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從鈦到二氧化鈦:神奇的鈦金屬


沈陽鈦的發現:1791年,英國的格雷戈爾(Gregor.W1762~1817)在剖析一種黑色礦石(這種礦石后來稱為沈陽鈦鐵礦)時發現了一種新的元素。1795年德國克拉普魯斯剖析金紅石時,也發現了這種元素。他依據希臘神話中Titans一詞(巨人族12個子女的統稱),把這種元素命名為Titanium(沈陽鈦)。直到1910年才由美國化學家亨特制得少數純凈的沈陽鈦,純度達99.9%,到1948年才開始完成了沈陽鈦的工業化生產。

沈陽鈦的存在:沈陽鈦(Ti)在地殼中的質量百分含量為0.45%,僅次于氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、氫而居第10位。然而它的存在極為渙散,首要的礦物有金紅石和沈陽鈦鐵礦,其次是組成復雜的釩沈陽鈦鐵礦,它首要含有沈陽鈦鐵礦和磁鐵礦兩種礦物。我國四川省攀枝花區域有極豐厚的釩沈陽鈦鐵礦,儲量約為15億噸。

沈陽鈦的性質和用處

純凈的沈陽鈦是銀白色金屬,機械強度和鋼鐵差不多,而比重卻只有鋼鐵的一半;本領1668°C的高溫,比“不怕火煉”的“真金”熔點還高600°C左右;在常溫下,沈陽鈦與水、稀鹽酸、稀硫酸、硝酸、海水都不效果,有良好的抗腐蝕性。沈陽鈦特別對海水有極強的耐腐蝕能力,若把它沉入海底幾年,撈上來固不自封。

因為沈陽鈦比重小、強度大、耐高溫,它適用于制造超音速飛機、火箭和導彈;又因為沈陽鈦具有極強的耐腐蝕性,被應用于造船業;在醫學上,因沈陽鈦“親生物”金屬,可用它做成螺釘,固定動物或人的斷骨,幾個月后就會重新生肉長骨。

沈陽鈦在地球上的含量僅次于鋁、鐵、鈣、鈉、鉀和鎂,居于金屬中的第七位。美中不足的是,目前還難提煉,假如能處理提煉問題,沈陽鈦將有期望成為“未來的鋼鐵”。

沈陽鈦的重要化合物及其用處

1、二氧化沈陽鈦(TiO?)

白色粉末,天然的金紅石(TiO?)因含雜質而呈暗紅色、深棕色甚至成黑色,工業上常稱為沈陽鈦白或沈陽鈦白粉。因為沈陽鈦白在一般情況下不與許多其它的物質產生反響,而遮蓋力極強,無毒,因而它是一種極為優秀的白色顏料,其覆蓋性優于鉛白,耐久性勝過鋅白(ZnO)。能夠制高檔白色油漆;在美容上作增白劑;在造紙上作填充劑;在人造纖維中作消光劑;它還可用于硬質的沈陽鈦合金、耐熱玻璃、防透紫外線玻璃、在陶瓷中參加TiO?可增強耐酸性;在許多化學反響中作催化劑等等。

2、四氯化沈陽鈦(TiCl4)

四氯化沈陽鈦是一種無色液體,密度為1.726g/cm3(20℃時),熔點為250K,沸點為409K。它有 ** 性氣味,在水中或潮濕空氣中都極易水解。故四氯化沈陽鈦暴露在空氣中會發煙。一般以金紅石、沈陽鈦鐵礦為質料制得,是制沈陽鈦的一種重要中心產物。

TiCl4在高分子合成中可作催化劑,西德人齊格勒于1953年創造用TiCl4和(C2H5)3Al作催化劑在常壓下成功地用于乙烯的定向聚合,然后稱為齊格勒催化劑。1954年,意大利人納塔改進了齊格勒的創造,改用TiCl4和(C2H5)3Al為催化劑(稱齊格勒—納塔催化劑),成功地應用于丙烯、苯乙烯的定向聚合[i]。二人的創造性研究成果開拓了高分子科學和工藝的簇新范疇,因而共享1963年諾貝爾化學獎。

3、三氯化沈陽鈦(TiCl3)

紫色粉末狀,由2TiCl4+H?=2TiCl3+2HCl制得。使用Ti3+的還原性可測定沈陽鈦的含量。在有機化學中能夠測定硝基化合物[ii]的含量。

參考文獻:

[1]許國棟, 王桂生. 沈陽鈦金屬和沈陽鈦工業的發展[J]. 稀有金屬, 2009, 33(6):903-912.

[2]王翔. 沈陽鈦及其化合物的性質用處初探,2001. 06,0022-02

注釋:

i 定向聚合又稱立體有擇聚合、立體挑選聚合,立體對稱聚合或有規立構聚合,單體形成立體規整性聚合物的聚合過程

ii 硝基化合物有毒,其蒸氣能透過皮膚被機體吸收使人中毒

 

 

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