"鈦"的介紹

鈦是一種化學元素，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