物理性質(zhì)
鈦具有金屬光澤，有延展性。聲音在其中的傳播速率為5090 m/s。鈦的主要特點(diǎn)是密度小、機(jī)械強(qiáng)度大、容易加工。
新型鈦合金耐熱性能好，可在600℃或更高的溫度下長(zhǎng)期使用。
鈦合金的耐低溫性能好，鈦合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn），TC4（Ti-6Al-4V）和Ti-2.5Zr-1.5Mo等為代表的低溫鈦合金，其強(qiáng)度隨溫度的降低而提高，但塑性變化卻不大。在-196-253℃低溫下保持較好的延性及韌性，避免了金屬冷脆性，是低溫容器，貯箱等設(shè)備的理想材料。
金屬鈦的抗阻尼性能強(qiáng)，受到機(jī)械振動(dòng)、電振動(dòng)后，與鋼、銅金屬相比，其自身振動(dòng)衰減時(shí)間最長(zhǎng)。利用鈦的這一性能可作音叉、醫(yī)學(xué)上的超聲粉碎機(jī)振動(dòng)元件和高級(jí)音響揚(yáng)聲器的振動(dòng)薄膜等。
鈦是鋼與合金中重要的合金元素，但比強(qiáng)度位于金屬之首。熔點(diǎn)1668℃，熔化潛熱3.7-5.0千卡/克原子，沸點(diǎn)3260±20℃，汽化潛熱102.5-112.5千卡/克原子，臨界溫度4350℃，臨界壓力1130大氣壓。鈦的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性能較差，近似或略低于不銹鋼，鈦具有超導(dǎo)性，純鈦的超導(dǎo)臨界溫度為 0.38-0.4K。在25℃時(shí)，鈦的熱容為0.126卡/克原子·度，熱焓1149卡/克原子，熵為7.33卡/克原子·度。
鈦具有可塑性，高純鈦的延伸率可達(dá)50-60%，斷面收縮率可達(dá)70-80%，但收縮強(qiáng)度低（即收縮時(shí)產(chǎn)生的力度）。鈦中雜質(zhì)的存在，對(duì)其機(jī)械性能影響極大，特別是間隙雜質(zhì)（氧、氮、碳）可大大提高鈦的強(qiáng)度，顯著降低其塑性。鈦?zhàn)鳛榻Y(jié)構(gòu)材料所具有的良好機(jī)械性能，就是通過(guò)嚴(yán)格控制其中適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)含量和添加合金元素而達(dá)到的。
純鈦是無(wú)磁性金屬，在很大的磁場(chǎng)中也難以被磁化，無(wú)毒且與人體組織及血液有好的相溶性，所以被醫(yī)療界采用。鈦合金是順磁性物質(zhì)，導(dǎo)磁率為1.00004。
鈦的抗拉強(qiáng)度與其屈服強(qiáng)度接近說(shuō)明了其屈強(qiáng)比（抗拉強(qiáng)度/屈服強(qiáng)度）高，表示了金屬鈦材料在成形時(shí)塑性變形差。由于鈦的屈服極限與彈性模量的比值大，使鈦成型時(shí)的回彈能力大。
金屬鈦的導(dǎo)熱系數(shù)雖然比碳鋼和銅低，但由于鈦優(yōu)異的耐腐蝕性能，所以壁厚可以大大減薄，而且表面與蒸汽的換熱方式為滴狀冷凝，減少了熱組，鈦表面不結(jié)垢也可減少熱阻，使鈦的換熱性能顯著提高。
鈦的彈性模量在常溫時(shí)為106.4GPa，為鋼的57%。
下面是鈦的電離能數(shù)據(jù)（單位：kJ /mol）
M - M+ 658
M+ - M2+ 1310
M2+ - M3+ 2652
M3+ - M4+ 4175
M4+ - M5+ 9573
M5+ - M6+ 11516
M6+ - M7+ 13590
M7+ - M8+ 16260
M8+ - M9+ 18640
M9+ - M10+ 20830
晶胞參數(shù)：
a = 295.08 pm
b = 295.08 pm
c = 468.55 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°
化學(xué)性質(zhì)
化學(xué)反應(yīng)
鈦是一種化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷慕饘伲埸c(diǎn)高達(dá)1668℃。鈦在較高的溫度下，還可與許多元素和化合物發(fā)生反應(yīng)。按其與鈦發(fā)生不同反應(yīng)可分為以下四類：
第一類：鹵素和氧族元素與鈦生成共價(jià)鍵與離子鍵化合物；
第二類：過(guò)渡元素、氫、鈹、硼族、碳族和氮族元素與鈦生成金屬間化物和有限固溶體；
第三類：鋯、鉿、釩族、鉻族、鈧元素與鈦生成無(wú)限固溶體；
第四類：惰性氣體、堿金屬、堿土金屬、稀土元素（除鈧外），錒、釷等不與鈦發(fā)生反應(yīng)或基本上不發(fā)生反應(yīng)。與化合物HF和氟化物氟化氫氣體在加熱時(shí)與鈦發(fā)生反應(yīng)生成TiF4，反應(yīng)式為
Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡
鈦有良好的抗腐蝕性能，不受大氣和海水的影響。 [11] 在常溫下，不會(huì)被7%以下鹽酸、5%以下硫酸、硝酸、王水或稀堿溶液所腐蝕；只有氫氟酸、濃鹽酸、濃硫酸等才可對(duì)它作用。不含水的氟化氫液體只可在鈦表面上生成一層致密的四氟化鈦膜，可防止HF浸入鈦的內(nèi)部。氫氟酸是鈦的最強(qiáng)溶劑。即使是濃度為1%的氫氟酸，也能與鈦發(fā)生激烈反應(yīng)：
2Ti+6HF=2TiF3+3H2
無(wú)水的氟化物及其水溶液在低溫下不與鈦發(fā)生反應(yīng)，僅在高溫下熔融的氟化物與鈦發(fā)生顯著反應(yīng)。 HCl和氯化物氯化氫氣體能腐蝕金屬鈦，干燥的氯化氫在>300℃時(shí)與鈦反應(yīng)生成TiCl4：
Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75千卡
濃度<5%的鹽酸在室溫下不與鈦反應(yīng)，20%的鹽酸在常溫下與鈦發(fā)生反應(yīng)生成紫色的TiCl3：
2Ti+6HCl=2TiCl3+3H2
當(dāng)溫度長(zhǎng)高時(shí)，即使稀鹽酸也會(huì)腐蝕鈦。各種無(wú)水的氯化物，如鎂、錳、鐵、鎳、銅、鋅、汞、錫、鈣、鈉、鋇和NH4+離子及其水溶液，都不與鈦發(fā)生反應(yīng)，鈦在這些氯化物中具有很好的穩(wěn)定性。硫酸和硫化氫鈦與5%的硫酸有明顯的反應(yīng)，在常溫下，約40%的硫酸對(duì)鈦的腐蝕速度最快，當(dāng)濃度大于40%，達(dá)到60%時(shí)腐蝕速度反而變慢，80%又達(dá)到最快。加熱的稀酸或50%的濃硫酸可與鈦反應(yīng)生成硫酸鈦：
Ti+H2SO4=TiSO4+H2
2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+3H2
加熱的濃硫酸可被鈦還原，生成SO2：
2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202千卡
常溫下鈦與硫化氫反應(yīng)，在其表面生成一層保護(hù)膜，可阻止硫化氫與鈦的進(jìn)一步反應(yīng)。但在高溫下，硫化氫與鈦反應(yīng)析出氫：
Ti+H2S=TiS+H2+70千卡
粉末鈦在600℃開(kāi)始與硫化氫反應(yīng)生成鈦的硫化物，在900℃時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物主要為T(mén)iS，1200℃時(shí)為T(mén)i2S3。硝酸和王水 致密的表面光滑的鈦對(duì)硝酸具有很好的穩(wěn)定性，這是由于硝酸能快速在鈦表面生成一層牢固的氧化膜，但是表面粗糙，特別是海綿鈦或粉末鈦，可與次、熱稀硝酸發(fā)生反應(yīng)：
3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO
3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO
高于70℃的濃硝酸也可與鈦發(fā)生反應(yīng)：
Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O
常溫下，鈦不與王水反應(yīng)。溫度高時(shí)，鈦可與王水反應(yīng)生成TiCl2。
綜上所述，鈦的性質(zhì)與溫度及其存在形態(tài)、純度有著極其密切的關(guān)系。致密的金屬鈦在自然界中是相當(dāng)穩(wěn)定的，但是，粉末鈦在空氣中可引起自燃。鈦中雜質(zhì)的存在，顯著的影響鈦的物理、化學(xué)性能、機(jī)械性能和耐腐蝕性能。特別是一些間隙雜質(zhì)，它們可以使鈦晶格發(fā)生畸變，而影響鈦的的各種性能。常溫下鈦的化學(xué)活性很小，能與氫氟酸等少數(shù)幾種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但溫度增加時(shí)鈦的活性迅速增加，特別是在高溫下鈦可與許多物質(zhì)發(fā)生劇烈反應(yīng)。鈦的冶煉過(guò)程一般都在800℃以上的高溫下進(jìn)行，因此必須在真空中或在惰性氣氛保護(hù)下操作。金屬鈦在高溫環(huán)境中的還原能力極強(qiáng)，能與氧、碳、氮以及其他許多元素化合，還能從部分金屬氧化物（比如氧化鋁）中奪取氧。常溫下鈦與氧氣化合生成一層極薄致密的氧化膜，這層氧化膜常溫下不與硝酸，稀硫酸，稀鹽酸反應(yīng)，以及酸中之王——王水。它與氫氟酸、濃鹽酸、濃硫酸反應(yīng)。
在電化學(xué)中，鈦是單向閥型金屬，電位很負(fù)，通常無(wú)法用鈦?zhàn)鳛殛?yáng)極進(jìn)行分解。
人們利用鈦在高溫下化合能力極強(qiáng)的特點(diǎn)，在煉鋼的時(shí)候，氮很容易溶解在鋼水里， 當(dāng)鋼錠冷卻的時(shí)候，鋼錠中就形成氣泡，影響鋼的質(zhì)量。所以煉鋼工人往鋼水里加進(jìn)金屬鈦，使它與氮化合，變成爐渣——氮化鈦，浮在鋼水表面，這樣鋼錠就比較純凈了。
當(dāng)超音速飛機(jī)飛行時(shí)，它的機(jī)翼的溫度可以達(dá)到500℃。如用比較耐熱的鋁合金制造機(jī)翼，一到二三百度也會(huì)吃不消，必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來(lái)代替鋁合金而鈦恰好能夠滿足這些要求。鈦還能經(jīng)得住零下一百多度的考驗(yàn)，在這種低溫下，鈦仍舊有很好的韌性而不發(fā)脆。
鈦吸氣主要指高溫下與碳、氫、氮、氧發(fā)生反應(yīng)。利用鈦和鋯對(duì)空氣的強(qiáng)大吸收力，可以除去空氣，造成真空。比方，利用鈦制成的真空泵，可以把空氣抽到只剩下十萬(wàn)億分之一。
鈦的最大缺點(diǎn)是難于提煉。主要是因?yàn)殁佋诟邷叵禄夏芰O強(qiáng)，可以與氧、碳、氮以及其他許多元素化合。因此，不論在冶煉或者鑄造的時(shí)候，人們都小心地防止這些元素“侵襲”鈦。在冶煉鈦的時(shí)候，空氣與水當(dāng)然是嚴(yán)格禁止接近的，甚至連冶金上常用的氧化鋁坩堝也禁止使用，因?yàn)殁仌?huì)從氧化鋁里奪取氧。人們利用鎂與四氯化鈦在惰性氣體——氦氣或氬氣中相作用，來(lái)提煉鈦。
鈦的化合物
鈦的氧化物為二氧化鈦，是鈦的最高價(jià)氧化物。天然TiO2是金紅石，純凈的TiO2是雪白的粉末，是最好的白色顏料，俗稱鈦白，冷時(shí)為白色，熱時(shí)呈淺黃色。以前，人們開(kāi)采鈦礦，主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強(qiáng)，不易起化學(xué)變化，永遠(yuǎn)是雪白的，是極好的白色涂料，它折射率高，著色里強(qiáng)，遮蓋力大，化學(xué)性能穩(wěn)定。其他白色涂料，如鋅白ZnO和鉛白2PbCO3·Pb(OH)2等，不具有鈦白的這些優(yōu)良性能。特別可貴的是鈦白無(wú)毒。它的熔點(diǎn)很高，被用來(lái)制造耐火玻璃 [7] ，釉料，琺瑯、陶土、耐高溫的實(shí)驗(yàn)器皿等。
二氧化鈦是世界上最白的東西， 1克二氧化鈦可以把 450多平方厘米的面積涂得雪白。它比常用的白顏料——鋅鋇白還要白5倍，因此是調(diào)制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，一年多到幾十萬(wàn)噸。二氧化鈦可以加在紙里，使紙變白并且不透明，效果比其他物質(zhì)大10倍，因此，鈔票紙和美術(shù)品用紙就要加二氧化鈦。此外，為了使塑料的顏色變淺，使人造絲光澤柔和，有時(shí)也要添加二氧化鈦。在橡膠工業(yè)上，二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。
鈦的氫化物是氫化鈦。氫化鈦很脆，因而可用于制造粉末鈦，它還用于焊接，二氫化鈦受熱分解，析出新生態(tài)氫和金屬鈦，后者可促進(jìn)焊接，并使焊縫強(qiáng)度增加?？捎米骶酆戏磻?yīng)之催化劑。 [12]
四氯化鈦非常有趣，它在通常狀況下為無(wú)色液體（熔點(diǎn)-25℃，沸點(diǎn)136.4℃)，有刺鼻氣味，在濕空氣中便會(huì)大冒白煙——它水解了，變成白色的二氧化鈦的水凝膠。在水中則強(qiáng)烈水解為偏鈦酸H2TiO3。在軍事上，人們便利用四氯化鈦的這股怪脾氣，作為人造煙霧劑。特別是在海洋上，水氣多，一放四氯化鈦，濃煙就象一道白色的長(zhǎng)城，擋住了敵人的視線。在農(nóng)業(yè)上，人們利用四氟化鈦來(lái)防霜。
TiCl3是紫色晶體，其水溶液可用做還原劑。Ti3+比Sn2+有更強(qiáng)的還原性 [7] 。
鈦酸鋇晶體有這樣的特性：當(dāng)它受壓力而改變形狀的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生電流，一通電又會(huì)改變形狀。于是，人們把鈦酸鋇放在超聲波中，它受壓便產(chǎn)生電流，由它所產(chǎn)生的電流的大小可以測(cè)知超聲波的強(qiáng)弱。相反，用高頻電流通過(guò)它，則可以產(chǎn)生超聲波。幾乎所有的超聲波儀器中，都要用到鈦酸鋇。除此之外，鈦酸鋇還有許多用途。例如：鐵路工人把它放在鐵軌下面，來(lái)測(cè)量火車(chē)通過(guò)時(shí)候的壓力；醫(yī)生用它制成脈搏記錄器。用鈦酸鋇做的水底探測(cè)器，是銳利的水下眼睛，它不只能夠看到魚(yú)群，而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。
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