1、钛副族和钒副族,第1节 钛副族,1)发现史 钛：1791 年英国 Cornish 教区牧师 ， 兼业余化学家 William Gregor 最先得到钛的不纯氧化物 。
1795 年德国化学家 M. H. Klaproth 独立发现同样的化合物 ， 并按希腊神话中被罚生活于地球隐秘之火中的天与地的子女 Titans 之名 ， 将新元素命名为钛 (Titanium,锆：1789 年 Klaproth 从被当作宝石的锆石中分离出锆的 氧化物 ， 直到 1925 年 A.E.Van 和 J.H.de Boer 用碘化物分解法制得锆 (Zirconium) 。
铪：19221923年 ， 在哥本哈根 Bohr 实验室工作D.Co 。

2、ster 和 G.Von Hevesy 用X射线分析法证实 72 号元素存在于挪威的锆石中 。
此元素被命名为铪(Hafnium ， 哥本哈根的拉丁名称是 Hafnia,2)元素性质,钛 (Ti) 锆 (Zr) 铪 (Hf) 位于周期系第 IVB 族 ， 统称钛副族 ， 价电子层结构 (n1)d2ns2 ， 稳定化态为 IV； 钛主要存在于钛铁矿 FeTiO3 和金红石 TiO2 ； 锆主要存在于锆英石 ZrSiO4 和斜锆石 ZrO2 ； 铪通常与锆共生,一、 钛副族单质,1、单质的性质,1)物理性质 银白色 ， 密度 4.54 g cm3 ， 比钢铁的 7.8 g cm3 小 ， 比铝的 2.7 g cm3大 ， 较轻 ， 强度 。

3、接近钢铁 ， 兼有铝铁的优点 ， 既轻强度又高(航天材料 ，眼镜架等,钛,记忆性合金 (镍钛合金 ， NT) ， 加工成甲形状 ， 在高温下处理数分钟至半小时 ， 于是NT合金对甲形状产生了记忆 。
在室温下 ， 对合金的形状改变 ， 形成乙形状 ， 以后遇到高温加热 ，则自动恢复甲形状 。
如： 固定接头,记忆性合金,甲 乙,2)化学性质,a. 与非金属反应,Ti O2 TiO2 (红热) ； 3 Ti 2 N2 Ti3N4 (点燃) Ti 4 Cl2 TiCl4 ( 300 oC) 所以钛是冶金中的消气剂,钛族金属在常温下不活泼 ， 但在高温条件下它们可以直接和大多数非金属反应,b. 与酸反应,不与稀酸反应 。
钛能溶于热浓盐酸或热硝酸中 ，。

4、 但 Zr 和 Hf 则不溶 ， 它们的最好溶剂是氢氟酸,2 Ti 6 HCl 2 TiCl3 (紫色) 3 H2 Ti 6 HNO3 TiO(NO3)2 4 NO2 3 H2O Ti 6 HF TiF62 2 H 2 H2 Zr 6 HF ZrF62 2 H 2 H2,2 用 途,钛及其合金广泛地用于制造喷气发动机、超音速飞机和潜水艇(防雷达、防磁性水雷)以及海军化工设备 。
钛与生物体组织相容性好 ， 结合牢固 ， 用于接骨和制造人工关节；钛具有隔热、高度稳定、质轻、坚固等特性 ， 由纯钛制造的假牙是任何金属材料无法比拟的 ， 所以钛又被称为“生物金属” 。
因此 ， 继 Fe、Al 之后 ， 预计 Ti 将成为应用广泛的 。

5、第三金属,钛合金,3钛单质的制备,从钛铁矿中提二氧化钛,通过氧化物来制备金属钛,海绵状钛,TiOSO4 + 2H2O TiO2H2O + H2SO4,H2TiO3 TiO2 + H2O,TiCl4 在 950 真空分馏纯化,1000下真空蒸馏除去 Mg、MgCl2 ，电弧熔化铸锭,在充氩气的密封 炉中用熔融Mg(Na) 还原,二、钛副族元素的重要化合物,TiO2： 金红石、锐钛矿、板钛矿,金红石的晶胞,1) 二氧化钛(TiO2,其中最重要的金红石属四方晶系 ， Ti 的配位数 6 ， 氧的配位数 3 。
自然界中是红色或桃红色晶体 ， 有时因含Fe ， Nb ， Ta ， Sn ， Cr等杂质而呈黑色,1、氧化物,Ti(IV 。

6、)氧化物,性质： TiO2 不溶于水或酸 ， 但溶于热浓硫酸或熔化的KHSO4 中 TiO2 H2SO4 TiOSO4 H2O TiO2 BaCO3 BaTiO3(偏钛酸钡) CO2,压电材料 ， 用于超声波发生装置,偏钛酸钡,用途,TiO2 的化学性质不活泼 ， 且覆盖能力强、折射率高 ， 可用于制造高级白色油漆 。
它兼有锌白(ZnO)的持久性和铅白 Pb(OH)2CO3 的遮盖性 ， 最大的优点是无毒 ， 在高级化妆品中作增白剂 。
TiO2 也用作高级铜板纸的表面覆盖剂 ， 以及用于生产增白尼龙 。
TiO2 粒子具有半导体性能 ， 且以其无毒、廉价、催化活性高、稳定性好等特点 ， 成为目前多相光催化反应最常用的半导体材料,2) 。

7、 二氧化锆 (ZrO2) ZrO2有三种晶型：单斜(monoclinic)；四方 (tetragonal)；立方(cubic) 。
三者之间可以相互转换,物性: ZrO2 白色粉末 ， 不溶于水 ， 熔点很高 。
化性: 除 HF 外不与其他酸作用,ZrO2,2 卤化物,1)四氯化钛(TiCl4) 物性：无色液体(mp：249 K ， bp：409.5 K) ， 有刺鼻气味 ， 极易水解 ， 在潮湿空气中会发烟,TiCl4,TiCl4 2 H2O TiO2 4 HCl (利用 TiCl4的水解性 ， 可制作烟幕弹) 2TiCl4 H22TiCl3 2HCl 2TiCl4 Zn 2TiCl3ZnCl2,可用作制备TiCl3,化性 。

8、,2)三氯化钛,水合 TiCl3 : 紫色晶体 ， 在 TiCl3 浓溶液中加无水乙醚 ， 并通入氯化氢至饱和 ， 则在乙醚层得到绿色的异构体 ， 结构式分别是：Ti(H2O)6Cl3 ，Ti(H2O)5ClCl2H2O,还原性: (Ti3 Sn2) 3TiO2 Al 6H 3Ti3 Al3 3H2O Ti3 Fe3 H2O TiO2 Fe2 2H,此反应用于Ti3 的滴定 ， 用KSCN 作指示剂,可用作含钛试样 的钛含量测定,物性,用途: TiCl3 可用作烯烃定向聚合的催化剂,2TiCl4Zn2TiCl3ZnCl2 2Ti6HCl2TiCl33H2,制备,CH3CHCH2 (CH(CH3) CH2 )n,A 。

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标题：无机化学：钛副族和钒副族