钛的化学性质和物理性质

/触碰 2024-05-25 18:22:45

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物理性质　　钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20℃），高于铝而低于铁、铜、镍。但比强度位于金属之首。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。钛的导热性和导电性能较差，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%，断面收缩率可达70-80%，但强度低，不宜作结构材料。钛中杂质的存在，对其机械性能影响极大，特别是间隙杂质（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。

化学性质　　钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。各种元素，按其与钛发生不同反应可分为四类：
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：惰性气体、碱金属、碱土金属、**元素（除钪外），锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。与化合物hf和氟化物**气体在加热时与钛发生反应生成tif4，反应式为⑴；不含水的**液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜，可防止hf浸入钛的内部。**是钛的最强溶剂。即使是浓度为1%的**，也能与钛发生激烈反应，见式⑵；无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应，仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。　ti+4hf=tif4+2h2+135.0千卡⑴2ti+6hf=2tif3+3h2 ⑵ hcl和氯化物**气体能腐蚀金属钛，干燥的**在>300℃时与钛反应生成ticl4，见式⑶；浓度<5%的**在室温下不与钛反应，20%的**在常温下与钛发生瓜在生成紫色的ticl3，见式⑷；当温度长高时，即使稀**也会腐蚀钛。各种无水的氯化物，如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和nh4离子及其水溶液，都不与钛发生反应，钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。　ti+4hcl=ticl4+2h2+94.75千卡⑶2ti+6hcl=ticl3+3h2⑷ 硫酸和**钛与5%的硫酸有明显的反应，在常温下，约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于40%，达到60%时腐蚀速度反而变慢，80%又达到最快。加热的稀酸或50%的**可与钛反应生成硫酸钛，见式⑸、⑹，加热的**可被钛还原，生成so2，见式⑺。常温下钛与**反应，在其表面生成一层保护膜，可阻止**与钛的进一步反应。但在高温下，**与钛反应析出氢，见式⑻，粉末钛在600℃开始与**反应生成钛的硫化物，在900℃时反应产物主要为t**，1200℃时为ti2s3。　ti+h2so4=t**o4+h2⑸ 2ti+3h2so4=ti2(so4)3+3h2⑹ 2ti+6h2so4=ti2(so4)3+3so2+6h2o+202千卡⑺ti+h2s=t**+h2+70千卡⑻**和王水致密的表面光滑的钛对**具有很好的稳定性，这是由于**能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜，但是表面粗糙，特别是海绵钛或粉末钛，可与次、热稀**发生反应，见式⑼、⑽，高于70℃的浓**也可与钛发生反应，见式⑾；常温下，钛不与王水反应。温度高时，钛可与王水反应生成ticl2。　3ti+4hno3+4h2o=3h4tio4+4no ⑼3ti+4hno3+h2o=3h2tio3+4no ⑽ ti+8hno3=ti(no3)4+4no2+4h2o ⑾ 综上所述，钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的，但是，粉末钛在空气中可引起自燃。钛中杂质的存在，显著的影响钛的物理、化学性能、机械性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙杂质，它们可以使钛晶格发生畸变，而影响钛的的各种性能。常温下钛的化学活性很小，能与**等少数几种物质发生反应，但温度增加时钛的活性迅速增加，特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应。钛的冶炼过程一般都在800℃以上的高温下进行，因此必须在真空中或在惰性气氛保护下操作。金属钛的物理性质金属钛（ti），灰色金属。原子序数为22，相对原子质量47.87。核外电子在亚层中的排布情况为1s2 2s2 2p6 3s2 **6 3d2 4s2。金属活动性在镁、铝之间，常温下并不稳定，因此在自然界中只以化合态存在，常见的钛的化合物有钛铁矿（fetio3）、金红石（tio2）等。钛在地壳中含量较高，排行第九，达5600ppm，换算成百分比为0.56%。纯钛密度为4.54×103kg/m3，摩尔体积为10.54cm3/mol，硬度较差，莫氏硬度只有4左右，因此延展性好。钛的热稳定性很好，熔点为1660±10℃，沸点为3287℃。金属钛的化学性质　金属钛在高温环境中的还原能力极强，能与氧、碳、氮以及其他许多元素化合，还能从部分金属氧化物（比如氧化铝）中夺取氧。常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜，这层氧化膜常温下不与绝大多数强酸、强碱反应，包括酸中之王——王水。它只与**、热的浓**、**反应，因此钛体现了抗腐蚀性。 20210311

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