钛副族是周期表中第VB族，包括钛(Ti)、锆(Zr)、给(Hf)3种元素。钛副族元素原子的价电子层构型为(n-1)d²ns²，最稳定的氧化态是+4，其次是+3，而+2氧化态则较为少见。钛还可能呈现0和-1的低氧化态。锆、铅生成低氧化态的趋势比钛小。

钛在地壳中的质量分数为0.56%(列第9位)，最重要的矿物是钛铁矿FeTiO₃和金红石TiO₂矿，其他还有钙钛矿CaTiO₃、榍石CaTiSiO₅等。钛因提炼较难、研究起步较晚而成为稀有元素。锆常以锆英石ZrSiO₄、斜钴石ZrO₂等形式存在于自然界中。给常与锆矿共存。锆和给在地壳中的质量分数分别为1.9×10^-2%(列第18位)和3.3×10^-4%。

钛副族元素的单质

1. 金属的提炼

金属钛熔点高，高温下易与空气、氧气、氮气、碳和氢气反应，因而不容易提取，价格昂贵。

钛铁矿经富集得到钛精矿，用硫酸处理转化为硫酸氧钛TiOSO₄。

FeTiO₂+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O

浸取液在低温下结晶出FeSO₄·7H₂O。过滤后稀释、加热使TiOSO₄水解得到H₂TiO₃，煅烧H₂TiO₃得到TiO₂。

将TiO₂与碳、氯气共热生成四氯化钛TiCl₄。

TiO₂+2Cl₂+2C=TiCl₄+2CO

产物中也有CO₂生成。

然后在氩气氛中用镁或钠进行热还原得到金属钛。

TiCl₄+2Mg=Ti+2MgCl₂

也可由熔盐电解法提炼金属钛。以熔融CaCl₂为助熔剂，在惰性气氛中直接电解TiO₂即可获得金属钛。

早期由钛铁矿与碳、氯气在900℃反应制备TiCl₄。

2FeTiO₃+7Cl₂+7C=2TiCl₄+2FeC1₃+6CO

金属钴则由四碘化锆ZrI₄；在1300℃热分解提取。

ZrI₄=Zr+2I₂

2. 单质的性质

金属钛的主要特点是密度小、强度大。因此，钛兼有钢(强度高)和铝(质地轻)的优点。纯净的钛有良好的可塑性和韧性，耐热和抗腐蚀性也很好。金属钛及其合金是优质的结构材料，用于制造飞机和航天器。

金属锆的抗腐蚀能力超过钛和但。

钛是活泼金属(E^Θ=-1.37V)，但在常温或低温是钝化的，因为金属表面生成了一层薄的难渗透的氧化膜。钛能缓慢地溶解在热的浓酸中，生成Ti³⁺，其水合离子为紫红色。

钛可溶于热的硝酸中生成TiO₂·nH₂O。锆能溶于热的浓H₂SO₄或王水中。

钛副族金属均可溶于氢氟酸中

Ti+6HF=H₂[TiF₆]+2H₂

在高温时，钛副族金属都很活泼，可以直接化合生成氧化物MO₂、卤化物MX₄、间充型氮化物MN和间充型碳化物MC等。

粉末状的钛副族金属能吸附氢气并生成间充型化合物，吸收氢气的量取决于温度和压力，其极限组成为MH₂。该族元素的氢化物能在空气中稳定存在，且不与水作用。钛能在空气、氮气中燃烧。

钛可以和多种金属形成合金。钛银合金在温度低于临界温度4K时，呈现出零电阻的超导功能，是高场超导磁体的主要制造材料。钛镍合金有较强的形状记忆应变和较高的恢复能力，是最佳形状记忆合金，其在航空航天领域内的应用有很多成功的范例，如人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。在临床医疗领域广泛用于人造骨骼、牙科正畸器、各类腔内支架等，记忆合金在现代医疗中正扮演着不可替代的角色。记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关，如可以制作消防报警装置及电器设备的保险装置等。

金属钛无磁性、无毒，具有亲生物性(在体内不出现排斥反应)，可用于制造人造关节和接骨等。

锆粉有较好的吸收气体性能，可吸收氧气、氢气、氮气、一氧化碳和二氧化碳等。锆与锡、铁、饿、铌等元素所形成的合金具有良好的耐蚀性和较高的强度。

除氢氟酸外给只溶于浓硫酸，在普通酸、碱介质中，腐蚀速率极低，是很好的耐腐蚀材料。

铪及其化合物还具有熔点高、抗氧化性强的特点，是很好的耐高温材料。

相关链接：生命体中的过渡元素

文章来源：《无机化学核心教程（第二版）》

版权与免责声明：转载目的在于传递更多信息。

如其他媒体、网站或个人从本网下载使用，必须保留本网注明的"稿件来源"，并自负版权等法律责任。

如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起两周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。