上天入海，“泰坦尼克”牌元素功不可没！

泰坦尼克号的英文“Titanic”原意是希腊神话中泰坦一族的仙人。鲜为人知的是，一种化学金属元素的名字也由此单词而来。

它比钢铁硬，不惧强酸强碱，人类上天入海都离不开它；它是罕见金属之一，提纯制取很是不轻易；它的氧化物布局很是不变，连名字都与泰坦尼克号的英文附近，人们从发现它到提纯它，共花了两百年……

这事要追溯到18宿世纪末。

发现真不易

1791年，英格兰康沃尔郡克里特教区的牧师格雷戈尔到本郡的马纳坎教区布道时，在小溪边不经意间捡到一块口角相间的沙块。

时年29岁的格雷戈尔另一个身份是地质学家，时不时研究研究矿石。经由过程尝试，他发现发沙块中有两种氧化物：黑色颗粒是能被磁铁吸引的氧化铁，白色颗粒则不知是何物。研究了良多天，他仍是没找到谜底。“莫非这是一种新元素的氧化物？”格雷戈尔把白色颗粒挑出来，设法研当作粉末，发现这些白色粉末很轻，还不易熔化。他把发现过程写当作文章，颁发在英国皇家地质学会的会刊和德国《化学年鉴》上。

英格兰矿物学家格雷戈尔。(收集图)

转眼到了1895年。德国化学家克拉普洛特在研究匈牙利产的金红石矿时，他发现这块褐红色的石头中含有一种白色的晶体粉末。进一步试验得知，这些晶体粉末的粘附性极强。

“这些白色粉末太厉害了，连煤块也不克不及让它变黑一点点？”克拉普洛特翻阅各类资料，终于在《化学年鉴》上发现几年前格雷戈尔研究未知氧化物的文章，他也是以断心猿意马白色晶体里含有新元素。

克拉普罗特像。(收集图)

确定无法经由过程尝试将白色粉末里的未知元素进行还原后，克拉普洛特决议为这种元素定名，因为有名称既有利于记实和传布，也有利于后宿世科学家研究。颠末深思，他决议借用古希腊神话中的仙人“Titanic”的名字，将此新元素定名为“Titanium”。若干年后，中国科学家按照读音将“Titanium”译作“钛”。Titanic的英文原意是复杂的或坚忍的，此词本家儿要形容钛元素连结白色的能力。

Titanic？没错，汉译泰坦尼克。100多年后的1912年，那时最豪华的英国邮轮就用它定名。然而让人遗憾的是，号称最坚忍的泰坦尼克号却因撞击冰山而变成那时最年夜的海难悲剧！

提纯更不易

克拉普洛特为钛定名后没多久，西方人诧异地发现，钛的氧化物二氧化钛，也就是金红石矿中的白色粉末，可以插手钞票或绘画的白纸中，让它们变得更白且不透明，这结果是其它物质无法替代的。后来，他们进一步发现，二氧化钛不单熔点很高，是制造搪等器皿的抱负原材料；并且，它没有毒，可以做油画、水彩中的白色颜料，比锌白（氧化锌）的结果好，且不易起化学转变。

值得一提的是，古代中国人一向选用白垩、蛤粉等作白色颜料，直到20宿世纪50年月，当局批量出产钛后，钛白才真正运用到国画中。

白色颜料之王——粉状“钛白”。(收集图)

所以，自克拉普洛特为钛定名后的一百多年里，商人们设法开采钛矿，经由过程获得二氧化钛来取利；科学家们则设法分化二氧化钛、四氯化钛等，以获得高纯度的钛。然而这个手艺活儿难倒良多人，因为钛的化合物极其不变，提纯过程中的金属钛又易与氧、氮、氢、碳等发生激烈的化学反映。

日历翻到1887年，分手纯净钛终于取得本色性进展。瑞典科学家尼尔森和彼得森经由过程无数次尝试，在密封的钢瓶中，用金属钠还原四氯化钛，获得纯度为95%的钛。沿着两位瑞典科学家的萍踪，法国科学家莫伊桑于1895年提炼出纯度为97%的钛。

1910年，美国化学家亨特改良尼尔森等的方式，终于制得纯度为99%的钛，不外质量只有1克。后人把他制钛的方式叫做亨特法，又叫钠还原法。

美国化学家亨特。(收集图)

与铁、铜等金属纯度达99%时就可完全运用到工业中分歧。杂质含量跨越1%的钛就很脆，经不起机械加工，派不了年夜用场。只有含量达到99.999%的超高纯度的钛才能知足航空航天所用的高端钛合金、半导体芯片用溅射靶材等进步前辈手艺的原材料需求。

亨特制钛一事再次表白，提炼纯净的钛是何等艰难的挑战；与此同时他们更坚信，高纯度或超高纯度的钛将为人类带来庞大的帮忙。

派上年夜用场

支出总有回报。距亨特制得99%纯度钛后15年，提纯钛的工作再次取得本色性进展。荷兰科学家范阿克尔和德博尔在一根加热的钨丝上还原四氯化钛，终于获得纯度为99.2%的钛。1940年，卢森堡科学家克罗尔则初创用镁还原四氯化钛的方式获得纯度99.7%的钛。具体做法就是先把四氯化钛放进密封的不锈钢罐中，充上氩气，使四氯化钛、氩气与金属镁反映，最终还原当作纯钛。后人把克罗尔制钛的方式叫做克罗尔法，又叫镁还原法。

镁还原法出产钛的凡是过程线路图。(源于收集)

经由过程亨特法和克罗尔法从钛铁矿或金红石矿中还原出的钛呈海绵状，所以人们称其为海绵钛。作为出产精辟金属钛的根基原料，海绵钛纯度一般为99.1%～99.7%。把海绵钛进行再提炼，就可以获得纯净的钛。一种方式是经由过程机械制当作钛棒、钛锭等金属材料，另一种方式是机械研磨出产当作钛粉。钛粉被用于锻造紧密仪表部件、机械设备的概况镀膜等。

工人在加工海绵钛。(收集图)

自此，人们终于弄清了钛的长处：它是银白色的金属，耐高温，熔点高达1725℃，抗侵蚀性强得连最凶猛的酸——王水也无可何如；其强度与钢相似，但重量只有钢的一半；重量是铝的1.5倍，强度比铝高5倍。

钛的长处决议了它在为人类办事大将派上年夜用场。今朝，宇宙飞船和导弹制造中，科学家们用钛取代钢铁。每年宿世界列国用于宇宙航行的钛，已跨越一千吨。由此，钛被称为太空金属、空间金属。此外，因为钛的强度高，能承受高压，所以科学家在潜艇制造中插手年夜量的钛，这种潜艇可在4500米的深海中航行。上天入海，“泰坦尼克”牌元素终于年夜显身手。

“梭鱼”级钛合金外壳潜艇。（收集图）

跋文

有趣的是，被年夜量运用于航空、海洋的钛，却位居罕见金属之列。持久以来，人们认为钛的存量很少，可是近年来科学家经由过程研究，发现钛的储藏量很是丰硕，在地壳中含量仅次于铝、铁、钠、钾、镁等金属。随便把一把土，里面也有千分之二摆布的钛，真可谓一点不“罕见”。

我国尽管钛资本比力丰硕，仅四川攀枝花地域就有年夜量钛铁矿，海绵钛出产年产量17万吨，但在高纯钛范畴几乎空白，价值百万元每吨的高纯度钛（纯度在99.8%以上）还本家儿要靠进口。相信经由过程科学家们的不竭尽力，不久的未来，我国终将由钛出产年夜国变为钛出产强国！

【参考资料】

1、论文《金属钛的机能、成长与应用》，作者庾晋，2003年。

2、论文《化学元素中文定名的由来》，作者张纶，

作者：魏德勇