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21世纪的金属
来源:世界科技百科 专题:金属王国 发布时间:06-08

  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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