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鈦的化學(xué)性質(zhì)

鈦在較高的溫度下,可與許多元素和化合物發(fā)生反應(yīng)。各種元素,按其與鈦發(fā)生不同反應(yīng)可分為四類:

第一類:鹵素和氧族元素與鈦生成共價(jià)鍵與離子鍵化合物;

第二類:過渡元素、氫、鈹、硼族、碳族和氮族元素與鈦生成金屬間化物和有限固溶體;

第三類:鋯、鉿、釩族、鉻族、鈧元素與鈦生成無限固溶體;

第四類:惰性氣體、堿金屬、堿土金屬、稀土元素(除鈧外),錒、釷等不與鈦發(fā)生反應(yīng)或基本上不發(fā)生反應(yīng)。與化合物HF和氟化物氟化氫氣體在加熱時(shí)與鈦發(fā)生反應(yīng)生成TiF4,反應(yīng)式為⑴;不含水的氟化氫液體可在鈦表面上生成一層致密的四氟化鈦膜,可防止HF浸入鈦的內(nèi)部。氫氟酸是鈦的最強(qiáng)溶劑。即使是濃度為1%的氫氟酸,也能與鈦發(fā)生激烈反應(yīng),見式⑵;無水的氟化物及其水溶液在低溫下不與鈦發(fā)生反應(yīng),僅在高溫下熔融的氟化物與鈦發(fā)生顯著反應(yīng)?!i+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡⑴2Ti+6HF=2TiF3+3H2 ⑵ HCl和氯化物氯化氫氣體能腐蝕金屬鈦,干燥的氯化氫在>300℃時(shí)與鈦反應(yīng)生成TiCl4,見 式⑶;濃度<5%的鹽酸在室溫下不與鈦反應(yīng),20%的鹽酸在常溫下與鈦發(fā)生瓜在生成紫色的TiCl3,見式⑷;當(dāng)溫度長高時(shí),即使稀鹽酸也會腐蝕鈦。各種無水的氯化物,如鎂、錳、鐵、鎳、銅、鋅、汞、錫、鈣、鈉、鋇和NH4離子及其水溶液,都不與鈦發(fā)生反應(yīng),鈦在這些氯化物中具有很好的穩(wěn)定性。 Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75千卡⑶2Ti+6HCl=TiCl3+3H2⑷硫酸和硫化氫鈦與5%的硫酸有明顯的反應(yīng),在常溫下,約40%的硫酸對鈦的腐蝕速度最快,當(dāng)濃度大于40%,達(dá)到60%時(shí)腐蝕速度反而變慢,80%又達(dá)到最快。加熱的稀酸或50%的濃硫酸可與鈦反應(yīng)生成硫酸鈦,見式⑸、⑹,加熱的濃硫酸可被鈦還原,生成SO2,見式⑺。常溫下鈦與硫化氫反應(yīng),在其表面生成一層保護(hù)膜,可阻止硫化氫與鈦的進(jìn)一步反應(yīng)。但在高溫下,硫化氫與鈦反應(yīng)析出氫,見式⑻,粉末鈦在600℃開始與硫化氫反應(yīng)生成鈦的硫化物,在900℃時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物主要為TiS,1200℃時(shí)為Ti2S3。 Ti+H2SO4=TiSO4+H2⑸ 2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+3H2⑹ 2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202千卡⑺Ti+H2S=TiS+H2+70千卡⑻硝酸和王水 致密的表面光滑的鈦對硝酸具有很好的穩(wěn)定性,這是由于硝酸能快速在鈦表面生成一層牢固的氧化膜,但是表面粗糙,特別是海綿鈦或粉末鈦,可與次、熱稀硝酸發(fā)生反應(yīng),見式⑼、⑽,高于70℃的濃硝酸也可與鈦發(fā)生反應(yīng),見式⑾;常溫下,鈦不與王水反應(yīng)。溫度高時(shí),鈦可與王水反應(yīng)生成TiCl2。 3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO ⑼3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO ⑽ Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O ⑾ 綜上所述,鈦的性質(zhì)與溫度及其存在形態(tài)、純度有著極其密切的關(guān)系。致密的金屬鈦在自然界中是相當(dāng)穩(wěn)定的,但是,粉末鈦在空氣中可引起自燃。鈦中雜質(zhì)的存在,顯著的影響鈦的物理、化學(xué)性能、機(jī)械性能和耐腐蝕性能。特別是一些間隙雜質(zhì),它們可以使鈦晶格發(fā)生畸變,而影響鈦的的各種性能。常溫下鈦的化學(xué)活性很小,能與氫氟酸等少數(shù)幾種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),但溫度增加時(shí)鈦的活性迅速增加,特別是在高溫下鈦可與許多物質(zhì)發(fā)生劇烈反應(yīng)。鈦的冶煉過程一般都在800℃以上的高溫下進(jìn)行,因此必須在真空中或在惰性氣氛保護(hù)下操作。金屬鈦的物理性質(zhì)金屬鈦(Ti),灰色金屬。原子序數(shù)為22,相對原子質(zhì)量47.87。核外電子在亞層中的排布情況為1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2。金屬活動性在鎂、鋁之間,常溫下并不穩(wěn)定,因此在自然界中只以化合態(tài)存在,常見的鈦的化合物有鈦鐵礦(FeTiO3)、金紅石(TiO2)等。鈦在地殼中含量較高,排行第九,達(dá)5600ppm,換算成百分比為0.56%。純鈦密度為4.54×103kg/m3,摩爾體積為10.54cm3/mol,硬度較差,莫氏硬度只有4左右,因此延展性好。鈦的熱穩(wěn)定性很好,熔點(diǎn)為1660±10℃,沸點(diǎn)為3287℃。金屬鈦的化學(xué)性質(zhì) 金屬鈦在高溫環(huán)境中的還原能力極強(qiáng),能與氧、碳、氮以及其他許多元素化合,還能從部分金屬氧化物(比如氧化鋁)中奪取氧。常溫下鈦與氧氣化合生成一層極薄致密的氧化膜,這層氧化膜常溫下不與絕大多數(shù)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng),包括酸中之王——王水。它只與氫氟酸、熱的濃鹽酸、濃硫酸反應(yīng),因此鈦體現(xiàn)了抗腐蝕性。

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