铁粉反应的化学方程式为Fe+2HCl= FeCl2+H2↑(2)食物变质是食物与氧气反应,铁生锈反应掉氧气,食物就不易变质。
钛(音太),TITANIUM,源自希腊神话中的巨人名Titans,1791发现。
虽然它是地球上第九位藏量最丰的元素,但直到最近才开始发挥造福人类的功能;它的白色二氧化钛可用做明亮的漆料。
这种金属本身可以用来作为制造超音速收音机和火箭的一种原料。
钛的发现简史钛是英国化学家格雷戈尔(Gregor R W ,1762—1817。
)在1791年研究钛铁矿和金红石时发现的。
四年后,1795年,德国化学家克拉普罗特(Klaproth M H ,1743—1817。
)在分析匈牙利产的红色金红石时也发现了这种元素。
他主张采取为铀(1789年由克拉普罗特发现的)命名的方法,引用希腊神话中太旦神族“Titans”的名字给这种新元素起名叫“Titanium”。
中文按其译音定名为钛。
格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛,而不是金属钛。
因为钛的氧化物极其稳定,而且金属钛能与氧、氮、氢、碳等直接激烈地化合,所以单质钛很难制取。
直到1910年才被美国化学家亨特(Hunter M A )第一次制得纯度达99.9%的金属钛。
从发现钛元素到制得纯品,历时100多年。
而钛真正得到利用,认识其本来的真面目,则是本世纪40年代以后的事了。
目前钛的生产量激增,它的应用范围也在不断扩大,它在航海和航空制造业上得到广泛的应用。
单质钛钛是过渡金属元素,在地壳中的丰度是0.63%,居元素分布序列中的第十位,比常见的锌、铅、锡、铜还要多得多。
钛的主要矿物有钛铁矿FeTiO3、金红石TiO2和组成复杂的钒钛铁矿,我国四川攀枝花地区有极丰富的钒钛铁矿。
1.钛的性质纯净的钛具有银白色的金属光泽。
有良好的可塑性。
钛越纯,可塑性越强。
金属钛是一种新兴的结构材料。
它的密度为4.54g/cm3 ,比钢轻(钢的密度为7.9g/cm3)。
机械强度却与钢相似。
铝的密度(2.7g/cm3)虽小,但机械强度较差,钛恰好兼有钢和铝的优点,且耐热性能好,熔点高达1933K,是制造飞机、火箭和宇宙飞船等最好的材料。
[课外阅读]你知道钛元素吗
金属中的新秀-钛
金属铁、镁、铝、铅、锌、铜等广泛应用,为人们熟悉。
然而近年来,随着科学技术的飞速发展,上述金属已不能满足现代科学技术的需要。
钛却闪烁着时代的光辉,成为金属中的新秀。
钛及钛的化合物、合金究竟有哪些特性和用途呢?是人们应该了解的问题。
一、钛的发现
早在1791年,英国门那新(Meneccin)山谷中静静地躺着一种黑色的矿砂,无人问津。
牧师格利高尔(w.Gregor)是位矿物学的爱好者,当他在自己的教区内游览时,发现并带回了这种黑色的东西,经过分析,他宣称找到了一种未知的新金属。
为了纪念黑色矿砂的发现地,格利高尔把这种金属称为Menaccin,把矿砂称为门那新矿(Menaccite),也就是现在所说的钛铁矿(FeTiO3)
1795年,德国科学家克拉普罗兹(铀的发现者)从匈牙利带回的矿物中成功地分离出一种新元素的氧化物,并很快确定他和格利高尔发现的是同一种元素。
这种矿物就是钛的氧化物—金红石(TiO2)。
克拉普罗兹把此元素命名为titanium(钛)取自神话中的“泰坦”(Titans),意指大地之神的儿子。
二、钛的存在
钛在地壳中的丰度为0.63% ,居元素分布序列中的第十位,仅次于氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢,比常见的锌、铅、镍、
铜的总和还要多16倍,但大部分处于分散状态。
主要的矿物有金红石(TiO2)和钛铁矿(FeTiO3)组成复杂的钒钛铁矿。
我国钛蕴藏量居全球之首,仅四川攀枝花地区的矾钛铁矿,储量约15亿吨,占全国已探明储量的97% 。
三、钛的冶炼
钛在1791年被发现,而第一次制得纯净的钛却是在1910年,中间经历了一百余年。
原因在于:钛在高温下性质十分活泼,很易和氧、氮、碳等元素化合,要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。
工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛,再由二氧化钛制取金属钛。
浓硫酸处理磨碎的钛铁矿(精矿),发生下面的化学反应:
FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O
FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O
FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O
Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O
为了除去杂质Fe2(SO4)3,加入铁屑,Fe3+ 还原为Fe2+,然后将溶液冷却至273K以下,使得FeSO4·7H2O(绿矾)作为副产品结晶析出。
Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏钛酸沉淀,反应是:
Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4
TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4
锻烧偏钛酸即制得二氧化钛:
H2TiO3 == TiO2+H2O
工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。
将TiO2(或天然的金红石)和炭粉混合加热至1000~1100K,进行氯化处理,并使生成的TiCl4,蒸气冷凝。
TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO-
在1070K 用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛:TiCl4+2Mg=2MgC12+Ti
这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼,最后制成各种钛材。
四、钛及钛合金的特性、用途
纯钛是银白色的金属,它具有许多优良性能。
钛的密度为4.54g /cm3,比钢轻43% ,比久负盛名的轻金属镁稍重一些。
机械强度却与钢相差不多,比铝大两倍,比镁大五倍。
钛耐高温,熔点1942K,比黄金高近1000K ,比钢高近500K。
钛属于化学性质比较活泼的金属。
加热时能与O2、N2、H2、S 和卤素等非金属作用。
但在常温下,钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜,可以抵抗强酸甚至王水的作用,表现出强的抗腐蚀性。
因此,一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。
液态钛几乎能溶解所有的金属,因此可以和多种金属形成合金。
钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。
钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe 等生成填隙式化合物或金属间化合物。
钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多
人。
制成的潜艇,既能抗海水腐蚀,又能抗深层压力,其下潜深度比不锈钢潜艇增加80% 。
同时,钛无磁性,不会被水雷发现,具有很好的反监护作用。
钒具有“亲生物“’性。
在人体内,能抵抗分泌物的腐蚀且无毒,对任何杀菌方法都适应。
因此被广泛用于制医疗器械,制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨,主动心瓣、骨骼固定夹。
当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时,这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。
钛在人体中分布广泛,正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg,其作用尚不清楚。
但钛能刺激吞噬细胞,使免疫力增强这一作用已被证实。
五、钦的化合物及用途
重要的钛化合物有:二氧化钛(TiO2)、四氯化钛(TiCl4)、偏钛酸钡(BaTiO3)。
纯净的二氧化钛是白色粉末,是优良的白色颜料,商品名称“钛白”。
它兼有铅白(PbCO3)的遮盖性能和锌白(ZnO)的持久性能。
因此,人们常把钛白加在油漆中,制成高级白色油漆;在造纸工业中作为填充剂加在纸桨中;纺织工业作为人造纤维的消光剂;在玻璃、陶瓷、搪瓷工业上作为添加剂,改善其性能;在许多化学反应中用作催化剂。
在化学工业日益发展的今天,二氧化钛及钛系化合物作为精细化工产品,有着很高的附加价值,前景十分诱人。
四氯化钛是一种无色液体;熔点250K、沸点409K,有制激性
气味。
它在水中或潮湿的空气中都极易水解,冒出大量的白烟TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl
因此TiCl4在军事上作为人造烟雾剂,犹其是用在海洋战争中。
在农业上,人们用TiCl4形成的浓雾复盖地面,减少夜间地面热量的散失,保护蔬菜和农作物不受严寒、霜冻的危害。
将TiO2和BaCO3一起熔融制得偏钛酸钡:
TiO2+BaCO3 == BaTiO3十CO2-
人工制得的BaTiO3具有高的介电常数,由它制成的电容器有较大的容量,更重要的是BaTiO3具有显著的“压电性能”,其晶体受压会产生电流,一通电,又会改变形状。
人们把它置于超声波中,它受压便产生电流,通过测量电流强弱可测出超声波强弱。
几乎所有的超声波仪器中都要用到它。
随着钛酸盐的开发利用,它愈来愈广泛地用来制造非线性元件、介质放大器、电子计算机记忆元件、微型电容器、电镀材料、航空材料、强磁、半导体材料、光学仪器、试剂等。
钛、钛合金及钛化合物的优良性能促使人类迫切需要它们。
然而,生产成本之高,使应用受到限制。
我们相信在不久的将来,随着钛的治炼技术不断改进和提高,钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大的发展。
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