一種化學元素,化學符號Ti,原子序數22,原子量47.88,屬週期系ⅣB族。

  發現 1791年英國化學傢兼礦物學傢W.格雷哥爾首先在鈦鐵礦中發現鈦的氧化物。1795年德意志科學傢M.H.克拉普羅特在研究金紅石礦石時再次發現鈦,並命名為titanium,它來源於希臘神話中大地之子Titans之名,以表示金屬鈦所具有的天然強度。1910年美國冶金傢M.A.亨特用金屬鈉還原四氯化鈦,制制得金屬鈦。

  存在 鈦在地殼中的含量為0.6%,占第9位。鈦廣泛存在於許多巖石中,特別是砂石和粘土中。石油、煤炭、天然水、植物、動物機體和骨骼、火山灰燼、深海污泥以及隕石中也都含鈦。含鈦量較大的礦物有金紅石TiO2、鈦鐵礦FeTiO3、鈣鈦礦CaTiO3、榍石CaTiSiO5和釩鈦鐵礦等,其中以鈦鐵礦和金紅石經濟價值較高。鈦鐵礦中含鈦32%,金紅石含鈦量比鈦鐵礦高,但它常與其他礦石相摻雜,而且分佈也沒有鈦鐵礦廣。鈦在自然界中有5種穩定同位素:鈦46、鈦47、鈦48、鈦49、鈦50。

  物理性質 鈦為銀灰色金屬(見彩圖),

金屬鈦 質軟,有延展性;熔點1660℃。沸點3287℃,密度4.5克/厘米 3(20℃)。雜質的存在會改變鈦的熔點。通常,碳、氧、氮等雜質會使其熔點升高,鐵、錳、鉻、銅等金屬雜質會使其熔點降低。金屬鈦有兩種晶形:α鈦為六方密堆積結構(常溫);β鈦為立方體心結構(882~1670℃)。鈦有順磁性,導電和導熱性較差。鈦能與大多數金屬和許多非金屬形成合金,金屬鈦中加入其他金屬可以增加鈦的強度,例如,含7%錳的鈦合金的抗拉強度能增加一倍。

  化學性質 鈦的電子構型為(Ar)3d24s2,氧化態有-1、+2、+3、+4。鈦具有優異的抗腐蝕性。常溫下,金屬鈦表面容易形成一層保護性氧化膜,不受王水、硝酸、潮濕氯氣、稀硫酸、稀鹽酸和稀堿溶液的侵蝕。鈦對海水的抗腐蝕能力特別強。氫氟酸、磷酸和中等濃度的堿溶液對鈦有侵蝕作用。低溫時,鈦在空氣中穩定,隨著溫度上升,氧化速率也隨之增加。在250℃左右,鈦的表面即失去光澤,形成藍至金黃色的氧化物薄層;溫度再升高,氧化層增厚,顏色變為黃棕色;溫度高達1200℃時,氧化過程加速。鈦在高溫下能與大多數非金屬單質直接化合,如與氧、氮、氫、碳、硫和鹵素等。此外,鈦能溶於熱濃鹽酸,形成 Ti3+離子,也能與熱的硝酸生成TiO2·nH2O。在發煙硝酸中,鈦易被侵蝕。在強熱下,鈦還能使水蒸氣分解。

  鈦的 +4價化合物最穩定,如二氧化鈦和四鹵化鈦;在一般情況下,+2、+3價的化合物都不穩定,易被氧化為+4價。鈦還可與聯吡啶(C5H4N)2形成氧化態為0和-1的配位化合物,例如Li[Ti(dipy)3]·3.5C4H8O和Ti(dipy)3,dipy為聯吡啶。

  制法 工業上,先將鈦鐵礦或金紅石在碳存在下加熱,通氯氣,使二氧化鈦轉化為揮發性的四氯化鈦:

2TiO2+3C+4Cl2─→2TiCl4+2CO+CO2

把蒸出的四氯化鈦冷凝提純,然後在氬氣氛中用金屬 鈉或金屬 鎂高溫還原四氯化鈦,即得金屬鈦。克羅爾法用鎂作還原劑,在常壓下以熔融的鎂還原四氯化鈦:

反應在氬氣氛中進行,當鎂消耗到60%左右時,可將熔融的氯化鎂從反應器中放出,使四氯化鈦蒸氣與留下的金屬鎂繼續反應。此法制得的鈦呈海綿狀,中間混雜有氯化鎂,可在粉碎後用稀酸浸提法或高真空蒸餾法除去。

  應用 鈦具有密度小、耐高溫、耐腐蝕等特性,鈦合金強度高,大量用於制造軍用超音速飛機的結構部件,噴氣發動機的壓縮部件,飛機機架的構件、機殼、隔火墻、鉚釘,空運裝備的結構部件,軍事設施和軍事艦艇的裝甲板、上層結構部件、熱交換管、開關,以及螺旋槳的葉片等。在民用工業中,鈦及其合金可用於制造各種泵、閥門、過濾設備的金屬絲網和各種機器零件。粉末狀鈦可在電子管制造工藝中用作除氧劑。