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！