钛是一种过渡金属，但不是稀有金属。钛具有熔点高、硬度大、可塑性强、密度小、耐腐蚀等优点。钛及其化合物被广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、医疗以及石油化工等领域。铜、铁、铝分别称为第一、二、三代金属，它们的接班人，即第四代金属，就是被称为21世纪的金属——钛。

一、钛的发现与命名

早在1791年，英国门那新（Meneccin）山谷中静静地躺着一种黑色的矿砂，无人问津。牧师格利高尔（w.Gregor）是位矿物学的爱好者，当他在自己的教区内游览时，发现并带回了这种黑色的东西，经过分析，他宣称找到了一种未知的新金属。为了纪念黑色矿砂的发现地，格利高尔把这种金属称为Menaccin,把矿砂称为门那新矿（Menaccite），也就是现在所说的钛铁矿（FeTiO₃）

1795年，德国科学家克拉普罗兹（铀的发现者）从匈牙利带回的矿物中成功地分离出一种新元素的氧化物，并很快确定他和格利高尔发现的是同一种元素。这种矿物就是钛的氧化物—金红石（TiO₂）。

克拉普罗兹把此元素命名为titanium（钛）取自神话中的“泰坦”（Titans），意指大地之神的儿子。

二、钛的含量与分布

过去人们一直认为钛是一种稀有金属。其实钛的储量很大，分布也很广。钛在地壳中的丰度为0.63% ，居元素分布序列中的第十位，仅次于氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢，比常见的锌、铅、镍、铜的总和还要多16倍，但大部分处于分散状态。主要的矿物有金红石（TiO₂）和钛铁矿（FeTiO₃）组成复杂的钒钛铁矿。我国钛蕴藏量居全球之首，仅四川攀枝花地区的矾钛铁矿，储量约15亿吨，占全国已探明储量的97% 。

三、钛的冶炼

金属钛的诞生格雷戈尔和克拉普罗特两人发现了钛，但并没得到钛。克拉普罗特渴望早日能从胎氧化物中分离出钛金属，可是进行了一系列试验之后，始终未获成功。此后又有许多化学家为提取纯钛而作的努力，都以失败告终。后来，人们发现，在800℃的高温下，钛容易与氯结合，可用氯取代氧，生成一种新物质——四氯化钛。1910年，美国人亨特用金属钠还原四氯化钛，制得总重量不到1克、纯度高达99.9%的金属钛。1932年，卢森堡科学家克劳尔用钙还原四氯化钛的制得了钛。1940年，他又在氩气保护下，用镁还原四氯化钛制得钛——即常称镁还原法的海绵钛，这才为钛的现代工业生产奠定了基础。

钛在1791年被发现，而第一次制得纯净的钛却是在1910年，中间经历了一百余年。原因在于：钛在高温下性质十分活泼，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。

工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。浓硫酸处理磨碎的钛铁矿（精矿），发生下面的化学反应：

FeTiO₃+3H₂SO₄== Ti（SO₄）₂+FeSO₄+3H₂O

FeTiO₃+2H₂SO₄==TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O

FeO+H₂SO₄== FeSO₄+H₂O

Fe₂O₃+3H₂SO₄== Fe₂（SO₄）₃+3H₂O

为了除去杂质Fe₂（SO₄）₃，加入铁屑，Fe³⁺还原为Fe²⁺，然后将溶液冷却至273K以下，使得FeSO₄·7H₂O（绿矾）作为副产品结晶析出。

Ti（SO₄）₂和TiOSO₄水解析出白色的偏钛酸沉淀，反应是：

Ti（SO₄）₂+H₂O==TiOSO₄+H₂SO₄

TiOSO₄+2H₂O==H₂TiO₃+H₂SO₄

锻烧偏钛酸即制得二氧化钛：

H₂TiO₃==TiO₂+H₂O

工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将TiO₂（或天然的金红石）和炭粉混合加热至1000～1100K，进行氯化处理，并使生成的TiCl₄，蒸气冷凝。

TiO₂+2C+2Cl₂==TiCl₄+2CO

在1070K用熔融的镁在氩气中还原TiCl₄可得多孔的海绵钛：

TiCl₄+2Mg==2MgCl₂+Ti

这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼，最后制成各种钛材。

四、钛的化学性质及钛的主要化合物

钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O₂、N₂、H₂、S和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。

液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。

重要的钛化合物有：二氧化钛（TiO₂）、四氯化钛（TiCl₄）、偏钛酸钡（BaTiO₃）。

纯净的二氧化钛是白色粉末，是优良的白色颜料，商品名称“钛白”。它兼有铅白（PbCO₃）的遮盖性能和锌白（ZnO）的持久性能。因此，人们常把钛白加在油漆中，制成高级白色油漆；在造纸工业中作为填充剂加在纸桨中；纺织工业中作为人造纤维的消光剂；在玻璃、陶瓷、搪瓷工业上作为添加剂，改善其性能；在许多化学反应中用作催化剂。在化学工业日益发展的今天，二氧化钛及钛系化合物作为精细化工产品，有着很高的附加价值，前景十分诱人。

四氯化钛是一种无色液体；熔点250K、沸点409K，有制激性气味。它在水中或潮湿的空气中都极易水解，冒出大量的白烟。

TiCl₄+3H₂O==H₂TiO₃+4HCl

因此TiCl4在军事上作为人造烟雾剂，犹其是用在海洋战争中。在农业上，人们用TiCl₄形成的浓雾复盖地面，减少夜间地面热量的散失，保护蔬菜和农作物不受严寒、霜冻的危害。

将TiO₂和BaCO₃一起熔融制得偏钛酸钡：

TiO₂+BaCO₃==BaTiO₃+CO₂

人工制得的BaTiO₃具有高的介电常数，由它制成的电容器有较大的容量，更重要的是BaTiO3具有显著的“压电性能”，其晶体受压会产生电流，一通电，又会改变形状。人们把它置于超声波中，它受压便产生电流，通过测量电流强弱可测出超声波强弱。几乎所有的超声波仪器中都要用到它。随着钛酸盐的开发利用，它愈来愈广泛地用来制造非线性元件、介质放大器、电子计算机记忆元件、微型电容器、电镀材料、航空材料、强磁、半导体材料、光学仪器、试剂等。

五、钛及钛合金的特性与用途

纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g/cm³，比钢轻43% ，机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍，却可以像铜一样经得起锤击和拉延。在超低温世界里，钛会变得更为坚硬，并有超导体的性能，钢则变得脆弱无能。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K，比钢高近500K。

钛坚实又轻便。“钛飞机”，一架大型钛客机可比同样重的普通飞机多载100余人，飞机时速每小时可超过3000千米，铝合金飞机最多是2400千米。在航天事业中，钛可制成飞船的“外衣”，防高温的侵袭。

钛耐腐蚀又抗压。“钛潜艇”既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%，可潜入4500米的深度，一般钢铁潜艇在超过300米就容易被水压压坏。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。

钛和镍组成的合金，被成为“记忆合金”。这种合金制成预先确定的形状,再经定型处理后,若受外力变形，只要稍微加热便可恢复原来的面貌。这种合金目前已在不少领域得到应用。如美国阿波罗号飞船上用的天线，就是这种记忆合金；上海第一医学院附属第九人民医院已将这种记忆合金用于妇女绝育手术中等等。

钛具有“亲生物”性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。

目前人类使用的四个系列的贮氢金属中，钛系是其中一种，也是比较便宜的一种，但目前人类还没有找到更理想的“贮氢金属”，一旦这个问题解决了，人们就可以用氢做燃料。

钛、钛合金及钛化合物的优良性能促使人类迫切需要它们。然而，生产成本之高，使应用受到限制。我们相信在不久的将来，随着钛的治炼技术不断改进和提高，钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大的发展。