原子結(jié)構(gòu)

　　鈦位于元素周期表中ⅣB族，原子序數(shù)為22，原子核由22個(gè)質(zhì)子和20-32個(gè)中子組成，核外電子結(jié)構(gòu)排列為1S22S22P63S23D24S2。原子核半徑5x10-13厘米。

　　物理性質(zhì)

　　鈦的密度為4.506-4.516克/立方厘米（20℃），熔點(diǎn)1668±4℃，熔化潛熱3.7-5.0千卡/克原子，沸點(diǎn)3260±20℃，汽化潛熱102.5-112.5千卡/克原子，臨界溫度4350℃，臨界壓力1130大氣壓。鈦的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性能較差，近似或略低于不銹鋼，鈦具有超導(dǎo)性，純鈦的超導(dǎo)臨界溫度為 0.38-0.4K。在25℃時(shí)，鈦的熱容為0.126卡/克原子·度，熱焓1149卡/克原子，熵為7.33卡/克原子·度，金屬鈦是順磁性物質(zhì)，導(dǎo)磁率為1.00004。

　　鈦具有可塑性，高純鈦的延伸率可達(dá)50-60%，斷面收縮率可達(dá)70-80%，但強(qiáng)度低，不宜作結(jié)構(gòu)材料。鈦中雜質(zhì)的存在，對(duì)其機(jī)械性能影響極大，特別是間隙雜質(zhì)（氧、氮、碳）可大大提高鈦的強(qiáng)度，顯著降低其塑性。鈦?zhàn)鳛榻Y(jié)構(gòu)材料所具有的良好機(jī)械性能，就是通過嚴(yán)格控制其中適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)含量和添加合金元素而達(dá)到的。

　　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)。

　　與化合物的反應(yīng)：

　　◇ 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（1）；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)熔劑。即使是濃度為1%的氫氟酸，也能與鈦發(fā)生激烈反應(yīng)；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)。

　　Ti＋4HF＝TiF4＋2H2＋135.0千卡 （1）2Ti＋6HF＝2TiF4＋3H2

　　◇ 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(3);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(4);當(dāng)溫度長高時(shí)，即使稀鹽酸也會(huì)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 (3)2Ti＋6HCl＝TiCl3＋3H2 (4)

　　◇ 硫酸和硫化氫

　　鈦與<5%的稀硫酸反應(yīng)后在鈦表面上生成保護(hù)性氧化膜，可保護(hù)鈦不被稀酸 繼續(xù)腐蝕。但>5%的硫酸與鈦有明顯的反應(yīng)，在常溫下，約40%的硫酸對(duì)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（5）,（6），加熱的濃硫酸可被鈦還原，生成SO2，見式（7）。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（8），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＋H2 (5) 2Ti＋3H2SO4＝Ti2(SO4)3＋H2 (6)

　　2Ti＋6H2SO4＝Ti2(SO4)3＋3SO2＋6H2O＋202千卡 (7)Ti＋H2S＝TiS＋H2＋70千卡(8)

　　◇ 硝酸和王水

　　致密的表面光滑的鈦對(duì)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（9）、（10），高于70℃的濃硝酸也可與鈦發(fā)生反應(yīng)，見式（11）；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 (9)3Ti＋4HNO3＋H2O＝3H2TiO3＋4NO (10)

　　Ti＋8HNO3＝Ti(NO3)4＋4NO2＋4H2O (11)

　　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。