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鈦

Titanium

礦物下的一個物種

鈦是化學元素，化學符號Ti，原子序數22，是銀白色過渡金屬，其特徵為重量輕、強度高、具金屬光澤，亦有良好的抗腐蝕能力（包括海水、王水及氯氣）。由於其穩定的化學性質，良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強鹼，以及高強度、低密度，常用來製造火箭及太空船，因此獲美譽為「太空金屬」。鈦於1791年由格雷戈爾於英國康沃爾郡發現，並由克拉普羅特用希臘神話的泰坦為其命名。鈦被認為是一種稀有金屬，這是由於在自然界中其存在分散並難於提取。但其相對豐度在所有元素中居第十位。鈦的礦石主要有鈦鐵礦及金紅石，廣布於地殼及岩石圈之中。鈦亦同時存在於幾乎所有生物、岩石、水體及土壤中。從主要礦石中萃取出鈦需要用到克羅爾法或亨特法。鈦最常見的化合物是二氧化鈦，可用於製造白色顏料。其他化合物還包括四氯化鈦（TiCl4，作催化劑及用於製造煙幕或空中文字（英語：Skywriting））及三氯化鈦（TiCl3，用於催化聚丙烯的生產）。鈦能與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素熔成合金，造出高強度的輕合金，在各方面有著廣泛的應用，包括宇宙航行（噴氣發動機、導彈及太空飛行器）、軍事、工業程序（化工與石油製品、海水淡化及造紙）、汽車、農產食品、醫學（義肢、骨科移植及牙科器械與填充物）、運動用品、珠寶及手機等等。鈦最有用的兩個特性是，抗腐蝕性，及金屬中最高的強度－重量比。在非合金的狀態下，鈦的強度跟某些鋼相若，但卻還要輕45%。有兩種同素異形體和五種天然的同位素，由Ti到Ti，其中豐度最高的是Ti（73.8%）。鈦的化學性質及物理性質和鋯相似，這是因為兩者的價電子數目相同，並於元素週期表中同屬一族。

硬度:

密度:

4.503 g/cm³

關於鈦的一般資訊

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鈦的物理特性

顏色

銀灰色

條痕

灰黑色

硬度

4 , 柔軟

密度

4.503 g/cm³, 重量明顯較重

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鈦的化學特性

化學式

列出的元素

鈦的特徵

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鈦的特徵

鈦的特性中，最為人稱道的就是它優良的抗腐蝕能力——它的抗蝕性幾乎跟鉑一樣好，鈦不受稀硫酸、稀鹽酸、氯氣、氯溶液及大部份有機酸的腐蝕，但仍可被濃酸溶解。雖然以下的電位-pH圖指出鈦在熱力學上是一種活性很高的金屬，但是它與水及空氣的反應是非常緩慢的。鈦在曝露在高溫空氣中時，會生成一層鈍氧化物保護膜，阻止氧化持續。在最初形成時，保護層只有一至二奈米厚，但會緩慢地持續增厚；四年間可達25奈米厚。但當鈦被置於高溫空氣中時，便很容易與氧產生反應。這個反應在空氣溫度達1200攝氏度時便會發生，而在純氧中最低只需610攝氏度，生成二氧化鈦。因此不能在空氣中熔掉鈦，因為在到達熔點前鈦會先燃燒起來，所以只能在惰性氣體或真空中熔化鈦。在550攝氏度時，鈦會與氯氣結合。鈦亦會與其他鹵素結合，並吸收氫氣。鈦也是少數會在純氮氣中燃燒的元素，達800攝氏度就會燃燒起來，生成一氮化鈦，導致脆化。實驗指出，天然鈦在受到氘核轟擊後會具有放射性，主要釋放出正電子及硬性γ射線。

鈦的形成

鈦是地殼中第九豐富的元素（按質量計算為 0.63%），也是第七豐富的金屬。它以氧化物的形式存在於大多數火成岩中，在由它們派生的沉積物中，存在於生物中，並存在於自然水體中。美國地質調查局分析的 801 種火成岩中有 784 種含有鈦。其在土壤中的比例約為 0.5% 至 1.5%。常見的含鈦礦物有金紅石、鈦鐵礦、钙钛矿、金紅石和鈦酸鹽（磷鈦鐵礦）。Akaogiite 是一種極為稀有的礦物，由二氧化鈦組成。在這些礦物中，只有金紅石和鈦鐵礦具有經濟意義，但即使它們也難以找到高濃度的礦藏。2011 年開採了約 600 萬噸和 70 萬噸這些礦物。西澳大利亞、加拿大、中國、印度、莫桑比克、新西蘭、挪威、塞拉利昂、南非和烏克蘭都有豐富的鈦鐵礦礦床。2011 年生產了約 186,000 噸鈦金屬海綿，主要在中國（60,000 噸）、日本（56,000 噸）、俄羅斯（40,000 噸）、美國（32,000 噸）和哈薩克斯坦（20,700 噸）。鈦的總儲量估計超過 6 億噸。海洋中鈦的濃度約為 4 皮摩爾。在 100 °C 下，水中鈦的濃度估計在 pH 7 時小於 10 M。由於其低溶解度和缺乏敏感的光譜方法，水溶液中鈦種的身份仍然未知，儘管只有氧化態 4+ 在空氣中是穩定的。沒有證據表明有生物學作用，但已知有罕見的生物積累高濃度的鈦。鈦包含在隕石中，並已在太陽和 M 型恆星（溫度最低的類型，表面溫度為 3,200 °C（5,790 °F））中被檢測到。從阿波羅 17 號任務帶回的月球岩石含有 12.1% 的 TiO2。它還存在於煤灰、植物甚至人體內。本地鈦（金屬純淨）非常稀有。

鈦的文化意義

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鈦的用途

鈦是鋼的一種合金用元素（鈦鐵（英語：Ferrotitanium）），鈦會縮小鋼的晶粒尺寸，同時作為脫氧劑的鈦會減低鋼的含氧量；在不鏽鋼中加鈦會減低含碳量。鈦常與其他金屬製成合金，這些金屬有鋁（改良晶粒大小）、釩、銅（硬化）、鎂及鉬等。鈦的機械製品（片、板、管、線、鍛件、鑄件）在工業、宇宙航行、休閒及新興市場上都有應用。鈦粉在煙火製造上用於提供明亮的燃燒顆粒。