关于金属钛
在使用金属的历史过程中，经历了铜、铁、铝之后，第四种会被广泛使用的金属元素是什么？这种金属被科学家预测为钛。这是因为钛具有熔点高、硬度高、可塑性强、密度小、耐腐蚀等优点。
一.钛的发现和特性
钛是英国牧师格雷戈尔在1791年发现的。1795年，马丁和克拉普洛特在分析一种金红石时，意识到这种矿石是一种金属氧化物，并将其命名为钛。因为钛很容易与普通金属形成合金，在发现钛后的许多年里，许多人试图将它从其化合物中分离出来，但都没有成功。直到1910，美国化学家亨特才提纯出TiCl4。
钛年产量表
1910年
1947
1948
1955
1957
1962
1972
0.2吨
2吨
10吨
17000吨
两万吨
65438+百万吨
20万吨
自20世纪70年代以来，钛的年产量以15%的速度稳步增长。比如英国，10年钛材需求至少增长了800%。
钛看起来像钢，有银灰色的光翻译。钛的强度大，钛合金的抗拉强度达到180kg/mm3。钛的特点是硬度低(4.51g/cm3)，熔点高(1675℃)。高纯钛塑性好，但有杂质存在时变脆变硬。在室温下，钛不与氯气、稀硫酸、稀盐酸和硝酸反应，但能被氢氟酸、磷酸和熔融碱腐蚀。钛容易溶解在HF+HCl(H2SO4)中。钛最突出的性能是耐海水腐蚀能力强。有人把一块钛沉入海底，五年后看了一眼。很多小动物和海洋底栖生物都附着在上面，但是它一点也没有被腐蚀，还闪闪发光！
二、钛及其主要化合物的应用
钛具有性能优越、储量大的特点(约占地壳总重量的0.42%，居金属世界第七位，含钛矿物70多种，海水中含量为1ug/L，海底结核中也有大量钛)。目前，钛的用途发展迅速，已广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、航天器、船舶、军工、轻工、化工、纺织、医疗和石油化工等行业。
非常细的钛粉是火箭的好燃料；钛的耐腐蚀性比普通不锈钢强15倍，使用寿命比不锈钢长10倍以上。在胶片底片和正片的生产中，需要强酸、强碱等多种药物，严重腐蚀显影设备。显影设备里的齿轮最多只能用几个月。1980年，Xi安电影制片厂试用钛，结果设备运行一年多，齿轮一点也没腐蚀。
钛在外科手术中的应用也非常引人入胜。目前外科接骨用的是不锈钢，有个缺点就是骨头愈合后取出不锈钢片很痛苦。否则不锈钢会因生锈而对人体有害。如果改用钛“人造骨”，骨科技术将彻底改变。在头部受损的地方，使用钛板和螺钉。几个月后，骨骼会在钛板的孔和螺丝中重新生长，新的肌肉纤维会被包裹在钛板上。钛骨和真骨一样血肉相连，起到支撑和加固作用。因此，钛被誉为“生物金属”。现已应用于膝关节、肩关节、肋关节、颅骨、主动心脏瓣膜、骨固定夹等。
在炼钢工业中，少量的钛是很好的脱氧、脱氮、除硫剂。
二氧化钛是一种叫做二氧化钛的有价值的白色颜料。钛白粉既有铅白的隐藏性能，又有锌白的持久性能。它是世界上最白的物质之一。1克二氧化钛可以把450多平方厘米的面积涂成白色。尤为可贵的是，二氧化钛无毒。现在每年有几十万吨二氧化钛用作颜料。
二氧化钛因其熔点高，常被用来制作耐火玻璃、釉料、搪瓷、粘土、耐高温实验器皿等。
如何开发海水中的铀资源是个大问题。海水中含有40万吨铀。1956以来，人们发现了一种最有前途的铀吸附剂——水合二氧化钛。此后开发出一套基于二氧化钛的海洋提铀技术，每克吸附剂达到吸附1mg铀的水平。
四氯化钛在潮湿的空气中会放出大量的白烟。由于其特性，在军事上常被用作人工气雾剂。特别是在海洋中，有大量的水蒸气。释放四氯化钛时，浓浓的烟雾像白色的长城，挡住了敌人的视线。
钛酸钡晶体广泛应用于超声波仪器和水下探测器。这是因为它在压力下改变形状时会产生电流；一旦通电，它会再次改变形状。将钛酸钡放入超声波中，按压时会产生电流，可以通过其产生的电流来测量超声波的强度。相反，通过高频电流可以产生超声波。
在用黄金装饰的工艺品和日用品中，由于硬度低，容易刺破和磨损，不耐用。在这些物质表面镀上氮化钛，外观与镀金几乎一样，但比金和硬质合金更耐磨。这种涂层被称为“永不耐磨”。
有机钛聚合物可用作表面活性剂、分散剂、防水剂或防锈剂。
三、钛合金的应用
目前人类使用的四大系列储氢金属中，钛系是其中之一，也是比较便宜的一种。但目前人类还没有找到更理想的“储氢金属”。一旦这个问题得到解决，人们就可以使用氢作为燃料。
“钛飞机”可使飞机重量减轻5吨，载客量超过100人。在新型喷气发动机中，钛合金已占发动机总重量的25%;在最新的超音速飞机中，钛几乎占到了整个机体结构总重量的95%，所以没有钛合金很难研制出目前的超音速飞机。
由钛制成的潜艇不仅比钢制潜艇更耐用，而且可以下潜到更大的深度。钛潜艇可以下潜到4500米以下，这是钢潜艇无法逾越的极限。钛做的军舰、船不需要喷漆，在海水中航行几年也不会生锈。因为钛不是铁磁性物质，所以不会被磁矿发现，这一点在军事上尤为重要。如果没有钛做的耐热钢，目前使用的常规武器步枪和机枪的寿命只能是前4.5秒。
利用钛和锆对空气的强吸收性，可以除去空气，从而产生真空。钛锆合金制成的真空泵只能抽十亿分之一的空气。
钛铌合金是一种理想的超导材料。清华大学利用光学干涉原理和离子氮化钛的处理，做出了清晰分明的山河水墨画。
目前最常用的两种不锈钢中，工业上最常用的是Cr-Ni-Ti 18-8-1型(含Cr 18%，Ni 8%，Ti 1%)。
碳化钛(TiC)很像碳化铁，有金属光泽。但是它比碳化铁有更高的熔点和硬度。因此，具有实际应用价值。
钛制器皿保存的食物色、香、味持久；钛金炊具质轻不生锈，最科学卫生。
钛合金制成的高压容器可以承受2500个大气压的高压。
钛镍合金被称为“记忆合金”。这种合金被做成预定的形状，然后只要稍微加热，受到外力变形就能恢复原来的样子。这种合金目前已应用于许多领域。比如美国阿波罗飞船上用的天线就是这种记忆合金；上海第一医学院附属第九人民医院已经将这种记忆合金用于女性绝育手术。此外，还可用于仪器、电子设备等领域。
目前，钛广泛应用的最大障碍是钛难以冶炼。由于钛的熔点高，冶炼钛会在较高的温度下进行，钛的化学性质在高温下会变得非常活跃，所以冶炼会在惰性气体的保护下进行，不会使用含氧物质，这对冶炼设备和工艺提出了很高的要求。目前，大约70%冶炼的钛用于制造飞机、导弹、宇宙飞船和人造卫星。
目前人类对钛的应用只是一个良好的开端，钛金属的未来是无限的，所以钛被授予了“21世纪金属”的称号。