□文/魯超

銀光閃閃的純鈦

它是被稱為“太空元素”的第22號元素，是制造大型航空、航天、潛水裝備的優(yōu)質(zhì)原料。在生活中，它可以用于制造飾品、運動器材等，還可以用于修復(fù)骨骼損傷。正因為用途廣泛，它還被稱為“21世紀的金屬”。

它的真面目究竟是什么？它到底有著什么樣的優(yōu)點，值得世人對它如此贊賞？一起來看一下吧。

隱身許久的新元素

1791年，英國一位熱愛地質(zhì)學(xué)的牧師格雷戈爾在英格蘭西部康沃爾發(fā)現(xiàn)了一種黑砂礦，一開始他以為這是磁鐵礦，因為這種礦石可以被磁鐵吸引。他仔細分析后，發(fā)現(xiàn)其中有相當(dāng)多的氧化鐵，但還剩下45.25%的成分是一種白色氧化物。他無法確定這是什么物質(zhì)，因為這種白色氧化物和當(dāng)時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的所有物質(zhì)的性質(zhì)都無法匹配。他猜想這其中可能有一種跟鐵類似的新金屬元素，于是提交了關(guān)于這一發(fā)現(xiàn)的報告。

1795年，德國化學(xué)家克拉普羅特研究了金紅石（較純凈的二氧化鈦），認為其中有一種新元素。因為這種新元素是從土里提煉出來的，所以他引用古希臘神話里泰坦巨人的名字，將它命名為“Titanium”，翻譯成中文就是“鈦”。他聽說格雷戈爾的發(fā)現(xiàn)后，確認他們發(fā)現(xiàn)的是同一種元素。他發(fā)揚了風(fēng)格，并沒有跟格雷戈爾去爭奪“鈦的發(fā)現(xiàn)者”的名號，而他給鈦元素的命名則被廣為接受。

鈦被確認為元素以后，仍然隱身了很長時間，因為提取出來的二氧化鈦的性質(zhì)穩(wěn)定，很難分解，即使在高溫下用電將鈦分解出來，它也會馬上和周圍的氧、氮等劇烈化合，單質(zhì)的鈦太難制取了。

一直到1910年，美國化學(xué)家亨特在700～800℃高溫下用鈉還原四氯化鈦，終于得到了純度99.9%的金屬鈦。這種方法被稱為“亨特法”。

亨特法使用的還原劑是昂貴的鈉，仍然不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。1932年，來自盧森堡的美國科學(xué)家克羅爾用相對便宜的鈣在高溫下還原四氯化鈦獲得成功。1940年，他又在氬氣的保護下用更加易于保存的鎂代替鈣還原四氯化鈦來制備純鈦，這種方法一直沿用至今，被稱為“克羅爾法”。

千萬不要以為克羅爾法生產(chǎn)出來的就是閃閃發(fā)亮的鈦金屬了，事實上，從反應(yīng)釜里出來的是一種多孔的、看起來像海綿的灰色物質(zhì)，被稱為“海綿鈦”。把它們放到電爐中熔化成液體，才能鑄成鈦錠。

21世紀的金屬

鈦是一種銀白色的金屬，密度是4.5克/立方厘米，這一密度雖然比鋁大一點，卻比銅、鐵小很多；它的強度雖然不如鋼，但如果考慮到它的密度，它的比強度（強度和表現(xiàn)密度的比值）位于金屬之首，遠遠超過優(yōu)質(zhì)鋼鐵；它的熔點高達1 668℃，比鐵、銅都要高，鎂、鋁就更不用提了。在常溫下，它會與氧氣化合生成一層致密的氧化薄膜，不管是硫酸、鹽酸、硝酸還是燒堿，只要是稀溶液，都不能傷它分毫，甚至稀王水也奈何不了它，這說明它具有極強的耐腐蝕性。有好事者做過實驗，將一塊純鈦沉入海底，5年后撈上來，發(fā)現(xiàn)上面附著了很多海藻和浮游生物，把表面擦拭干凈以后，鈦仍然是銀光閃閃，一點兒都沒有被腐蝕。

鈦的這些特性立刻被美蘇兩大軍事集團盯上。20世紀50年代，蘇聯(lián)嘗試用鈦來建造潛艇，在阿爾法級和麥克級潛艇里都能看到鈦的身影。設(shè)計者正是看上了鈦不僅不會被腐蝕，而且還沒有磁性，不會受到磁性水雷攻擊的特性。

蘇聯(lián)和現(xiàn)在的俄羅斯都很重視鈦工業(yè)，據(jù)2006年的統(tǒng)計，俄羅斯的VSMPO-AVISMA公司是世界上最大的鈦金屬制造商，全世界30%的鈦金屬都是他們生產(chǎn)的。

美國則在二戰(zhàn)后開始使用鈦來制造飛機，當(dāng)時比較著名的機型有F100戰(zhàn)斗機、SR-71偵察機等。美國一直將鈦金屬作為國家戰(zhàn)略儲備，直到蘇聯(lián)解體以后，正逢鈦已經(jīng)大規(guī)模商業(yè)化，美國才開始減少自己的鈦金屬儲備。即便這樣，一直到2000年，冷戰(zhàn)時期的鈦金屬儲備都沒用完。

蘇聯(lián)阿爾法級潛艇

“朱諾號”探測器

美國SR-71偵察機，別稱“黑鳥”

緊隨軍用，民用飛機也迅速用上了鈦。據(jù)統(tǒng)計，每年2/3的鈦都被用于制造民用飛機，一架波音777就要用掉59噸鈦，一架空客380甚至要用掉77噸鈦。

鈦更被人類帶入太空，在探索木星的“朱諾號”探測器上就使用了鈦。相信在未來的太空時代，鈦這種太空元素將會發(fā)揮更大的作用。

它就在我們身邊

其實，鈦不光應(yīng)用在高精尖領(lǐng)域，它早已來到我們身邊。

鈦合金具有特有的銀灰色調(diào)，不論是高拋光、絲光、亞光，都有很好的光澤，因而被珠寶商用來制造戒指、項鏈等。在一些西方國家，鈦金已經(jīng)和黃金、鉑金并列。

鈦還是做運動器械的最好材料。鈦合金的網(wǎng)球拍非常高檔，高爾夫球桿也不例外。

若肢體出了某些問題，也可以請鈦來修補。鈦及鈦合金的密度與人類骨骼接近，與體內(nèi)各種有機物不起化學(xué)反應(yīng)，且親和力強，易為人體所容納，對任何消毒方式都能適用，是一種理想的醫(yī)用材料。

鈦不易腐蝕的優(yōu)點還讓它成了建筑、雕塑里的亮點。青銅很容易發(fā)綠，鋼鐵也容易被腐蝕，而鈦合金的雕塑可以一直保持原來的面貌。

鈦的化合物用途就更廣了。鈦的氧化物二氧化鈦，俗稱“鈦白粉”，是世界上“最白”的東西，1克鈦白粉就可以把 450平方厘米的面積涂得雪白。每年世界上有幾十萬噸二氧化鈦被用作白色顏料。

此外，還可以將鈦白粉當(dāng)成像碳酸鈣一樣的填料，摻入塑料、紙張、牙膏、化妝品里。跟碳酸鈣不同的是，鈦白粉更白，更耐高溫，更適合海洋環(huán)境。但更讓人驚訝的是，鈦白粉的折光率竟然比鉆石還高，這就讓它更耐日曬，將它摻在防曬霜里面，防曬效果倍增。

21世紀已經(jīng)掀開新篇章，希望化學(xué)工作者們再接再厲，讓鈦元素發(fā)揮更大的作用。

用鈦合金來修復(fù)骨骼

用鈦合金作為結(jié)構(gòu)的建筑，很難被腐蝕