钨和钛的区别钨是一种宝贵的稀有金属,自1 7 8 3年被科学家发现以来,至今已有2 0 0多年的历史据测算,钨在地壳中的含量为百万分之一值得庆幸的是,钨竟奇迹般地大量聚集在中国我国19 17年在江西省的大余县西华山首次发现 黑钨矿,在不足100年的时间内,江西、湖南、广东、广西、福建、河南、甘肃、内蒙古等地都先后发现了许多钨 矿我国钨储量约占全世界总储量的60%,居世界各国之首,可以说中国是当之无愧的钨的王国钨有比重大、熔点高、硬度大、导热导电性能好、耐热、耐磨、耐腐蚀、化学性能稳定等优异的特性金的熔点 是1000摄氏度,而钨的熔点高达3380摄氏度当今的高科技产品,如航空喷气发动机、火箭、导弹、卫星的 许多部件都是用钨的耐高温合金制成的在钢铁里面加入钨,就好比钢铁吃了 “强身补药”钨钢能提高钢的耐高温强度,增加钢的硬度和抗腐蚀能力 它广泛应用于金属切削刀具,还有军事工业中枪、炮、坦克等武器装备的耐热、耐压部件所以人们还把钨看成是重 要的战略金属钨的硬度很高,在金属中也算数一数二了,但是钨与碳元素的化合物一碳化钨,硬度更高,比钨钢还硬,可以同 自然界最硬的金刚石相媲美碳化钨粉制成的硬质合金,具有硬度高、耐磨性好、耐高温等优点,可用于金属切削刀 具、钻机、钻头、推土机的铲刀、粉碎机械等,就连牙科医生使用的小钻头也是硬质合金制成的。
人们日常使用的灯泡中的灯丝和高温电炉丝也都离不开钨钨的热电子发射性能也是极好的,所以它又是制作通 讯、广播、电视、雷达等设备的重要材料电视机显像管、X射线荧光屏、荧光灯的荧光材料选用的也都是钨的化合 物另外,钨在纺织、染料、油漆颜料、陶瓷釉料、玻璃着色等轻工业领域也有广阔的天地提到石油,人们就会想到中东而人们提到钨,就会想到中国的南岭像福建的行洛坑,江西的西华山、大吉山、 盘古山,湖南的柿竹园、瑶岗仙,广东的锯板坑都是世界上著名的大型钨矿我国钨矿储量、钨矿产量以及钨的贸易量均占世界第一这三个“世界第一”是我们中华民族的骄傲在自然界中,钨的矿物有20多种,但具工业意义的仅有黑钨矿族和白钨矿CaWo4两种因此,在钨矿石上 也有黑钨矿石、白钨矿石和黑钨矿、白钨矿的混合矿石国外长期以来开发利用的是白钨矿,而我国尽管白钨矿的保 有储量达300多万吨,占全国钨保有储量的65%,另外还有19%的混合矿石,但由于我国的白钨矿石品位低, 富矿少,选冶技术尚未彻底解决,因而长期以来我国开采的仍是品位高、易采、易选的黑钨矿钛:一种金属元素,灰色,能在氮气中燃烧,熔点高钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料,主要用于航天工业和航海工业。
从发现钛元素到制得纯品,历时一百多年而钛真正得到利用,认识其本来的真面目,则是20世纪40年代以后的事 情了地理表面十公里厚的地层中,含钛达千分之六,比铜多61倍随便从地下抓起一把泥土,其中都含有千分之几 的钛,世界上储量超过一千万吨的钛矿并不稀罕海滩上有成亿吨的砂石,钛和锆这两种比砂石重的矿物,就混杂在 砂石中,经过海水千百万年昼夜不停地淘洗,把比较重的钛铁矿和锆英砂矿冲在一起,在漫长的海岸边,形成了一片 一片的钛矿层和锆矿层这种矿层是一种黑色的砂子,通常有几厘米到几十厘米厚钛没有磁性,用钛建造的核潜艇 不必担心磁性水雷的攻击1947年,人们才开始在工厂里冶炼钛当年,产量只有2吨1955年产量激增到2万吨 1972年,年产量达到了 20万吨钛的硬度与钢铁差不多,而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半,钛虽然稍稍比 铝重一点,它的硬度却比铝大2倍现在,在宇宙火箭和导弹中,就大量用钛代替钢铁据统计,目前世界上每年用 于宇宙航行的钛,已达一千吨以上极细的钛粉,还是火箭的好燃料,所以钛被誉为宇宙金属,空间金属钛的耐热性很好,熔点高达1725°C在常温下,钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。
就连最凶猛的酸一一 王水,也不能腐蚀它钛不怕海水,有人曾把一块钛沉到海底,五年以后取上来一看,上面粘了许多小动物与海底植 物,却一点也没有生锈,依旧亮闪闪的现在,人们开始用钛来制造潜艇一一一钛潜艇由于钛非常结实,能承受很高的压力,这种潜艇可以在深达4500米的 深海中航行钛耐腐蚀,所以在化学工业上常常要用到它过去,化学反应器中装热硝酸的部件都用不锈钢不锈钢也怕那强烈的 腐蚀剂一一热硝酸,每隔半年,这种部件就要统统换掉现在,用钛来制造这些部件,虽然成本比不锈钢部件贵一些, 但是它可以连续不断地使用五年,计算起来反而合算得多在电化学中,钛是单向阀型金属,电位很负,通常无法用钛作为阳极进行分解钛的最大缺点是难于提炼主要是因为钛在高温下化合能力极强,可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合因此, 不论在冶炼或者铸造的时候,人们都小心地防止这些元素“侵袭”钛在冶炼钛的时候,空气与水当然是严格禁止接 近的,甚至连冶金上常用的氧化铝坩埚也禁止使用,因为钛会从氧化铝里夺取氧现在,人们利用镁与四氯化钛在惰 性气体一一氦气或氩气中相作用,来提炼钛人们利用钛在高温下化合能力极强的特点,在炼钢的时候,氮很容易溶解在钢水里,当钢锭冷却的时候,钢锭中就形 成气泡,影响钢的质量。
所以炼钢工人往钢水里加进金属钛,使它与氮化合,变成炉渣一一氮化钛,浮在钢水表面, 这样钢锭就比较纯净了当超音速飞机飞行时,它的机翼的温度可以达到500°C如用比较耐热的铝合金制造机翼,一到二三百度也会吃不消, 必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金而钛恰好能够满足这些要求钛还能经得住零下一百多度的考 验,在这种低温下,钛仍旧有很好的韧性而不发脆利用钛和锆对空气的强大吸收力,可以除去空气,造成真空比方,利用钛制成的真空泵,可以把空气抽到只剩下十 万万万分之一钛的氧化物一一二氧化钛,是雪白的粉末,是最好的白色颜料,俗称钛白以前,人们开采钛矿,主要目的便是为了 获得二氧化钛钛白的粘附力强,不易起化学变化,永远是雪白的特别可贵的是钛白无毒它的熔点很高,被用来 制造耐火玻璃,釉料,珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等二氧化钛是世界上最白的东西,1克二氧化钛可以把450多平方厘米的面积涂得雪白它比常用的白颜料一一锌钡白 还要白5倍,因此是调制白油漆的最好颜料世界上用作颜料的二氧化钛,一年多到几十万吨二氧化钛可以加在纸 里,使纸变白并且不透明,效果比其他物质大10倍,因此,钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。
此外,为了使塑料 的颜色变浅,使人造丝光泽柔和,有时也要添加二氧化钛在橡胶工业上,二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料四氯化钛是种有趣的液体,它有股刺鼻的气味,在湿空气中便会大冒白烟一一它水解了,变成白色的二氧化钛的水凝 胶在军事上,人们便利用四氯化钛的这股怪脾气,作为人造烟雾剂特别是在海洋上,水气多,一放四氯化钛,浓 烟就象一道白色的长城,挡住了敌人的视线在农业上,人们利用四氟化钛来防霜钛酸钡晶体有这样的特性:当它受压力而改变形状的时候,会产生电流,一通电又会改变形状于是,人们把钛酸钡 放在超声波中,它受压便产生电流,由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱相反,用高频电流通过它,则 可以产生超声波现在,几乎所有的超声波仪器中,都要用到钛酸钡除此之外,钛酸钡还有许多用途例如:铁路 工人把它放在铁轨下面,来测量火车通过时候的压力;医生用它制成脉搏记录器用钛酸钡做的水底探测器,是锐利 的水下眼睛,它不只能够看到鱼群,而且还可以看到水底下的暗礁、冰山和敌人的潜水艇等冶炼钛时,要经过复杂的步骤把钛铁矿变成四氯化钛,再放到密封的不锈钢罐中,充以氩气,使它们与金属镁反应, 就得到“海绵钛”这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的,还必须把它们在电炉中熔化成液体,才能铸成钛锭。
但制造这种电炉又谈何容易!除了电炉的空气必须抽干净外,更伤脑筋的是,简直找不到盛装液态钛的坩埚,因为一 般耐火材料部含有氧化物,而其中的氧就会被液态钛夺走后来,人们终于发明了一种“水冷铜坩埚”的电炉这种 电炉只有中央一部分区域很热,其余部分都是冷的,钛在电炉中熔化后,流到用水冷却的铜坩埚壁上,马上凝成钛锭 用这种方法已经能够生产几吨重的钛块,但它的成本就可想而知了元素名称:钛元素原子量:元素在海水中的含量:(ppm)元素在太阳中的含量:(ppm) 4元素类型:金属核内质子数:22核外电子数:22核电核数:22 质子质量:质子相对质量:原子体积:(立方厘米/摩尔)地壳中含量:(ppm)5600以下为增加内容:氧化态:Main Ti+4Other Ti-1, Ti0, Ti+2, Ti+3所属周期:4所属族数:IVB摩尔质量:48氢化物:TiH4氧化物:TiO最高价氧化物化学式:TiO2密度:4.54g/cm3熔点:1660.°C沸点:3287.0 C电离能(kJ /mol)M - M+ 658M+ - M2+ 1310M2+ - M3+ 2652M3+ - M4+ 4175M4+ - M5+ 9573M5+ - M6+ 11516M6+ - M7+ 13590M7+ - M8+ 16260M8+ - M9+ 18640M9+ - M10+ 20830外围电子排布:2 8 8 4核外电子排布:2,8,10,2晶体结构:晶胞为六方晶胞。
晶胞参数:a = pmb = pmc = pm a = 90°B = 90°Y = 120°莫氏硬度:6声音在其中的传播速率:(m/S) 5090颜色和状态:银灰色金属原子半径:2常见化合价:+2,+3,+4 发现人:格列高尔发现年代:1791年发现过程: 钛是英国化学家格雷戈尔(Gregor R W,1762—1817)在1791年研究钛铁矿和金红石时发现的四年后,1795年, 德国化学家克拉普罗特(Klaproth M H,1743—1817)在分析匈牙利产的红色金红石时也发现了这种元素他主张采 取为铀(1789年由克拉普罗特发现的)命名的方法,引用希腊神话中太旦神族“Titans”的名字给这种新元素起名叫 “Titanium”中文按其译音定名为钛格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛,而不是金属钛因为钛的氧化物极其稳定,而且金属钛 能与氧、氮、氢、碳等直接激烈地化合,所以单质钛很难制取直到1910年才被美国化学家亨特(Hunter M A )第一 次制得纯度达%的金属钛元素描述:具有金属光泽,有延展性密度4.5克/厘米3熔点1660±10°C沸点3287°C化合价+2、+3和+4。
电离能为电子 伏特钛的主要特点是密度小,机械强度大,容易加工钛的塑性主要依赖于纯度钛越纯,塑性越大有良好的抗 腐蚀性能,不受大气和海水的影响在常温下,不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀;只有氢氟酸、热的 浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用元素来源:钛属于稀有金属,在地壳中的丰度占第七位,有%用于冶炼钛的矿物主要有钛铁矿(FeTiO3)、金红石(TiO2)和钙 钛矿等矿石经处理得到易挥发的四氯化钛,再用镁还原而制得纯钛元素用途:钛和钛的合金大量用于航空工业,有〃空间金属〃之称;另外,在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、硬 质合金等方面有着日益广泛的应用元素辅助资料:钛的主要矿石是金红石TiO2和钛铁矿FeTiO3,它的发现也正是从这两种矿石的分析而来早在1791年英国英格兰西 南端康沃尔(Cornwall)郡门拉陈(Menacan)教区的牧师格累高尔,也是一位科学家,分析出产在他教区内的一种黑 色矿砂,也就是今天成为钛铁。