钛
1：钛的性质及用途
  钛及钛的合金具有一系列性能特点，如具有密度小、比强度高（材料的抗拉强度与材料比重（物质密度与选作标准物质密度的比值）之比叫做比强度）、耐热性能好、耐低温的性能也好、具有优良的耐腐蚀性能、导热性能差、无磁性（可以制造舰艇，防磁性的攻击）、弹性模量低，但其化学性质非常活泼。
  钛在元素周期表中位于第四周期，IV副族，原子系数为22，原子有22个质子和20~32个中子构成，钛原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d24s2，原子失去电子的能力用电离能来衡量，钛原子的电离能如表1：
表1
失去电子的次序
名称
电离能/J
失去电子的次序
名称
电离能/J
1
4s
1.09×10-18
5
3p
16.06×10-18
2
4s
2.17×10-18
6
3p
19.51×10-18
3
3d
4.40×10-18
7
3p
22.9×10-18
4
3d
7.06×10-18
8
3p
27.8×10-18
由表可以看出，原子3d2和4s2的电离能均小于8×10-18J，所以钛原子很容易失去这四个电子，而3p轨道上的电子的电离能均大于16×10-18J，失去该轨道上的电子很难，故钛原子的价电子为3d24s2，钛氧化物的最高价态为+4价。
钛原子和离子半径如表2：
表2
原子或离子
Ti
Ti+
Timc喊麦词2+
Ti3+
Ti4+
半径r/nm
0.146
0.095
0.078
0.069
0.064
从表中可以看出，随着钛价态的升高，其离子的半径越小，极化能力越大。
1.1钛的物理性质
  金属钛存在两种同素异型态，低温时（<882.5℃）为α型，属密排六方晶系。高温稳定态为β型，属体心立方晶系。
  α—Ti的晶格参数在25℃为：a=（0.29503+0.00004）nm；c=（0.46832+0.00004）nm。
c/a=1.5873+0.00004，小于理想球形轴比1.633。故金属钛是可锻性金属，α—Ti中存在的杂志元素对钛的晶格构造有很大的影响，如少量的氧、氮会使晶格沿c轴方向增长，引起c值的增加，而a沧海一声笑许冠杰值几乎没什么变化。
  β—Ti的晶格参数在900℃为：α=（0.33065+0.00001）nm。
  α—Ti转变为β—Ti的温度为882.5℃，α—Ti转变为β—Ti时体积会增大5.5%。氧、氮、碳是α—Ti的稳定剂，在钛中存在氧、氮、碳时，会使α—Ti转变为β—Ti的转变温度升高，从而可以根据转变温度的高低来判断钛中杂志含量的高低。
  钛的晶型转化潜热为4.14kJ/mol。
  钛的熔点为1668±4℃，由于熔融的钛可以和几乎所有的耐火材料发生反应，因此测量其熔点潜热很困难，目前测量的钛的熔化潜热范围为15.46~20.9kJ/mol。熔点是液体钛的表面张力为1.588N/m，在1730℃是钛的动力黏度为8.9×10-5㎡/s
  钛的沸点为3260±20℃，气化潜热为428。5~470.3kJ/mol。
  钛的临界温度为4350℃，临界压力位113MP。
1.2钛的化学性质
  1.2.1钛与单质的反应
在较高温度下，钛可以与许多单质和化合物反应。各种元素与钛反应可以分为以下几类：
第一类：卤素与氧族元素与钛反应生成离子键和共价键化合物。
第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族、氮族与金属钛反应生成金属间化合物和有限固溶体（讲一下固溶体）。
第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛元素生成无限固溶体（讲一下有限和无限固溶体：当△r=（r1-r2）/r1<15%时，溶质和溶剂之间可以形成连续固溶体，是形成固溶体的必要条件，而不是充分条件。当△r=15%~30%时，溶质和溶剂间只能形成有限固溶体。当△r>30%时，溶质和溶剂之间很难形成固溶体或不能形成固溶体，而容易形成中间相或化合
物。若溶剂和溶质的结构相同，这也是形成固溶体的必要条件。只有满足结构相同，△r<15%时，才是形成连续固溶体的充分必要条件。）
一份爱就够了
第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外）、錒、du等不与钛发生反应或者基本上不反应。
下面简单介绍几种元素与钛的反应：
A与卤素的反应
  钛能够和所有的卤素发生反应，生成相应的卤化钛。
常温下钛就能与氟反应生，在150℃时反应已经较激烈，生成氟化钛：
      Ti+F2=TiF4
与在常温下就能反应，在300~350℃时发生激烈的反应：
      Ti+Cl2=TiCl4
在250~360℃时钛可于溴反应，生成溴化钛：
      Ti+Br2=TiBr4
在170℃时钛能与碘反应，在杨坤 无所谓 ape400℃时反应较快，生成碘化钛：
      Ti+I2=TiI4
随着温度的升高，反应速度加快，当温度高于1000℃时，生成的碘化钛发生分解生成钛和碘，因而是个可逆反应。
含水的卤素与钛的作用要比干卤素对钛的作用小。例如含水的在温度低于80℃时不与钛反应。
B与氧的反应
  钛与氧的反应取决于钛的形态和结构。粉末态在常温下的空气中，可在静电、火花、摩擦的作用下发生激烈的燃烧和爆炸。但是，致密钛在空气中是稳定的。
  致密钛在空气中受热时便发生反应，空气首先进入钛表面晶格中，与钛发生氧化反应生生一层致密的膜，阻止了样向钛的内部晶格扩散，具有保护作用，因此在500℃以下的空气中钛是稳定的。表3为纯金属钛在不同温度下的空气中加热半个小时后氧化膜的厚度：
表3
温度/℃
320~540
650
700
760
厚度/nm
极薄
0.005
0.008
0.025
合金元素钼、钨、锡能降低钛被氧化的速度，而铪则能加快钛被氧化的速度。
在空气中，在低于100℃时钛的氧化是很慢的，在500℃时也只是表面被氧化。当温度继续升高时，表面的氧化膜开始在钛中溶解，氧气开始向钛金属内部晶格扩散，当温度高于700℃时，扩散的速度加快，在高温下氧化膜失去了保护作用。在1200℃~1300℃时，钛在空气中发生激烈的反应：
Ti+O2=TiO2
在纯氧中，钛与氧气发生激烈反应的起始温度比在空气中更低，在500~600℃时钛就能在氧气中激烈的燃烧。
当氧在钛中达到饱和后，便生成钛的各种低价氧化物，如Ti3O、TiO、Ti2O3、Ti3O5、TiO2。在Ti—O固溶体中，氧以氧化物（Ti3O）进入钛的晶格中，使晶格发生畸变，使α—Ti转变为β—Ti的转变温度升高，所以说氧是α—Ti的稳定剂。
氧在α—Ti中的最大溶解度为14.5%（质量分数），在β—Ti中的溶解度为1.8%（质量分数）。
C与氮、氢的反应
  下川美娜在常温下，钛与氮几乎不反应，在高温下钛是较少的几种能在氮气中燃烧的金属之一。钛在氮气中燃烧的温度约大于800℃。熔融钛与氮气的反应十分激烈。
  钛与氮反应除了生成相应的氮化钛（Ti3N、TiN）外，还形成Ti—N固溶体。当温度在500℃~550℃时，钛开始明显地吸收氮。当温度高于600℃时，钛吸氮的速度增加。在Ti—N固溶体中，氮以氮化钛（Ti3N）的形式进入钛金属晶格中，使晶格发生畸变，提高α—Ti
转变为β—Ti的转变温度，因此氮也是α—Ti的稳定剂。
氮在α—Ti中的溶解度在1050℃为7%，在β—Ti中的溶解度在2020℃为2%，且钛吸氧的速度比吸氮的速度大，所以钛在空气中是以吸氧为主，吸氮则是次要的。
  钛与氢可以形成Ti—H固溶体，TiH、TiH2。氢能很好地溶解在钛中，1mol的钛能够吸收2mol的氢。
  钛吸收氢的速度与温度和压力有关。在常温下，氢在钛中的溶解度为0.002%。当温度达到300℃时，吸氢的速度增大。温度达到500~600℃时吸氢速度最大。此后随着温度的升高，钛吸氢量反而减少，当达到1000℃时，钛吸收的氢大部分分解。
  增大氢气的压力，可以提高吸氢的速度，增大吸氢量。在减压的时候钛会释放氢气。因此钛吸收氢气的过程是可逆的。
1.3钛的用途
  钛因其具有优良的性能，是制造飞机、火箭、导弹、宇宙飞船、核潜艇、舰艇等得优异材
料，被称为“太空金属”和“海洋金属”。钛因其具有优异的耐腐蚀性能，在化工、轻工、电力、冶金、汽车、建筑等行业有着极其广泛的应用。钛同时也在人们的日常生活中有着广泛的应用，如体育用品、眼镜架、手表壳、医疗用品。
2钛的氧化物
2.1 在钛的各种氧化物中，最重要的是二氧化钛（TiO2隐秘的角落普普），其次还有各种低价态氧化物，如TiO、Ti2O3、Ti3O5。还有高价态氧化物，如TiO3、Ti2O7。他们彼此可以形成固溶体。
2.1 二氧化钛（TiO2，俗称钛白粉）
二氧化钛颜料技术标准
粉末钛或熔融的钛在氧气中燃烧生成二氧化钛：
Ti+O2=TiO2
在温度800℃下，TiO等钛的低价氧化物也可以被氧化生成TiO2：
TiO+O2=TiO2
TiO2还可以由钛的各种化合物氧化制的：
TiCl4+O2=TiO2+Cl2
各种钛酸煅烧时也能生成TiO2：
H2TiO3=TiO2+H2O
H4TiO4=TiO2+H2O
在目前工业上，生产TiO2的方法只有两种：硫酸法和氯化法。下面介绍硫酸法钛白：
硫酸法制备TiO2的大致过程如下：
钛铁矿的酸解→固相物的浸取→浸出液加还原→沉降过滤→冷冻结晶分离→溶液的富集→水解制取偏钛酸→水洗→漂白→盐处理→偏钛酸煅烧制备二氧化钛→包膜→成品
钛白粉的应用：
  钛白粉在橡胶行业作为着剂，因为其物理化学性能稳定，颗粒小，且不含损害硫化过程中的锰、铜、镉、钴等杂质，不会损害橡胶的硫化过程，由于其消力和遮盖力高，使用少量的钛白粉既能达到最好的着效果。
钛白粉在陶瓷和搪瓷中的应用：搪瓷是在金属表面涂一层瓷釉，经过熔烧得到的制品，瓷釉具有优良的不透明性和一定的耐酸性、耐碱性、耐热性及耐磨性，对金属起到保护和美化作用。
瓷釉的原料分为：乳浊剂、耐火剂、助溶剂、密着剂、着剂、悬浮剂及电介质七种。瓷釉必须具有乳浊性能才能使瓷釉不透明，白瓷釉尤其必须具有更强的乳浊性，为此在瓷釉中必须加入乳浊剂，钛白粉是瓷釉中最强的乳浊剂。与锑涂层相比，钛白涂层是锑的一半，且抗压、抗弯、抗冲击等机械强度也随之增大。耐酸碱性也增加。
钛白粉在电焊条中的应用：电焊条是机械、化工、汽车和造船等行业的用于焊接加工的主要原料。电焊条由焊芯和药皮组成，药皮在焊接过程中起四种作用：1、形成熔渣，隔绝空气，保护熔化金属，防止空气入侵；2、脱氧脱氮，改善焊缝金属的机械性能；3、参入合金元素，通过焊接使焊缝金属合金化；4、提高电弧燃烧的稳定性，使焊接操作稳定。钛白
粉在药皮中既是很好的造渣剂、稀释剂和脱氧剂。也是极好的黏塑剂和稳弧剂。用钛白制造的电焊条可以交流和直流两用，焊接时点弧快，点弧稳定，熔渣的熔点低，粘度小，流动性好，焊接后脱渣容易，焊缝美观。