钛的全面数据介绍

钛维基百科，自由的百科全书（重定向自鈦）跳转到：导航,搜索钛的特性钪-钛-钒钛锆元素周期表总体特性名称，符号，序号钛、Ti、22系列过渡金属族，周期，元素分区4族，4，d密度、硬度4507kg/m3、6颜色和外表银色地壳含量0.41%原子属性原子量47.867原子量单位原子半径（计算值）140（176）pm共价半径136pm范德华半径无数据价电子排布［氩］3d24s2电子在每能级的排布2，8，10，2（图）氧化价（氧化物）4，3，2，1［1］（两性的）晶体结构六方密排晶格物理属性物质状态固态熔点1941K（1668°C）沸点3560K（3287°C）摩尔体积10.64X10-6m3/mol汽化热4.21kJ/mol熔化热15.45kJ/mol蒸气压0.49帕（1933K）声速4140m/s（293.15K）其他性质电负性1.54（鲍林标度）比热520J/（kg・K）电导率2.34X106/（米欧姆）热导率21.9W/（m・K）第一电离能658.8kJ/mol第二电离能1309.8kJ/mol第三电离能2652.5kJ/mol第四电离能4174.6kJ/mol第五电离能9581kJ/mol第六电离能11533kJ/mol第七电离能13590kJ/mol第八电离能16440kJ/mol第九电离能18530kJ/mol第十电离能20833kJ/mol最稳定的同位素同位素丰度半衰期衰变模式衰变能量MeV衰变产物44Ti人造63年电子捕获0.26844Sc46Ti8.0%稳定47Ti7.3%稳定48Ti73.8%稳定49Ti5.5%稳定50Ti5.4%稳定核磁共振特性47Ti49Ti核自旋-5/2-7/2灵敏度0.002090.00376在没有特别注明的情况下使用的是国际标准基准单位单位和标准气温和气压钛是一种化学元素，化学符号Ti,原子序数22,是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽，亦有良好的抗腐蚀能力。由于其良好的耐高温，耐低温，抗强酸，抗强碱，以及高强度，低密度，稳定的化学性质，被美誉为“太空金属”。钛能与铁、铝、钒或钼等其他元素熔成合金，造出高强度的轻合金，在各方面有着广泛的应用，包括航天（喷气发动机、导弹及航天器）、军事、工业程序（化工与石油制品、海水淡化及造纸）、汽车、农产食品、医学（义肢、骨科移植及牙科器械与填充物）、运动用品、珠宝及手机等等。［2］钛于1791年由英国的威廉•格里戈尔（WilliamGregor）所发现，并由克拉普罗特（MartinHeinrichKlaproth）用希腊神话的泰坦为其命名。钛的矿石主要有钛铁矿及金红石，广布于地壳及岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中。［2］从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法［3］或亨特法。钛最常见的化合物，二氧化钛可用于制造白色颜料。［4］其他化合物还包括四氯化钛（TiC14）（作催化剂及用于制造烟幕或空中文字）及三氯化钛（TiC13）（用于催化聚丙烯的生产）。［2］钛最有用的两个特性是，抗腐蚀性，及金属中最高的强度－重量比。［5］在非合金的状态下，钛的强度跟某些钢相若，但却还要轻45%。［6］有两种同素异形体［7］和五种天然的同位素，由46Ti到50Ti，其中丰度最高的是48Ti（73.8%）。⑻钛的化学性质及物理性质和锆相似。目录［隐藏］特性物理性质化学性质化合物天然含量同位素历史制备用途4.1颜料、添加剂及涂料4.2航天及航海4.3工业4.4消费品及建材4.5医学危害参考书目参考文献外部链接［编辑］特性［编辑］物理性质在金属元素中，钛的强度－重量比之高是公认的。［7］它是一种高强度但低质量的金属，而且具有相当好的延展性（尤其是在无氧的环境下）。［9］。表面呈银白色金属光泽。［10］它的熔点相对地高（超过摄氏1,649度），所以是良好的耐火金属材料。商业等级的钛（纯度为99.2%）具有约为434兆帕斯卡的极限抗拉强度，与低等级的钢合金相若，但比钢合金要轻45%。［6］钛的密度比铝高60%，但强度是铝的双倍。［6］钛可被用于各种用途。某些钛合金（例如BC）的抗拉强度达1,400帕斯卡。［11］然而，当钛被加热至摄氏430度以上时，强度会减弱。［12］它具有相当的硬度，尽管比不上高等级的热处理钢。它不具磁性，同时是不良的导热及导电体。用机械处理时需要注意，因为如不采用锋利的器具及适当的冷却手法，钛会软化，并留有压痕。像钢结构体一样，钛结构体也有疲劳极限，因此在某些应用上可保证持久耐用。［10］钛是一种双型的同素异形体，在摄氏882度时，就会从六边形的a型转变成体心立方（晶格）的B型。［12］在到达临界温度前，a型的比热会随着升温而暴增，但到达后会下降，然后在B型下不论温度地保持基本恒定。［12］跟锆和铪类似，钛还存在一种s态，在高压时热力学稳定，但也可能在常压下以介稳态存在。此态一般是六边形（理想）或三角形（扭曲），在软性纵波声频光子导致8型（111）原子平面倒塌时能被观测到。［13］[编辑]化学性质钛的特性中，最为人称道的就是它优良的抗腐蚀能力——它的抗蚀性几乎跟铂一样好，可以抵抗酸及水中的潮湿氯气，但仍可被浓酸溶解。[14]虽然以下的电位一pH图指出钛在热力学上是一种活性很高的金属，但是它与水及空气的反应是非常缓慢的。在纯水、高氯酸或氢氧化钠中的钛电位一pH图。[15]钛在曝露在高温空气中时，会生成一层钝氧化物保护膜（因此抗腐蚀能力会增强），但在空温时仍不会失去光泽。[9]在最初形成时，保护层只有一至二纳米厚，但会缓慢地持续增厚；四年间可达25纳米厚。[16]当钛在空气中被加热至摄氏1200度时会燃烧起来，而在纯氧中最低只需摄氏610度，燃烧过程中会生成二氧化钛。[7]因此不能在空气中熔掉钛，因为在到达熔点前钛会先燃烧起来所以只能在惰性气体或真空中熔化钛。钛也是少数会在纯氮气中燃烧的元素（于摄氏800度时燃烧起来，生成氮化钛，并导致脆化）。[17]钛不受稀硫酸、稀盐酸、氯气、氯溶液及大部份有机酸的腐蚀。[3]它具有顺磁性（会微弱地被磁铁吸引），及相当低的导电性和导热性。[9]实验指出，天然钛在受到氘核轰击后会具有放射性，主要释放出正电子及硬性Y射线。[3]当赤热时钛会与氧气结合，到摄氏500度时会与氯气结合。[3]钛亦会与其他卤素结合，及吸收氢气。[4][编辑]化合物带氮化钛镀膜的钻头[编辑]天然含量出产地产量（千吨）占总产量%澳大利亚1291.030.6南非850.020.1南非767.018.2挪威382.99.1乌克兰357.08.5其他国家573.113.6全世界4221.0100.0资料来源：2003年二氧化钛的产量。[18]由于四舍五入的关系，数值总和并不等于100%。自然中的钛总是与其他元素结合成化合物。它是地壳中含量第九高的元素（质量占地壳0.63%）[19]，同时也是第七高的金属。大部份的火成岩及由其演变成的沉积岩都含有钛（生物及天然水体也含有钛）。[3][9]实际上，在美国地质调查局分析过的801种火成岩中，784种含有钛。[19]钛大约占土壤的0.5至1.5%。[19]它分布很广，主要矿物为锐钛矿、板钛矿、钛铁矿、钙钛矿、金红石、榍石及大部分铁矿石。［16］这些矿物中，只有金红石和钛铁矿具有经济价值，但即使是这两种矿物，它们的高浓度矿源仍是很难找。［编辑］同位素主条目：钛的同位素天然生的钛有五种稳定的同位素：46Ti、47Ti、48Ti、49Ti及50Ti，其中最常见的是48Ti（天然丰度为73.8%）。现时已知钛共有十一种放射性同位素，其中比较稳定的有44Ti（半衰期63年）、45Ti（半衰期184.8分钟）、51Ti（半衰期5.76分钟）及52Ti（半衰期1.7分钟）。而剩下的其他放射性同位素，半衰期最长只有33秒，而大部份的半衰期更在半秒以下。［8］钛各同位素的原子重量，最轻有39.99u（40Ti），最重有57.966u（58Ti）。最常见的稳定同位素，48Ti，其主要衰变模式为电子捕获，衰变产物为元素21（钪）的同位素；而其次的衰变模式为B衰变，产物为元素23（钒）的同位素。［8］［编辑］历史1791年，英格兰矿物学家威廉•格里戈尔（ReverendWilliamGregor）在钛铁矿中辨识出这种新的元素，命名它为menachite。大约就在同时，乔瑟夫•穆勒（FranzJosephMuller）也制造出类似的物质，但却无法辨识它。一直到1795年，德国化学家克拉普罗特（MartinHeinrichKlaproth）在金红石中再度发现到这种物质，并以拉丁文命名其为Earth［即希腊神话中的泰坦（Titans）］。克拉普罗特以希腊神话的泰坦为钛命名。钛这种金属，很难从矿物中提炼出来，曾经以一比十比例黄金的稀有金属，历史上最早备制出纯钛（99.9%），一直要到1910年，美国的炼金学家亨特（MatthewA.Hunter）将四氯化钛和钠一起加热还原，提炼出来高纯度的钛，但是这时的钛还是属于实验室的阶段，1946年克罗尔（WilliamJustinKroll）利用镁将四氯化钛还原以提炼出钛后，钛金属才真正有商业用途。钛的抗拉强度=220MPa降伏强度是140MPa以碘化物精炼法制造出的钛晶棒［编辑］制备钛（精矿）处理钛金属主要分四个步骤：［20］一、把钛矿石还原成“海绵体”，一种透气的形态；二、制造铸锭，熔化海绵体（或海绵体加一种母合金）来形成铸锭；三、初部制造，把铸锭制成一般机械制品，如坯、棒、板、片、条及管；四、加工制造，把机械制品进一步加工成型。由于钛在高温时会与氧气反应的关系，所以不能用还原反应来从氧化物中提炼钛。［10］因此商业上提炼钛金属要用到克罗尔法，一种既繁复又昂贵的分批处理法。（钛的市价相对地高，是因为在提炼的过程中，需要牺牲另一种昂贵的金属——镁。［21］）在克罗尔法中，氧化物首先经过碳氯化，转化成氯化物，过程中氯气会在有碳的情况下，通过红热的金红石或钛铁矿，生成四氯化钛（TiC14）。氯化物经分馏法浓缩及提纯后，在摄氏800度的氩气中被熔镁还原成钛。［7］一种最近开发的提炼法，FFC剑桥法，［22］日后有可能完全取代克罗尔法。此法的原料是粉末状的二氧化钛（一种精炼过的金红石），而最后成品则会是钛粉末或海绵体。假如使用混合过的粉末状氧化物，那么成品则会是廉价钛合金，因为这样做比通用的多步熔化法要便宜得多。FFC剑桥法使钛不像从前那样的如此稀少和昂贵，可为航天工业及奢侈品市场提供更多的选择，同时可取代一些制品中的铝或特殊等级的钢。一般钛合金是由还原反应所造出来的。例如，铜钛合金（把加了铜的金红石还原而成）、碳钛铁合金（把钛铁矿和焦炭用电炉还原而成）和锰钛合金（金红石加锰或氧化锰）都是经还原而成的。［17］2FeTiO3+7C12+6C（900°C）—2TiCl4+2FeC13+6COTiCl4+2Mg（1100°C）—2MgCl2+Ti［编辑］用途［编辑］颜料、添加剂及涂料二氧化钛是最常用的钛化合物m［编辑］航天及航海钛与氮、碳生成的化合物是氮化钛、碳化钛。耐热本领比纯钛高一倍，用来制切削刀具。金黄色的氮化钛是一种装饰品。纯钛是制造飞机、坦克、军舰、潜艇、导弹、宇宙飞船不可缺少的金属。［编辑］工业［编辑］消费品及建材纯钛或是钛合金由于质量轻及坚硬，常被用来制成人体的骨关节替代品，或是外科用来固定骨头的骨钉，甚至近来流行的人工植牙，其植入的人造牙根皆是由钛金属所制造而成。而大家最常接触的应该就是纯钛的眼镜架，虽说是纯钛但是纯度往往因为售价的不同而有所出入。同样的，纯钛眼镜架是不会有任何保健效果，用纯钛来制造眼镜架只是为了质量轻可以减少鼻梁的负担。也有日本业者将钛材料透过特殊的液化技术溶入水中，再将纤维布质浸泡其中使其纤维吸附钛的微粒，最终制成衣服或是袜子等穿戴物，据说有放松肌肉的效果。虽然业者对外宣称此类衣物可以久洗不影响效果，但在网络有许多网友皆反应洗了效果明显变差。除了日本业者外，另一家知名的加拿大业者使用另一种叫碳化钛的钛化合物，经过其所称的CWT处理技术，制成一种叫钛博士的产品，产品项目包括项圈、腰圈、皮带、茶杯、保养品等，由于并非用浸泡的方式，所以防水且效果永不流失，目前也在网络上掀起一股使用热潮。此两家厂商(日本及加拿大)将钛材料用特殊技术处理后，据说会有保健效果，网络上有许多爱用者皆称有效，真正情况还是应以个人实际使用而认定。市面上也有许多号称是钛保健产品，但事实上却是用别种东西混充而成的伪劣品，一般消费者也无法辨认，建议以购买较有口碑的品牌产品为宜。毕尔巴鄂古根海姆美术馆的钛板护层。［编辑］医学金属钛是一种生物亲和性高的金属,其最大特点是对人体没有任何毒副作用,生物兼容性极高,稳定性也比较好，用来做首饰有比金银更轻盈的重量及特殊的钛色泽。金属钛抗疲劳目前并未得到验证，也就是不可信，因为钛的稳定性太强了，熔点(°C)为1720，沸点(°C)为3530,是不可能在常温下释放负离子之类的东西帮助人类抗疲劳。目前市面上的健康钛产品皆是钛的化合物，此类化合物都已非金属状态，这是一种特别的技术制成，与金属钛是完全不一样的东西了。健康钛目前较知名的有日本的Phiten及加拿大的钛博士(Dr.Titan)两家。［编辑］危害伤害脑神经-GS23001［编辑］参考书目Flower,HarveyM.(2000年).MaterialsScience:Amovingoxygenstory.Nature，407：305．doi:10.1038/35030266．Stwertka,Albert(1998)．GuidetotheElements(RevisedEdition)．Oxford：OxfordUniversityPress．ISBN0-19-508083-1．Winter,Mark(2006年).Chemistry:Periodictable:Titanium.WebElements.于2006年12月10日查阅．Barksdale,Jelks(1968)“Titanium”，CliffordA.Hampel(editor)编：TheEncyclopediaoftheChemicalElements.NewYork：ReinholdBookCorporation，732-738.LCCN68-29938.CRCcontributor(s2006)DavidR.Lide(editor)编：HandbookofChemistryandPhysics，87th，BocaRaton,Florida：CRCPress,Taylor&FrancisGroup．ISBN0-8493-0487-3．Emsley,John(2001)．“Titanium”，Nature'sBuildingBlocks:AnA-ZGuidetotheElements.Oxford,England,UK：OxfordUniversityPress，457-456.ISBN0198503407.Greenwood,N.N.，Earnshaw,A.(1997)．ChemistryoftheElements，2nd，Oxford：Butterworth-Heinemann．ISBN0-7506-3365-4．［编辑］参考文献人N.Anderssonetal."EmissionspectraofTiHandTiDnear938nm"J.Chem.Phys.118（2003）10543人2.02.12.2“Titanium" 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