是一種化學元素,化學符號Ti,原子序數22,是一種銀白色的過渡金屬,其特徵為重量輕、強度高、具金屬光澤,亦有良好的抗腐蝕能力。由於其良好的耐高溫,耐低溫,抗強酸,抗強鹼,以及高強度,低密度,穩定的化學性質,被美譽為「太空金屬」。鈦能與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素熔成合金,造出高強度的輕合金,在各方面有著廣泛的應用,包括太空(噴氣發動機、導彈及太空飛行器)、軍事、工業程序(化工與石油製品、海水淡化及造紙)、汽車、農產食品、醫學(義肢、骨科移植及牙科器械與填充物)、運動用品、珠寶及手機等等。鈦於1791年由英國的威廉·格里戈爾(William Gregor)所發現,並由克拉普羅特(Martin Heinrich Klaproth)用希臘神話的泰坦為其命名。



鈦的礦石主要有鈦鐵礦及金紅石,廣佈於地殼及岩石圈之中。鈦亦同時存在於幾乎所有生物、岩石、水體及土壤中。從主要礦石中萃取出鈦需要用到克羅爾法或亨特法。鈦最常見的化合物,二氧化鈦可用於製造白色顏料。其他化合物還包括四氯化鈦(TiCl4)(作催化劑及用於製造煙幕或空中文字)及三氯化鈦(TiCl3)(用於催化聚丙烯的生產)。

鈦最有用的兩個特性是,抗腐蝕性,及金屬中最高的強度-重量比。在非合金的狀態下,鈦的強度跟某些鋼相若,但卻還要輕45%。有兩種同素異形體和五種天然的同位素,由46Ti到50Ti,其中豐度最高的是48Ti(73.8%)。鈦的化學性質及物理性質和鋯相似。

物理性質

在金屬元素中,鈦的強度-重量比之高是公認的。它是一種高強度但低質量的金屬,而且具有相當好的延展性(尤其是在無氧的環境下)。。表面呈銀白色金屬光澤。它的熔點相對地高(超過攝氏1,649度),所以是良好的耐火金屬材料。

商業等級的鈦(純度為99.2%)具有約為434兆帕斯卡的極限抗拉強度,與低等級的鋼合金相若,但比鋼合金要輕45%。鈦的密度比鋁高60%,但強度是鋁的雙倍。鈦可被用於各種用途。某些鈦合金(例如βC)的抗拉強度達1,400帕斯卡。然而,當鈦被加熱至攝氏430度以上時,強度會減弱。

它具有相當的硬度,儘管比不上高等級的熱處理鋼。它不具磁性,同時是不良的導熱及導電體。用機械處理時需要注意,因為如不採用鋒利的器具及適當的冷卻手法,鈦會軟化,並留有壓痕。像鋼結構體一樣,鈦結構體也有疲勞極限,因此在某些應用上可保證持久耐用。

鈦是一種雙型的同素異形體,在攝氏882度時,就會從六邊形的α型轉變成體心立方(晶格)的β型。在到達臨界溫度前,α型的比熱會隨著升溫而暴增,但到達後會下降,然後在β型下不論溫度地保持基本恆定。跟鋯和鉿類似,鈦還存在一種ω態,在高壓時熱力學穩定,但也可能在常壓下以介穩態存在。此態一般是六邊形(理想)或三角形(扭曲),在軟性縱波聲頻光子導致β型(111)原子平面倒塌時能被觀測到。

化學性質

鈦的特性中,最為人稱道的就是它優良的抗腐蝕能力——它的抗蝕性幾乎跟鉑一樣好,可以抵抗酸及水中的潮濕氯氣,但仍可被濃酸溶解。

雖然以下的電位-pH圖指出鈦在熱力學上是一種活性很高的金屬,但是它與水及空氣的反應是非常緩慢的。


在純水、高氯酸或氫氧化鈉中的鈦電位-pH圖。

鈦在曝露在高溫空氣中時,會生成一層鈍氧化物保護膜(因此抗腐蝕能力會增強),但在空溫時仍不會失去光澤。在最初形成時,保護層只有一至二奈米厚,但會緩慢地持續增厚;四年間可達25奈米厚。

當鈦在空氣中被加熱至攝氏1200度時會燃燒起來,而在純氧中最低只需攝氏610度,燃燒過程中會生成二氧化鈦。因此不能在空氣中熔掉鈦,因為在到達熔點前鈦會先燃燒起來,所以只能在惰性氣體或真空中熔化鈦。鈦也是少數會在純氮氣中燃燒的元素(於攝氏800度時燃燒起來,生成氮化鈦,並導致脆化)。鈦不受稀硫酸、稀鹽酸、氯氣、氯溶液及大部份有機酸的腐蝕。它具有順磁性(會微弱地被磁鐵吸引),及相當低的導電性和導熱性。

實驗指出,天然鈦在受到氘核轟擊後會具有放射性,主要釋放出正電子及硬性γ射線。當赤熱時鈦會與氧氣結合,到攝氏500度時會與氯氣結合。鈦亦會與其他鹵素結合,及吸收氫氣。



資料來源: wiki

 

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