奇妙的化学元素｜21世纪的高科技金属——钛

钛的特性钛（Titanium）是一种过渡金属元素，化学符号Ti，原子序数22，在化学元素周期表中位于第4周期、第IVB族。已知的钛的同位素有13种，包括钛-41至钛-53。其中钛的稳定同位素有钛-46，钛-47，钛-48，钛-49，钛-50共五种，其余的同位素均有放射性。

化学特性：

钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与氧气、氮气、氢气、硫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、钝性的、能自行修补裂缝的氧化物薄膜，而具有优良的抗腐蚀性，不受硝酸，潮湿氯气，稀硫酸，稀盐酸及稀碱的侵蚀，连酸中王——王水（浓盐酸和浓硝酸按体积比为3:1组成的混合物）都无法将其溶解。钛的保护性氧化膜经常是当金属碰到水时形成的，即使少量的水或水蒸气中也能形成。如果把钛暴露于完全没有水的强氧化性环境里，就会发生快速氧化并产生剧烈反应，甚至常出现自燃。钛与含过量氧化氮的发烟硝酸以及钛与干氯气的反应就发生过这类现象。所以要预防发生这类反应，必须有一定量的水分。钛不能应用于干氯气中，即使是温度0℃以下的干氯气，也会发生剧烈的化学反应，生成四氯化钛，再分解生成二氯化钛，甚至燃烧。只有当氯气中的含水量高于0.5%的时候，钛在其中才能保持可靠的稳定性。

为安全起见，储存时以不少于25%的水润湿、钝化。储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不超过35℃，保持容器密封，严禁与空气接触。应与氧化剂、酸类、卤素等分开存放，切忌混储。配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有合适的材料收容泄漏物。

物理特性：

单质钛呈银白色，具金属光泽。粉末钛呈灰色。钛的熔点高（1660℃），沸点为3287℃，密度小（密度为4.5g/cm³，比钢轻43%）、延展性好，在硬度、耐热性及导电导热性方面，与其他过渡金属（如铁、镍）相似，但是它比其他具有相似的机械和耐热性能的金属轻得多；声音在其中的传播速率为5090m/s。钛溶于稀酸，不溶于冷水和热水。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。钛金属在500℃的高温下/-253℃低温下长期使用也可以保持其金属特性，通常铝在150℃，不锈钢在310℃即失去了原有性能，而钛合金在500~600℃左右仍保持良好的力学性能。而且钛金属在-253℃低温下依旧能保持较好的延展性和韧性。钛无磁性。钛的热导率小，仅为钢的1/5，铝的1/13，铜的1/25。 抗阻尼性能低，用钛及其他金属材料（铜，钢）制成形状和大小完全一样的钟，用同等的力把每个钟敲一下就会发现，用钛做的钟振荡起来声音持续的时间长，即通过敲击给予钟的能量不容易消失，所以我们说钛的阻尼性能低。

钛的发现

格雷戈尔

1791年：英国的业余矿物学家格雷戈尔（Reverend William Gregor，1762—1817）在康沃尔郡的马纳坎小溪旁找到了一些黑沙，后来他发现了那些沙会被磁铁吸引，他意识到这种矿物（钛铁矿）包含着一种新的元素。经过分析，发现沙里面有两种金属氧化物：氧化铁（沙受磁铁吸引的原因）及一种他无法辨识的白色金属氧化物。他很快意识到这种未被辨识的氧化物含有一种未被发现的金属，而这正是钛元素的雏形。格雷戈尔对康沃尔郡皇家地质学会及德国的《化学年刊》发表了这次的发现。大约就在同时，米勒·冯·赖兴斯泰因（Franz-Joseph Müller von Reichenstein）也制造出类似的物质，但却无法辨识它。

1795年：德国化学家克拉普罗特（Martin Heinrich Klaproth，1743—1817）在研究匈牙利产的金红石时也发现了该种氧化物，他主张采取为铀（1789年由克拉普罗特发现的）命名的方法，引用希腊神话中泰坦神族“Titanic”的名字给这种新元素起名叫“Titanium”，中文音译为“钛”。当他知道格雷戈尔之前的发现后，也取得了一些马纳坎矿物的样本，并证实它含钛。化学大家克拉普罗特并没有跟格雷戈尔争夺钛元素发现者的名头，所以科学界普遍认同是格雷戈尔发现了钛元素。

1910年：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年美国化学家亨特 （Matthew A. Hunter）用钠还原TiCl4制得纯度达99.9%的金属钛。

钛的发展

钛

全球发展历程

1940年：卢森堡科学家W.J.Kroll用镁还原TiCl4制得了纯钛。从此，镁还原法（又称为克劳尔法）和钠还原法（又称为亨特法）成为生产海绵钛的工业方法。

1948年：美国在用镁还原法制出2吨海