【元素家族——連載122】21世紀的金屬——鈦

1791年，英國的一位熱愛地質學的牧師格雷戈爾在英格蘭西部康沃爾發現了一種黑色的沙（現在我們知道是鈦鐵礦），一開始他以為這是磁鐵礦的粉末，因為這種沙可以被磁鐵吸引。他仔細分析了這種沙以後，發現其中有相當多的氧化鐵，但還剩下45.25%是一種白色的粉末，他無法確定這是何等物質，因為這種白色粉末和當時已經發現的任何物質性質都無法匹配。他猜想這其中可能有一種跟鐵類似的新金屬元素，他提交了這一起發現的報告，這份報告被記錄在康沃爾皇家地質學會和德國科學期刊《克雷爾編年史》中。

【鈦的發現者，格雷戈爾。】

同年稍晚一點，德國化學家克拉普羅特（就是發現《平龍認》的那個克拉普羅特的爸爸）研究了金紅石（較純凈的二氧化鈦），認為其中有一種新元素。因為這個新元素是從土裡提煉出來的，所以他用古希臘神話里泰坦巨人來命名它，翻譯成中文就是「鈦」，泰坦巨人本身就意為「土地的兒子」啊。當他聽到格雷戈爾之前的發現之後，確認了鈦鐵礦裡面確實存在一種跟他發現的一樣的元素。他表現了大將風度，並沒有跟格雷戈爾去爭奪鈦的發現者這個名頭，而他給鈦元素的命名也被廣為接受。

【克拉普羅特，在歷史上名氣不大，但他卻是眾多元素的發現者，後面還會繼續出現他的身影。】

跟前面的鈧一樣，鈦被確認為元素以後，仍然隱身了好久，因為提取出來的二氧化鈦無比穩定，很難分解。即使在高溫下用電將鈦分解出來，它也會馬上和周圍的碳、氫、氮等劇烈化合，單質的鈦太難製取了。

一直到1910年，倫斯勒理工學院的亨特在700-800度高溫下用鈉還原四氯化鈦，終於得到了99.9%的金屬鈦。這種方法被稱為「亨特法」。

【發明制鈦方法的亨特和克羅爾。】

亨特法使用的還原劑是昂貴的鈉，仍然不能滿足大規模生產。1932年，來自盧森堡的美國科學家克羅爾用相對便宜的鈣在800多度高溫下還原四氯化鈦，獲得成功並開始商業化。幾年以後，他有用更加易於保存的鎂代替鈣，這種方法一直沿用至今，被稱為「克羅爾法」。

【成熟的克羅爾法工藝。】

千萬不要以為克羅爾法生產出來的就是閃閃發亮的鈦金屬了，事實上，從反應釜里出來的是一種多孔的、看起來像海綿的灰色物質，被叫做海綿鈦。還必須把它們在電爐中熔化成液體，才能鑄成鈦錠。

【海綿鈦。】

人們仔細審視這種新的金屬，發現這是一種銀白色的金屬，比重是4.5，雖然比鋁重一點，卻比銅、鐵輕很多；

它的強度雖然不如鋼，如果考慮到它的比重，鈦的比強度（強度和密度的比值）位於金屬之首，遠遠超過優質鋼鐵；

它的熔點高達1660度，比鐵、銅都要高，鎂、鋁就更不用提了；

它耐腐蝕性能特彆強，不管是硫酸、鹽酸、硝酸、燒鹼，只要是稀的，都不能傷它毫毛，甚至稀王水也奈何不了它，只有濃硫酸、濃鹽酸和氫氟酸才能突破的了它的防線；

有好事者做過實驗，將一塊純鈦沉入海底，過了五年拿起來看看，發現上面粘了很多海藻和浮游生物，擦乾淨以後，鈦仍然是銀光閃閃，一點都沒有腐蝕。

【金屬鈦。】

鈦的這些特性立刻被美蘇二大軍事集團盯上，20世紀50年代，前蘇聯嘗試用鈦來建造潛艇，在阿爾法級和麥克級潛艇里都能看到鈦的身影，因為鈦不僅不會腐蝕，還沒有磁性，不會受到磁性水雷的攻擊。

蘇聯和之後的俄羅斯都很重視鈦工業，據2006年的統計，俄羅斯的VSMPO-Avisma公司是世界上最大的鈦金屬製造商，全世界30%的鈦都是他們生產的。

【前蘇聯阿爾法級潛艇，用鈦合金製造。】

而美國則在二戰後立刻使用鈦來建造飛機，比較著名的機型有：F100，Lockheed A-12和SR-71。美國一直將鈦金屬作為國家戰略儲備，一直到前蘇聯解體以後，正逢鈦已經大規模商業化，美國才開始減少自己的戰略儲備。即便這樣，一直到2000年以後，冷戰時期的儲備才消耗殆盡。

【美國SR-71戰機，別稱「黑鳥」。】

緊隨軍用，民用飛機也迅速跟上，用上了21世紀的金屬元素。據統計，每年三分之二的鈦都被用於民用飛機，僅僅波音777這一種機型每年就要用掉59噸鈦，空客380每年更要用掉77噸鈦。

【波音777。】

鈦更被我們帶入太空，在探索木星的Juno探測器上，就用上了鈦。相信在未來的太空時代，鈦這種太空元素將會發揮更大的作用。

【Juno號探測器，2016年進入木星軌道。】