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钛的性质 |
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| 原子结构 钛坐落元素周期表中ⅣB族，原子序数为22，原子核由22个质子和20－32个中子组成，核外电子结构排列为1S22S22P63S23D24S2。原子核半径5×10－13厘米。 物理性质 钛的密度为4.506－4.516克/立方厘米（20℃），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。钛的导热性和导电功能较差，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%，断面缩短率可达70－80%，但强度低，不宜作结构材料。钛中杂质的存在，对其机械功能影响极大，特别是空隙杂质（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显着下降其塑性。钛作为结构材料所具有的杰出机械功能，就是经过严格控制其间恰当的杂质含量和添加合金元素而到达的。 化学性质 钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发作反响。各种元素，按其与钛发作不同反响可分为四类： 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：慵懒气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外），锕、钍等不与钛发作反响或 基本上不发作反响。 与化合物的反响： HF和氟化物 氟化体在加热时与钛发作反响生成TiF4， 反响式为（1）；不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层细密的四氟化钛膜，可防止HF浸入钛的内部。是钛的最强熔剂。即便是浓度为1%的，也能与钛发作剧烈反响，见式（2）；无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发作反响，仅在高温下熔融的氟化物与钛发作显着反响。 Ti＋4HF＝TiF4＋2H2＋135.0千卡 （1） 2Ti＋6HF＝2TiF4＋3H2 （2） HCl和氯化物 氯化体能腐蚀金属钛，枯燥的氯化氢在>300℃时与钛反响生成TiCl4，见 式(3)；浓度＜5%的 在室温下不与钛反响，20%的在常温下与钛发作瓜在生成紫色的TiCl3，见式(4);当温度长高时，即便稀也会腐蚀钛。各种无水的氯化物，如镁、锰、铁、镍、铜、锌、、锡、钙、钠、和NH4离子及其水溶液，都不与钛发作反响，钛在这些氯化物中具有很好的安稳性。 Ti＋4HCl＝TiCl4＋2H2＋94.75千卡 (3) 2Ti＋6HCl＝TiCl3＋3H2 (4) 硫酸和 钛与＜5%的稀硫酸反响后在钛表面上生成维护性氧化膜，可维护钛不被稀酸 持续腐蚀。但>5%的硫酸与钛有显着的反响，在常温下，约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于40%，到达60%时腐蚀速度反而变慢，80%又到达最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反响生成硫酸钛，见式（5），（6），加热的浓硫酸可被钛复原，生成SO2，见式（7）。常温下钛与反响，在其表面生成一层维护膜，可阻挠与钛的进一步反响。但在高温下，与钛反响分出氢，见式（8），粉末钛在600℃开端与反响生成钛的硫化物，在900℃时反响产品主要为TiS，1200℃时为Ti2S3。 Ti＋H2SO4＝TiSO4＋H2 (5) 2Ti＋3H2SO4＝Ti2(SO4)3＋H2 (6) 2Ti＋6H2SO4＝Ti2(SO4)3＋3SO2＋6H2O＋202千卡 (7) Ti＋H2S＝TiS＋H2＋70千卡 (8) 硝酸和 细密的表面润滑的钛对硝酸具有很好的安稳性，这是因为硝酸能快速在钛表面生成一层结实的氧化膜，可是表面粗糙，特别是海绵钛或粉末钛，可与次、热稀硝酸发作反响，见式（9）、（10），高于70℃的浓硝酸也可与钛发作反响，见式（11）；常温下，钛不与反响。温度高时，钛可与反响生成TiCl2。 3Ti＋4HNO3＋4H2O＝3H4TiO4＋4NO (9) 3Ti＋4HNO3＋H2O＝3H2TiO3＋4NO (10) Ti＋8HNO3＝Ti(NO3)4＋4NO2＋4H2O (11) 综上所述，钛的性质与温度及其存在形状、纯度有着极端亲近的联系。细密的金属钛在自然界中是适当安稳的，可是，粉末钛在空气中可引起自燃。钛中杂质的存在，显着的影响钛的物理、化学功能、机械功能和耐腐蚀功能。特别是一些空隙杂质，它们可以使钛晶格发作畸变，而影响钛的的各种功能。常温下钛的化学活性很小，能与等少量几种物质发作反响，但温度添加时钛的活性敏捷添加，特别是在高温下钛可与许多物质发作剧烈反响。钛的冶炼进程一般都在800℃以上的高温下进行，因而必须在真空中或在慵懒气氛维护下操作。 |
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