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从钛到二氧化钛:神奇的钛金属


沈阳钛的发现:1791年,英国的格雷戈尔(Gregor.W1762~1817)在剖析一种黑色矿石(这种矿石后来称为沈阳钛铁矿)时发现了一种新的元素。1795年德国克拉普鲁斯剖析金红石时,也发现了这种元素。他依据希腊神话中Titans一词(巨人族12个子女的统称),把这种元素命名为Titanium(沈阳钛)。直到1910年才由美国化学家亨特制得少数纯净的沈阳钛,纯度达99.9%,到1948年才开始完成了沈阳钛的工业化生产。

沈阳钛的存在:沈阳钛(Ti)在地壳中的质量百分含量为0.45%,仅次于氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢而居第10位。然而它的存在极为涣散,首要的矿物有金红石和沈阳钛铁矿,其次是组成复杂的钒沈阳钛铁矿,它首要含有沈阳钛铁矿和磁铁矿两种矿物。我国四川省攀枝花区域有极丰厚的钒沈阳钛铁矿,储量约为15亿吨。

沈阳钛的性质和用处

纯净的沈阳钛是银白色金属,机械强度和钢铁差不多,而比重却只有钢铁的一半;本领1668°C的高温,比“不怕火炼”的“真金”熔点还高600°C左右;在常温下,沈阳钛与水、稀盐酸、稀硫酸、硝酸、海水都不效果,有良好的抗腐蚀性。沈阳钛特别对海水有极强的耐腐蚀能力,若把它沉入海底几年,捞上来固不自封。

因为沈阳钛比重小、强度大、耐高温,它适用于制造超音速飞机、火箭和导弹;又因为沈阳钛具有极强的耐腐蚀性,被应用于造船业;在医学上,因沈阳钛“亲生物”金属,可用它做成螺钉,固定动物或人的断骨,几个月后就会重新生肉长骨。

沈阳钛在地球上的含量仅次于铝、铁、钙、钠、钾和镁,居于金属中的第七位。美中不足的是,目前还难提炼,假如能处理提炼问题,沈阳钛将有期望成为“未来的钢铁”。

沈阳钛的重要化合物及其用处

1、二氧化沈阳钛(TiO₂)

白色粉末,天然的金红石(TiO₂)因含杂质而呈暗红色、深棕色甚至成黑色,工业上常称为沈阳钛白或沈阳钛白粉。因为沈阳钛白在一般情况下不与许多其它的物质产生反响,而遮盖力极强,无毒,因而它是一种极为优秀的白色颜料,其覆盖性优于铅白,耐久性胜过锌白(ZnO)。能够制高档白色油漆;在美容上作增白剂;在造纸上作填充剂;在人造纤维中作消光剂;它还可用于硬质的沈阳钛合金、耐热玻璃、防透紫外线玻璃、在陶瓷中参加TiO₂可增强耐酸性;在许多化学反响中作催化剂等等。

2、四氯化沈阳钛(TiCl4)

四氯化沈阳钛是一种无色液体,密度为1.726g/cm³(20℃时),熔点为250K,沸点为409K。它有 ** 性气味,在水中或潮湿空气中都极易水解。故四氯化沈阳钛暴露在空气中会发烟。一般以金红石、沈阳钛铁矿为质料制得,是制沈阳钛的一种重要中心产物。

TiCl4在高分子合成中可作催化剂,西德人齐格勒于1953年创造用TiCl4和(C2H5)3Al作催化剂在常压下成功地用于乙烯的定向聚合,然后称为齐格勒催化剂。1954年,意大利人纳塔改进了齐格勒的创造,改用TiCl4和(C2H5)3Al为催化剂(称齐格勒—纳塔催化剂),成功地应用于丙烯、苯乙烯的定向聚合[i]。二人的创造性研究成果开拓了高分子科学和工艺的簇新范畴,因而共享1963年诺贝尔化学奖。

3、三氯化沈阳钛(TiCl3)

紫色粉末状,由2TiCl4+H₂=2TiCl3+2HCl制得。使用Ti3+的还原性可测定沈阳钛的含量。在有机化学中能够测定硝基化合物[ii]的含量。

参考文献:

[1]许国栋, 王桂生. 沈阳钛金属和沈阳钛工业的发展[J]. 稀有金属, 2009, 33(6):903-912.

[2]王翔. 沈阳钛及其化合物的性质用处初探,2001. 06,0022-02

注释:

i 定向聚合又称立体有择聚合、立体挑选聚合,立体对称聚合或有规立构聚合,单体形成立体规整性聚合物的聚合过程

ii 硝基化合物有毒,其蒸气能透过皮肤被机体吸收使人中毒

 

 

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