文档介绍：第 22 章(一)
钛副族和钒副族
22 - 1 钛副族
(1) 发现史
钛:1791 年英国 Cornish 教区牧师,兼业余化学家 William Gregor 最先得到钛的不纯氧化物。1795 年德国化学家 M. H. Klaproth 独立发现同样的化合物,并按希腊神话中被罚生活于地球隐秘之火中的天与地的子女─ Titans 之名,将新元素命名为钛(Titanium)。
锆:1789 年 Klaproth 从被当作宝石的锆石中分离出锆的氧化物,直到 1925 年 和 Boer 用碘化物分解法制得锆(Zirconium)。
铪:1922-1923年,在哥本哈根 Bohr 和 Hevesy 用X射线分析法证实 72 号元素存在于挪威的锆石中。此元素被命名为铪(Hafnium,哥本哈根的拉丁名称是 Hafnia)。
(2) 元素性质
①钛(Ti) 锆(Zr) 铪(Hf) 位于周期系第 IVB 族,统称钛副族,价电子层结构(n-1)d2ns2,稳定化态为 IV;
②钛主要存在于钛铁矿 FeTiO3 和金红石 TiO2 ;
③锆主要存在于锆英石 ZrSiO4 和斜锆石 ZrO2 ;
④铪通常与锆共生
22-1-1 钛副族单质
1 单质的性质
(1) 物理性质
银白色,密度 ,比钢铁的 小,比铝的 ,较轻,强度接近钢铁,兼有铝铁的优点,既轻强度又高(航天材料, 眼镜架等)。
钛
记忆性合金(镍钛合金,NT),加工成甲形状,在高温下处理数分钟至半小时,于是NT合金对甲形状产生了记忆。在室温下,对合金的形状改变,形成乙形状,以后遇到高温加热, 则自动恢复甲形状。如: 固定接头。
记忆性合金
(2) 化学性质
a. 与非金属反应:
Ti + O2 = TiO2 (红热) ;
3 Ti + 2 N2 = Ti3N4 (点燃)
Ti + 4 Cl2 = TiCl4 ( 300 oC)
所以钛是冶金中的消气剂。
钛族金属在常温下不活泼,但在高温条件下它们可以直接和大多数非金属反应:
b. 与酸反应:
不与稀酸反应。钛能与热浓盐酸或热硝酸中, 但 Zr 和 Hf 则不溶,它们的最好溶剂是氢氟酸。
2 Ti + 6 HCl = 2 TiCl3 (紫色) + 3 H2↑
Ti + 6 HNO3 = [TiO(NO3)2] + 4 NO2 ↑+ 3 H2O
Ti + 6 HF = [TiF6]2- + 2 H+ + 2 H2↑
Zr + 6 HF = [ZrF6]2- + 2 H+ + 2 H2↑
2 用途:
①钛及其合金广泛地用于制造喷气发动机、超音速飞机和潜水艇(防雷达、防磁性水雷)以及海军化工设备。
②钛与生物体组织相容性好,结合牢固,用于接骨和制造人工关节;钛具有隔热、高度稳定、质轻、坚固等特性,由纯钛制造的假牙是任何金属材料无法比拟的,所以钛又被称为“生物金属”。因此,继 Fe、Al 之后,预计 Ti 将成为应用广泛的第三金属。
钛合金