[科普中国]-钛

发展历史钛的发现

1、格雷戈尔3（ Reverend William Gregor，1762—1817）：1791年，钛以含钛矿物的形式在英格兰的康沃尔郡被发现，发现者是英格兰业余矿物学家格雷戈尔（Reverend William Gregor），当时正业为负责康沃尔郡的克里特（Creed）教区的牧师。他在邻近的马纳坎（Manaccan）教区中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。意识到这种未被辨识的氧化物含有一种未被发现的金属，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。

2、克拉普罗特4 (Martin Heinrich Klaproth ，1743—1817）：1795年德国化学家克拉普罗特在分析匈牙利产的红色金红石时也发现了这种氧化物。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”。中文按其译音定名为钛。当他听闻到格雷戈尔较早前的发现之后，克拉普罗特取得了一些马纳坎矿物的样本，并证实它含钛。

3、亨特5（Matthew A. Hunter）：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第一次用钠还原TiCI制得纯度达99.9%的金属钛。

国外发展历程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。美国在1948年用镁还原法制出2吨海绵钛，从此开始了钛的工业化生产 。

1947年，人们才开始在工厂里冶炼钛。当年，产量只有2吨。1955年产量激增到2万吨。1972年，年产量达到了 20万吨。钛的屈服强度比钢铁要高，而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半，钛虽然稍稍比铝重一点，它的屈服强度却比铝大2倍。钛的比强度高于铝和钢，比模量与铝、钢十分接近。在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。据统计， 世界上每年用于宇宙航行的钛，已达一千吨以上。极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。

钛在高温下极易和空气发生反应，但熔点高达1668℃。在常温下，钛不怕王水和稀硝酸腐蚀，但不耐5%以上浓度的硫酸和7%盐酸腐蚀。钛不怕常温的海水，有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来一看，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。

人们开始用钛来制造潜艇——钛潜艇。由于钛非常结实，能承受很高的压力，这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行。

国内发展历程中国钛工业起步于20世纪50年代6。1954，北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究，1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划，1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验，成立了中国第一个海绵钛生产车间，同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国第一个钛板带加工材生产试验车间。

20世纪60-70年代，在国家的统一规划下，先后建设了以遵义钛厂为代表的10余家海绵钛生产单位；在1967年在洛阳铜加工厂成立了中国第一个钛管棒加工材生产试验车间和第二条钛板带材生产试验车间，并为主承担了当时国内第一艘核潜艇、第一艘导弹驱逐舰及航空用钛材的试制开发任务，直到1972年宝鸡有色金属加工厂建成投产后，洛阳铜加工将工艺资料移交北京有色研究总院，按照冶金部的专业划分，不再承担钛材料的开发试制工作；以北京有色研究总院、沈阳铝镁院、抚顺铝厂、沈阳有色金属加工厂、东北轻合金加工厂、洛阳铜加工厂等单位为主，援建了宝鸡有色金属加工厂和宝鸡贵金属所，从此按照行业划分，以宝鸡有色金属加工厂和宝鸡贵金属所为主，承担了国内大部分钛加工材料的生产开发试制工作。同时中国也成为继美国、前苏联和日本之后的第四个具有完整钛工业体系的国家。

1980年前后，中国海绵钛产量达到2800吨，然而由于当时大多数人对钛金属认识不足，钛材的高价格也限制了钛的应用，钛加工材的产量仅200吨左右，中国钛工业陷入困境。在这种情况下，由当时国务院副总理方毅同志倡导，朱镕基和袁宝华同志支持，于1982年7月成立了跨部委的全国钛应用推广领导小组，专门协调钛工业的发展事宜，促成了20世纪80年代至90年代初期中国海绵钛和钛加工材产销两旺、钛工业快速平稳发展的良好局面。

综上所述，中国钛工业大致经历了三个发展期：即20世纪50年代的开创期，60-70年代的建设期和80-90年代的初步发展期。在新世纪，得益于国民经济的持续、快速发展，中国钛工业也进入了一个快速成长期。

含量分布地球表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多61倍，在地壳中的含量排第十位（地壳中元素排行：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛），随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，世界上储量超过一千万吨的钛矿并不稀罕。

地球上有成亿吨的砂石，钛和锆这两种比砂石重的矿物，就混杂在砂石中，经过海水千百万年昼夜不停地淘洗，把比较重的钛铁矿和锆英砂矿冲在一起，在漫长的海岸边，形成了一片一片的钛矿层和锆矿层。这种矿层是一种黑色的砂子，通常有几厘米到几十厘米厚。钛没有铁磁性，用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。

信息介绍CAS No.：7440-32-6

EINECS号：241-036-97

元素在海水中的含量：（ppm)

0.00048

元素在太阳中的含量：（ppm)

4

元素类型：金属

核内质子数：22

核外电子数：22

核电荷数：22

外围电子层排布：3d2 4s2

电子层：K-L-M-N

质子质量：3.6806E-26

质子相对质量：22.154

原子体积：（立方厘米/摩尔)

10．64

地壳中含量：（ppm）

5600

以下为增加内容：

氧化态：

Main Ti+4

Other Ti-1,Ti0,Ti+2,Ti+3

所属周期：4

所属族数：ⅣB

摩尔质量：48

氢化物：TiH4

氧化物：TiO

最高价氧化物化学式：TiO2

密度：4.54g/立方厘米

熔点：1660.0℃

沸点：3287.0℃

电离能(kJ /mol)

M - M+ 658

M+ - M2+ 1310

M2+ - M3+ 2652

M3+ - M4+ 4175

M4+ - M5+ 9573

M5+ - M6+ 11516

M6+ - M7+ 13590

M7+ - M8+ 16260

M8+ - M9+ 18640

M9+ - M10+ 20830

外围电子排布：2 8 8 4

核外电子排布：2,8,10,2

晶体结构：晶胞为六方晶胞。

晶胞参数：

a = 295.08 pm

b = 295.08 pm

c = 468.55 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

莫氏硬度：6

声音在其中的传播速率：（m/S）5090

颜色和状态：银灰色金属

原子半径：2

常见化合价：+2,+3,+4

发现人：格雷戈尔 发现年代：1791年

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。

物理性质钛具有金属光泽，有延展性。密度为4.5克/立方厘米。熔点1660±10℃。沸点3287℃。化合价+2、+3和+4。电离能为6.82电子伏特。钛的主要特点是密度小，机械强度大，容易加工。钛的塑性主要依赖于纯度。钛越纯，塑性越大。有良好的抗腐蚀性能，不受大气和海水的影响。在常温下，不会被7%以下盐酸、5%以下硫酸、硝酸、王水或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。

钛是钢与合金中重要的合金元素，钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20℃），高于铝而低于铁、铜、镍。但比强度位于金属之首。8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9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%，但收缩强度低（即收缩时产生的力度）。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）可大大提高钛的强度，显著降低其塑性。钛作为结构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达到的。

化学性质化学反应钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。各种元素，按其与钛发生不同反应可分为四类：

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、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。与化合物HF和氟化物氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4，反应式为

Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡

不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜，可防止HF浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强溶剂。即使是浓度为1%的氢氟酸，也能与钛发生激烈反应：

2Ti+6HF=2TiF3+3H2

无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应，仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。 HCl和氯化物氯化氢气体能腐蚀金属钛，干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成TiCl4：

Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75千卡

浓度