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鈦娘

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敬請注意,您已經來到了過渡金屬盟約同盟。請在注意自身安全的情況下,盡情享受由使魔們打造的多彩世界。
  1. 請不要害怕那些擁有堅硬的鋼灰色外表的元素,我們擁有的是溫暖的心靈。(註)過渡金屬多為硬度、密度、熔沸點較高的金屬元素,但其中有很多是生命必須微量元素。
  2. 過渡金屬娘們注重召喚使魔的魔法,不同階級的使魔常常能帶來不同的色彩。(註)很多過渡金屬有多個價態,並且其中的一些元素的離子顏色豐富。
  3. 請注意,勿接近工廠廠區,以免造成不必要的傷害。(註)過渡金屬娘中的很多位的主要用途都是製造工業、軍事領域使用的特種合金。

祝您遊覽愉快!

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萌娘百科化學元素萌化專題正在建設中,歡迎您參與完善本條目☆chemiluminescence~
自從看了元素娘,麻麻再也不用擔心我的化學成績啦~

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022-Ti.jpg
基本資料
本名
Titanium 蒂塔紐
暱稱化學符號
Ti
身高原子半徑
160±8 pm(共價半徑)
體重原子量
47.867
熔點 1668 °C
沸點 3287 °C
密度 4.506 g/cm3 (常溫)
化合價 常見有0,+2,+3,+4
行動力電負度
1.54 (鮑林標度)
姐妹們同位素
共有28個同位素,有5種可以穩定存在,分別為46Ti,47Ti,48Ti,49Ti,50Ti
相關人士元素

鈦娘是常見的過渡金屬娘,也是與人類交往最為密切的金屬娘之一。

家族,使魔化合物,社會關係

家族

鈦娘屬於過渡金屬娘,同時是第四副族元素娘,家族情況如下:

  1. 大姐 鈦娘Ti
  2. 二妹 鋯娘Zr
  3. 三妹 鉿娘Hf
  4. 四妹 鑪娘Rf掛了

鈦娘是家族的長姐,擁有其他金屬娘羨慕不已的超完美身材(強度與質量的比例最高)。

外貌

銀白髮色,雖然是蘿莉身材(密度很小),但發育得很勻稱(強度很高)。是隱藏巨乳(地殼含量很高但因為工藝原因沒能具有很高產量),白大褂內(二氧化鈦被作為白色顏料)穿著鮮艷的紫色連衣裙(三價離子顏色) ,戴著金紅石首飾(金紅石是含鈦礦物)。

使魔化合物

鈦娘的使魔分許多階級(價態) (0)蒂塔紐 自己 +2一氧化鈦 +3 氮化鈦娘(金髮) 三氟化鈦娘(紫髮) +4 二氧化鈦娘(銀髮) 四氯化鈦娘 鈦酸根醬

  • 鈦的氧化物使魔

鈦娘的氧化物使魔的髮色很繽紛,甚至因為極其絢麗瑪麗蘇的五彩髮色而常常被人類用來做鍍層。

一氧化鈦醬

一氧化鈦醬是一種非整比化合物,其中氧娘的占比從1:1.3到1:0.7不等。2017年,一氧化鈦醬首次在外行星的大氣中被發現。另外,人們已經獲得證據表明星際介質中存在一氧化鈦醬。

由於其中鈦娘為+2價使魔,所以極不穩定。例如一氧化鈦醬的在酸性溶液中會短時間內穩定,然後分解生成氫娘

$$\ce{2Ti^{2+} + 2H^{+} -> 2Ti^{3+} + H2 ^}$$

二氧化鈦醬

二氧化鈦醬是和人們關係最近的鈦娘的氧化物使魔,和鈦娘類似,二氧化鈦醬擁有十分純潔的雪白色髮色,是最優秀的白色顏料之一,有時候會被用在牙膏里。學生黨中使用的修正液、修正帶也有大量的二氧化鈦醬,二氧化鈦醬也是淨化空氣的好手,她可以消除車輛排放物中25%到45%的氮娘氧化物使魔,也可用於治理由PM2.5引起的空氣污染。

二氧化鈦醬在自然界就存在,一般用硫酸法和氯化法兩種方法提純,這裡介紹步驟較少的氯化法。

$$\ce{2TiO2 + 3C + 4Cl2 -> 2TiCl4 + 2CO ^ + CO2 ^}$$

$$\ce{TiCl4(g) + O2 (g) -> TiO2 (s) + 2Cl2 (g)}$$

同時二氧化鈦醬和金屬鈦娘在 1500 °C百合成姐姐一氧化鈦醬,二氧化鈦醬和金屬鈦娘在 1600 °C百合成妹妹三氧化二鈦醬。

$$\ce{TiO2 + Ti ->[1500^{\circ}C] 2TiO}$$

$$\ce{3TiO2 + Ti ->[1600^{\circ}C] 2Ti2O3}$$

三氧化二鈦醬

三氧化二鈦醬比較罕見,結構與剛玉類似,在200°C以下為半導體。


  • 鈦娘的氮化物使魔

氮化鈦娘有著和金娘相似的澄黃髮色,但和軟萌軟萌的金娘不一樣,她還是人類已發現的硬度最高的材料之一,其硬度甚至接近於金剛石娘,常常出現在各種金屬鑽頭上。
氮化鈦娘還可用於微電子領域,製成薄膜後可作為有源器件和金屬接點之間的導電阻擋層。而將她添加到金屬矽中,它的導電率又足以形成良好的導電連接。
在過去的十年中,人們製造了碳氮化鈦(TiCN),氮化鋁鈦(TiAlN)和眾多鈦鋁碳氮化物,這些顏色從淺灰色到近黑色,或者是暗的虹彩藍紫色的各類材料,被廣泛地用作塗料,塗抹在體育用品、刀槍等器件的表面上。

  • 鈦娘的鹵化物使魔

四氯化鈦醬是鈦娘最重要的化合物之一,許多使魔都是由她製備的。她是無色、有刺激性氣味的液體,在水中,甚至在潮濕空氣中都會快速水解。

$$\ce{TiCl4 + 3H2O -> H2TiO3 + 4HCl}$$

而在水不足或者有酸存在的時候,會發生部分水解,生成白色的氯化鈦醯醬。

$$\ce{TiCl4 + H2O ->TiOCl2 v + 2HCl}$$

喪心病狂的人類甚至用這一副反應製造煙霧彈,不過由於鹽酸具有腐蝕性,現在已不再使用她作煙霧劑。

目前,九成的四氯化鈦被用於製造二氧化鈦,該過程主要是四氯化鈦醬的水解反應。不過由於四氯化鈦醬的水解反應有很多副反應,有時會有時用氧娘作氧化劑製取。

$$\ce{TiCl4 + O2 ->TiO2 + 2Cl2}$$

三氯化鈦醬是較穩定的鈦娘的鹵化物使魔,有著藍紫色的外表,主要用作有機反應里的還原劑。

三氯化鈦醬一般由是通過還原四氯化鈦醬製得的,還原劑可以是氫娘或鈦娘本體。

$$\ce{H2 + 2TiCl4 ->2TiCl3 + 2HCl}$$

三氯化鈦醬也被用於生產其他鈦娘的使魔,例如在500 ℃時發生歧化反應:

$$\ce{2 TiCl3 ->[500^{\circ}C] TiCl2 + TiCl4}$$

二氯化鈦醬有著極高的反應性,所以人們對二氯化鈦醬的性質仍未深入理解。Ti2+離子是一個強還原劑,特別喜歡氧娘,甚至可以把水娘中的兩個氫娘踢出去,形成H2

社會關係

鈦娘和氧娘的關係很好,在空氣中會形成氧化膜形影不離。鈦娘也很高冷,很少和酸反應,除非很濃或者是HF醬。

出道

1791年,英格蘭業餘礦物學家格雷戈爾在英國發現一些會被磁鐵吸引的黑沙,這就是鈦娘的礦物的形式,他意識到這種礦物包含著一種新的元素。經過分析,發現沙裡面有兩種金屬氧化物,即氧化鐵(沙受磁鐵吸引的原因)及一種他無法辨識的白色金屬氧化物。直到1795年,普魯士化學家克拉普羅特從匈牙利的金紅石中再度發現這種氧化物。克拉普羅特發現它含有一種新的元素娘,並以希臘神話中的泰坦為她命名。當他聽聞到格雷戈爾較早前的發現之後,克拉普羅特取得了一些樣本,並證實鈦娘就藏在裡面。

一直到1910年人們才製備出純鈦,美國化學家亨特將四氯化鈦醬和鈉娘一起加熱至700-800攝氏度真是喪心病狂,以提煉出高純度的鈦娘,這種方法被稱為亨特法。但是這時鈦的應用仍只限於實驗室,直到1932年克羅爾證明出可以利用鎂娘將四氯化鈦醬還原以提煉出鈦娘。目前鈦娘的工業提煉使用克羅爾法。

超強的未來金屬

在20世紀50年代與60年代,蘇聯娘率先將鈦娘用於製造潛艇(661型潛艇、705型核潛艇、M級核潛艇),後來被用於各種軍事航空用途,尤其是製造高性能戰機。
除了米格25:不鏽鋼

由於它的高抗拉強度-密度比、優良的抗腐蝕性、抗疲乏性、抗裂痕性及能夠在沒有蠕變的情況下抵受適度高溫簡單來說就是耐操,鈦娘和其他金屬娘的合金被用於航空器、裝甲敷板、海軍艦隻、太空飛行器與飛彈。黑鳥娘是最早在架構上廣泛使用鈦娘的機體。而在客機領域,大部分的波音娘空客娘生產的飛機都要用十幾噸,甚至幾十噸鈦娘,如生產波音777娘要用59噸鈦娘,波音747娘要44噸,波音737娘要18噸,尤其是空中巴士A380娘可能要用146噸鈦娘。

由於不易被海水娘腐蝕,鈦娘經常被用於製造螺槳軸、索具及用於海水淡化廠的換熱器;還被用於鹹水水族館的冷熱水器、釣魚線及潛水用刀。科學用或軍用的監察儀中也有鈦娘的影子。

值得一提的是,位於莫斯科高40米的加加林紀念柱,也是用鈦娘建成的,選用鈦娘的原因是因為她吸引人的顏色以及跟火箭技術的關聯。

召喚方式

這麼高冷的萌娘,怎麼能不召喚出來捏捏呢?

實驗室召喚術

實驗室一般都會氪金購買鈦娘,不過有時會用FFC劍橋法製備鈦娘。

方程式:

$$\ce{CaCl2 ->[ele.] Ca + Cl2 ^ }$$

$$\ce{TiO_x + x Ca ->[900-1100^{\circ}C] Ti + x CaO}$$

整個製程通常在900 °C至1100 °C的溫度範圍內進行,陽極常以石墨碳棒製作,陰極是待還原的含鈦娘氧化物使魔。而電解液則須以氯化鈣熔湯擔當,坩堝大多採用石墨材質。該反應自發進行時,稱之為鈣熱還原反應,不過雖然上式這麼表示,但實際上這是一個逐漸將氧娘從氧化物上剝離的過程。比如,如果用二氧化鈦醬作為氧化劑,她不會一步到位地產生鈦娘,而會先產生一堆中間產物如Ti3O5Ti2O3TiO等等低價氧化物使魔。

工業召喚術

工業製法:克羅爾法

首先把從礦石中初步提煉過的鈦鐵礦丟進1000 °C的流體化床,碳娘還原。接著對還原得到的混合物通入氯娘,產生四氯化鈦醬及多種易揮發的氯化物氣體萌娘,接著對這團混合氣體進行分餾。分餾後將純的四氯化鈦醬通入不鏽鋼反應器,再加入過量的鎂或鈉熔融液(通常主要是鎂),以確保完全反應。

方程式:

$$\ce{2 FeTiO3 + 7 Cl2 + 6 C ->[900^{\circ}C] 2 TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 CO}$$

$$\ce{TiCl4 + 2 Mg ->[1100^{\circ}C] 2 MgCl2 + Ti}$$

元素娘趣事

  1. 鈦娘和鐵娘相似,顆粒在空氣中很容易和氧娘燃燒百合生成二氧化鈦,發出極閃耀的白熱火花,也因此常被人類打上花火,塞進各種煙花中。
  2. 純二氧化鈦醬的折射率非常高,而且對光學色散能力比鑽石娘還高,有時甚至能作為寶石。
  3. 鈦娘沒有毒性,即使大劑量時也是如此,鈦娘在人體中不會發生任何自然作用。據估計,人每天會攝取約0.8毫克鈦娘,但大部分都在沒有被吸收的情況下通過。
  4. 而在植物中,一種未知的機制可能會用鈦娘來刺激碳水化合物的生產並促進生長。
  5. 粉末狀的鈦娘及刨削下來的鈦娘薄片很容易引起火災,而且在空氣中會因加熱而發生爆炸。水娘二氧化碳娘之類的滅火法對燃燒中的鈦娘無效,必須改為使用D類乾粉滅火劑。
  6. 必須小心注意鈦娘有沒有周圍沒有干的氯娘,否則會引起鈦/氯火災。反而濕的氯娘濕身誘惑不太會引起火災,但依然要萬分警惕。