㈠ 化學問題
D 最外層電子數為8才是穩定結構
【摘要】元素鈦（Ti是一種過渡金屬，在過去很長一段時間內人們一直認為它是一種稀有金屬。從20世紀40年代以後，鈦及其億合物被廣泛應用於飛機、火箭、導彈、人造衛星、宇宙飛船、艦艇、軍工、醫療以及石油化工等領域。科學家預言：21世紀金屬鈦將是冶金工業是最重要產品之一。
人類在使用金屬的歷史進程中，經歷了銅、鐵、鋁之後，第四種將被廣泛應用的金屬元素是哪一種呢? 這種金屬已被科學家預言為鈦。這是因為鈦具有熔點高、硬度大、可塑性強、密度小、耐腐蝕等優點。
一、鈦的發現和性質
鈦是1791年被英國牧師格累高爾發現的。1795年馬丁，克拉普羅特在分析一種金紅石時,認識到這種礦石是一種金屬氧化物，並將這種金屬命名為鈦，由於鈦很容易和常見的金屬形成合金,在發現後很多年內，許多人企圖從它的化合物中將它分離出來,都未獲成功，直到1910年才由美國化學家亨特將很純的TiCl4和金屬Na一齊放進耐高壓的鋼缸中，將缸加熱到紅熱,冷卻後,洗去NaCl得到純度高達99.9％的鈦。
鈦的年產量表
1910年
1947年
1948年
1955年
1957年
1962年
1972年
0.2噸
2噸
10噸
1.7萬噸
2萬噸
10萬噸
20萬噸
進入70年代以來，鈦的年產量仍以15％的速度穩步上升。例如英國,10年內對鈦材料的需求量至少增長了800％。
鈦外觀似鋼，具有銀灰光譯。鈦的強度大，鈦合金抗拉強度達180kg/mm3。鈦的特性是度小(4.51g/cm3），硬度大，熔點高(1675℃），高純度鈦具有良好的可塑性,但當有雜質存在時變得脆而硬。在室溫時鈦不與氯氣、稀硫酸、稀鹽酸和硝酸作用，但能被氫氟酸、磷酸、熔融鹼侵蝕。鈦很容易溶解於HF+HCl（H2SO4）中，鈦最突出的性能是對海水的抗腐蝕性很強,有人將一塊鈦沉入海底,五年以後取上一看，上面粘附著許多小動物與海底植物，本身卻一點也沒有被銹蝕,依上亮光閃閃!
二、鈦及其主要化合物的應用
鈦具有超眾的性能和儲藏量大（在地殼中約占總重量的0.42%,在金屬世界裡排行第七,含鈦的礦物多達70多種、在海水中含量是1ug/L，在海底結核中也含有大量的鈦)的特點。目前鈦的用途發展很快，已被廣泛應用於飛機、火箭、導彈、人造衛星、宇宙飛船、艦艇、軍工、輕工、化工、紡織、醫療以及石油化工等領域。
極細的鈦粉，是火箭的好燃料；鈦的抗腐蝕能力，比常用的不銹鋼強15倍,使用壽命比不銹鋼長10倍以上。在電影的底片和正片製作中，需要使用多種強酸強鹼等葯物,它們對洗印設備腐蝕十分嚴重，洗印設備中的齒輪最多隻能使用幾個月，1980年西安電影製片廠試用鈦材,結果設備運轉一年多時間，齒輪絲毫沒有腐蝕。
鈦在外科醫療手術上的應用，也非常引人入勝。目前，外科接骨是用不銹鋼，使用不銹鋼有一個缺點，就是接骨癒合之後，要把不銹鋼片再取出來，這是件十分痛苦的事。不然,不銹鋼會因生銹而對人體產生危害。如果改用鈦制的「人造骨胳」將使骨科技術完全改觀。在頭損壞的地方,用鈦片與鈦螺絲釘，過了幾個月，骨頭就會重新生長在鈦片的小孔與螺絲里,新的肌肉纖維就包在鈦的薄片上，鈦骨骼宛如真正的骨骼一樣和血肉相聯，起到支撐和加固作用,所以,鈦被人們贊譽為「親生物金屬」。現在它已開始應用於膝關節、肩關節、肋關節、頭蓋骨、主動心瓣、骨骼固定夾等方面。
在煉鋼工業中，少量鈦是良好的脫氧、除氮及除硫劑。
二氧比鈦是一種寶貴的白色顏料，叫鈦白。鈦白兼有鉛白的掩蓋性能和鋅白的持久性能，它是世界上最白的物質之一，1克鈦白可以把450多平方厘米的面積塗得雪白。特別可貴的是鈦白無毒。現在每年用做顏料的二氧化鈦有幾十萬噸。
由於二氧化鈦具有高熔點的性質，常被用來製造耐火玻璃、釉料、琺琅、陶土、耐高溫的實驗器皿等。
如何開發海水中的鈾資源，是個大難題，海水中含有40萬噸鈾,從1956年起，人們才找到一種最有希望的鈾吸附劑—水合二氧化鈦，從此研製了一套以二氧化鈦為基礎的海洋提鈾技術，每克吸附劑已達到吸附1毫克鈾的水平。
四氯化鈦在濕空氣中會冒出大量白煙。由於它具有這種特性,在軍事上常用它作為人造煙霧劑。特別是在海洋上，水汽多，一放四氯化鈦，濃煙就象一道白色的長城,擋住了敵人的視線。
鈦酸鋇晶體被廣泛應用於超聲波儀器和水底探測器中。這是因為具有受壓斬改變形狀時，會產生電流；一旦通電又會改變形狀。把鈦酸鋇放在超聲波中，它受壓便會產生電流，由它所產生的電流的大小可以測知超聲波的強弱；相反，用高頻電流通過它，則可以產生超聲波。
在用金色裝飾工藝品和日用品中，由於它們的硬度低、容易刺破和磨損，不能耐久。當在這些物質的表面鍍一層氮化鈦時，外觀幾乎和黃金的鍍層一模一樣，而比黃金以及硬質合金更耐磨，這種鍍層被譽為具有「永不磨損性」。
有機鈦聚合物，可用作表面活性劑、分散劑、抗水劑或防銹劑。
三、鈦合金的應用
目前人類使用的四個系列的貯氫金屬中，鈦系是其中一種，也是比較便宜的一種，但目前人類還沒有找到更理想的「貯氫金屬」，一旦這個問題解決了，人們就可以用氫做燃料。
「鈦飛機」可以減輕機體重量5噸，多載乘客100多名。在新型噴氣發動機中，鈦合金已佔整個發動機重量的18～25％；在最新出現的超音速飛機上，鈦的使用量幾乎佔到整個機體結構總重量的95％，所以，如果沒有鈦合金就很難發展目前的超音速飛機。
用鈦製造的潛艇，不僅比鋼制潛艇經久耐用，而且可以潛入更大的深度，鈦潛艇可以下潛到4500米以下，這是鋼制潛艇無法逾越的界限。用鈦製造軍艦、輪船，不用塗漆，在海水中航行幾年也不會生銹。由於鈦不是鐵磁體物質，不會被磁水雷發現，這點在軍事上特別重要，如果沒有鈦煉成的耐熱鋼，目前使用的常規武器步槍和機槍的壽命也只能是最初的4.5秒。
利用鈦和鋯對空氣的強大吸收力，可以除去空氣，造成真空。用鈦鋯合金製成的真空泵，可以把空氣抽到只剩下十億分之一。
鈦鈮合金是理想的超導材料。清華大學利用光學干涉原理和離子氮化鈦處理製成了畫面清晰、層次分明的山川水墨畫。
在目前使用的最常見的兩種不銹鋼中，鉻鎳鈦18－8－1型（含鉻18%、鎳8%、鈦1%)是工業上最常用的。
碳化鈦（TiC）頗象碳化鐵，具有金屬光澤。可它比碳化鐵具有更高的熔點和更高的硬度。所以,它有著實際應用價值。
用鈦制器皿保存的食物，色、香、味經久不衰；鈦制炊具既輕巧,又不會生銹，最合科學衛生。
用鈦合金製成的高壓容器，能夠耐受2500個大氣壓的高壓。
鈦和鎳組成的合金，被成為「記憶合金」。這種合金製成預先確定的形狀,再經定型處理後,若受外力變形，只要稍微加熱便可恢復原來的面貌。這種合金目前已在不少領域得到應用。如美國阿波羅號飛船上用的天線，就是這種記憶合金；上海第一醫學院附屬第九人民醫院已將這種記憶合金用於婦女絕育手術中；另外還可用於儀表、電子裝置等領域。
現在，對鈦的廣泛使用最大障礙是鈦很難冶煉。因為鈦的熔點很高,冶煉鈦就要在更高的溫度下進行,而在高溫下鈦的化學性質又變得很活潑，因此冶煉要在惰性氣體保護下進行,還要不使用含氧材料，這就對冶煉設備、工藝提出了很高的要求。目前冶煉的鈦70%左右用在製造飛機、導彈、宇宙飛船、人造衛星等方面。
目前人類對鈦的應用僅僅是一個良好的開端，金屬鈦的前程無量,所以鈦被授予「21世紀金屬」的稱號。
參考資料：http://www.enease.com/wenzhang-Ti.htm