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21 世纪的金属

时间:2019-10-04    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

21 世纪的金属

 

1964 年 8 月 18 日上午,前苏联首都莫斯科的普罗斯克特米拉广场上,

正在举行一个隆重的典礼。

政府高级官员、红军将领、各国外交使节数百人团团围住一座用红色丝

绸包着的建筑物;武装士兵们神情严肃,举手敬礼;行人则驻足观望着……

嘹亮的军号声中、丝绸缓缓滑落,一枚银白色火箭展现在人们眼前,原来,

这是前苏联政府建立的火箭式航空航天事迹纪念碑。

如今,30 多年过去了,人们发现尽管这枚火箭遭到过风霜雨雪的袭击,

经受过污染空气的考验,它仍然是那么光洁明亮,引人注目。它是用什么材

料制作的呢?

钛!这是一种被人美誉为“大地女神之子”的金属,是一种 21 世纪的金

属。然而,人类在发明炼钛的过程中也是历经艰难啊!

早在 18 世纪末期,在英国康瓦尔郡梅纳辛教区,住着一位受人尊敬的牧

师格列高尔。

格列高尔个头高大,面容慈善,是一个博学多才的人,他不仅是康瓦尔

郡地质学会的创始人,也是技术精湛的分析化学家,因此,格列高尔特别喜

欢收集石块。他经常去周游英国各地,采集各种石块,然后带回来分门别类

地进行研究。

1791 年春天的一个傍晚,格列高尔在故乡的梅纳辛河谷发现了一种从未

见过的石块,外表黝黑,带有磁性。

“这种石块我倒还是第一次见到,真奇怪!”格列高尔对着这种石块端

详了半天仍一无所知。

经过分析,他发现石块中除了常见的磁铁矿成份和硅石成份外,还含有

一种棕红色的矿渣粉末,它是什么?


格列高尔将这种未知的粉末提取了出来,将粉末投入硫酸,它溶解了,

得到一种黄色的溶液;再投入锡粒,溶液变成了紫色;投入锌粒,溶液也变

成了紫色。这紫色溶液内含有什么东西呢?

格列高尔又去查阅了有关文献资料,结果也是不得而知。他想,这棕红

色粉末肯定是一种未知的金属矿物,这种金属具有当时所有已知金属都不具

备的性质。

“那么,就叫它梅纳辛矿石吧。”格列高尔以他故乡的名字来命名这种

石块,并将自己的发现写成论文,寄给了有关的科学刊物。论文在 1791 年

就发表了,但当时的英国科学界,有谁会对一个乡村牧师的论文感兴趣呢?

4 年以后的 1795 年,从匈牙利布伊尼克地区运到德国的一种红色的“金

红石”矿石,引起了柏林大学化学系马丁・克拉普罗特教授的极大兴趣,他

的印象中这种矿石似曾相识,经过查阅,果然它和梅纳辛矿石很相像,只是

从外表上看,前者为红后者为黑。

经过分析,这位德国化学界的权威认为:梅纳辛矿石是由于含磁铁矿成

份才变黑的,两种矿石所含的棕红色粉末中含有一种未知的金属。

富于幻想的克拉普罗特给这种新金属取了一个美丽的名字——钛,它取

自希腊神话中大地女神之子的名字“泰坦”。

克拉普罗特希望自己能亲手把钛从金红石中提炼出来,但是,一次又一

次的努力总是归于失败。

为了获得第一个提炼钛的殊荣,各国化学家们展开了一次竞争。为了第

一个发明炼钛的技术,他们运用了种种方法来对付金红石。许多次,有人声

称自己成功了,但事实证明他们得到的并不是钛,而是钛和其他金属的化合

物。这些人中包括当时声名显赫的瑞典科学院院长、著名化学家贝采里乌斯

等。

这种状况持续了将近 100 年,直到 1875 年事情才出现了转机。

这一年,俄国化学家基利洛夫成了幸运儿,他第一个设法制取了金属钛,

虽然当时的纯度相当低,但人类总算第一次看到了这位“大地女神之子”的

真面目。基利洛夫为此写了一本书——《钛的研究》,书中详细介绍了他的

研究成果。然而,沙皇政府对此并没有重视,他的成果如同格列高尔的论文

一样,犹如石沉大海。

又过了 12 年,瑞典两名化学家尼尔森和彼特森设法制取了四氯化钛,怎

样进一步将钛从四氯化钛中“解放”出来呢?

他们想到了生性活泼的钠,用钠去取代钛,或许能成功。他们在一只密

封的钢瓶里,开始了这一项工作,果然成功了,他们制取的钛纯度达到了 95

%。

以后,又一名法国化学家亨利・莫伊桑花了九牛二虎之力,将钛的纯度

提高到了 98%。能不能将纯度再进一步提高呢?

1910 年,从大洋彼岸传来了好消息:美国化学家亨特借鉴尼尔森和彼特

森的方法,首先尽可能净化四氯化钛和金属钠,然后再将它们混和后放入钢

瓶里,终于制成了纯度达到 99.9%的金属钛,重量还不到 1 克。

“大地女神之子”终于来到了人间。

但是,直到 19I0 年,钛在人们的眼中也还只是一个强度低、性质脆的“丑

八怪”,人们一直以为钛经不起机械加工,只能制造一些运转速度极其缓慢

的机械零件。


这实在是对钛莫大的误会。亨特当时虽然制得了纯度达 99.9%的“纯”

钛,但是实际上,正是这 0.1%的杂质使钛丧失了英雄本色,连亨特本人也

怀疑自己花了那么大的力气是否值得。

是金子总要闪闪发光的。1925 年,荷兰科学家阿克尔和德博尔联手合

作,为“大地女神之子”拂去了脸上的灰尘,终于使钛显露了英雄本色。

其实,阿克尔和德博尔对钛早就心存仰慕之情了,他俩坚信钛是一种大

有作为的新金属,因此他们四处收集资料,潜心研究制取纯钛的办法。

1925 年,他俩经过反复研究,认为钛的纯度不仅与原料四氧化钛的纯度

有关,而且与还原剂也有关。当他们选用加热的钨丝作为还原剂时,竟然真

的炼出了高纯度的钛:它银光闪亮,具有很大的可塑性,可以轧成棒、压成

板、抽成丝,甚至可以制成比纸还要薄的钛箔。这真是太奇妙了,千呼万唤

始出来啊!

钛是一种并不稀有的稀有金属,据估计,钛约占地壳总量的千分之六,

比铜、锡、锰、锌等在地壳中的含量,要多几倍甚至几十倍呢!就连陨石中

也含有钛。但正是由于钛的提炼太困难了,至今人们还把它看作是一种稀有

金属。

1947 年,人们才开始在工厂里冶炼钛,当年全世界的产量只有 2 吨;1955

年,产量激增到 2 万吨;1972 年,年产量达到了 20 万吨。

钛难于提炼,主要是因为它在高温下化合能力极强,可以和氧、碳、氮

以及其他许多元素化合。因此,不论在冶炼还是铸造时,人们都小心地防止

这些元素侵袭钛。现在,人们是利用镁与四氯化钛在惰性气体氦或氩中相互

作用来提炼钛的。正因为提炼钛很复杂,又要消耗很多贵重的原料,所以它

的成本很高。

钛为什么如此受人欢迎呢?因为它的比重小,强度高、耐高温、抗腐蚀

性强,是一种非常理想的金属。

钛的硬度与钢铁差不多,而它的重量几乎只有同体积钢铁的一半;钛虽

然比铝重一点,它的硬度却比铝大两倍。现在,在宇宙火箭和导弹中,就大

量用钛代替钢铁,极细的钛粉,还是火箭的好燃料呢!由此,钛被誉为宇宙

金属、空间金属。人们还用钛制造了钛飞机,这种飞机有 95%的结构材、料

是用钛做的。

钛的耐热性很好,溶点高达 1725℃。它在强酸、强碱溶液中可以安然无

恙,甚至王水也奈何它不得。有人曾把一块钛沉入海底,5 年以后取上来一

瞧,上面粘了许多小动物和海底植物,却一点也没有生锈,依旧亮闪闪的。

用钛制造的潜艇,不仅不怕海水,而且能够承受高压,这种钛潜艇可以在深

达 4500 米的深海中航行,那里的压力之大是普通潜艇承受不了的。

更有趣的是钛在医疗上的应用:在人体骨头损坏的地方,填进钛片和钛

螺丝钉,过了几个月,骨头就会重新生长在钛片的小孔和螺丝钉的螺丝中,

新的肌肉纤维就包在钛片上面,这种“钛骨”与真的骨头可没什么不同呀!

有人将钛称为“21 世纪的金属”,这一点也不夸张啊!


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