钛元素的发现及其概念发展

发布时间：2021-10-25 12:54

　　1791年,英国矿物学家格雷戈尔发现钛矿石并意识到一种新元素的存在。至1795年,普鲁士化学家克拉普罗特进一步预言了该元素,并将之正式命名为钛（Titanium）。1910年,美国化学家亨特制取了纯净的钛单质,钛元素的概念正式形成。20世纪20年代以后,钛同位素的发现使人们对钛元素有了新认识,并逐渐形成现代钛元素概念。钛元素概念的发展使人们在科学认知上发生了转变,促进了化学元素观的演进。 

【文章来源】：化学通报. 2020,83(11)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

门捷列夫的第一版元素周期表[18]

Hunter法使钛单质得以问世,但之后的近40年间金属钛迟迟无法实现工业化生产。1932年卢森堡科学家威廉·贾斯汀·克罗尔(William Justin Kroll,1889～1973)提出利用镁替代钠还原四氯化钛的方法有望实现钛的工业化生产。1940年克罗尔改良了这个方法,极大地提高了钛的产率,后来这种方法被称为Kroll法[20]。直到1948年,美国杜邦(DuPont)公司开始用这种方法生产商品海绵钛。后来,美国人阿姆斯特朗(Donn Armstrong)对Hunter法进行了改进[21],他将气态的TiCl4直接喷射入流动的金属钠液中,使整个反应在喷嘴口处进行(其整个设备改进的原始草图见图2),实现了金属钛粉末低成本、连续化地生产。时至今日,冶钛工艺不断地取得新的突破,但在众多的钛金属冶炼方法中,也只有Kroll法和改进后的Hunter法能实现大规模的工业化生产,大部分海绵钛主产国(美国、俄罗斯、哈萨克斯坦、乌克兰、中国、日本等)的钛生产工艺仍以Kroll法为主[22]。随着现代科技和冶金工业不断发展,金属钛的制备工艺逐渐演变为金属热还原法和熔盐电解法。低成本、高纯度的金属钛单质的量产为进一步探究钛元素的微观结构奠定了坚实的物质基础,也促进了金属钛的推广和应用以及钛元素概念的广泛传播。

迄今为止,已经发现了25个钛同位素39-63Ti,其中包括5个稳定同位素(46Ti、47Ti、48Ti、49Ti、50Ti),7个富含质子的钛同位素,13个富含中子的钛同位素。根据HFB-14模型预测,大约有12种同位素尚未被发现[31]。目前,几乎70%的钛同位素已经被发现和鉴定。图3总结了各种钛同位素的首次发现年份,图的右边是预测存在的同位素。如今,金属钛已在生活中的方方面面得到广泛地应用。钛及其化合物的应用领域主要涉及航空航天、医疗、建筑、兵器、汽车工业、生活用品及轻工业等。各国科研人员仍在寻找低成本、高质量金属钛的制备途径,同时,也加大了对粒子分散钛合金和纤维强化钛合金等新型钛合金应用的研究[32]。金属钛是继铁、铝之后崛起的“第三金属”,人类终究会走向钛金属时代,金属钛也将继续为人类文明建设创造新的奇迹。

【参考文献】：
期刊论文
[1]世界钛工业现状及发展趋势[J]. 何蕾,王运锋.  新材料产业. 2018(01)
[2]光谱分析法在化学发展中的重要作用[J]. 胡钊,夏涵韬,陈瑶.  科技创新与应用. 2014(08)
[3]钛制取工艺研究进展[J]. 王震,李坚,华一新,张志,张远,柯平超.  稀有金属. 2014(05)
[4]钛金属和钛产业的发展[J]. 许国栋,王桂生.  稀有金属. 2009(06)
[5]金属钛的性能、发展与应用[J]. 白木,周洁.  矿业快报. 2003(05)
[6]国内外海绵钛工业现状及今后的发展趋势[J]. 周天华.  钛工业进展. 2001(06)
[7]航空航天用新型钛合金的研究发展及应用[J]. 钱九红.  稀有金属. 2000(03)
[8]元素符号的演变[J]. 刘仕龙.  化学教学. 1994(04)
[9]同位素概念和位移定律的建立[J]. 张清建.  大学化学. 1991(03)
[10]克拉普罗特及其对近代化学的贡献[J]. 刘景清.  化学通报. 1990(06)



本文编号：3457443