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钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。 20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。 另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。 目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、、、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。 钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物（TixAl，此处x=1）四类2. 钛合金的新进展 近年来，各国正在开发低成本和高性能的新型钛合金，努力使钛合金进入具有巨大市场潜力的民用工业领域阳。国内外钛合金材料的研究新进展主要体现在以下几方面。（1）高温钛合金。 世界上第一个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V，使用温度为300-350℃。随后相继研制出使用温度达400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用温度为450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地应用在军用和民用飞机发动机中的新型高温钛合金有.英国的IMI829、IMI834合金；美国的Ti-1100合金；俄罗斯的BT18Y、BT36合金等。表7为部分国家新型高温钛合金的最高使用温度[26]。近几年国外把采用快速凝固／粉末冶金技术、纤维或颗粒增强复合材料研制钛合金作为高温钛合金的发展方向，使钛合金的使用温度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美国麦道公司采用快速凝固／粉末冶金技术戚功地研制出一种高纯度、高致密性钛合金，在760℃下其强度相当于目前室温下使用的钛合金强度[26]。 （2）钛铝化合物为基的钛合金。 与一般钛合金相比，钛铝化合物为基钠Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金属间化合物的最大优点是高温性能好（最高使用温度分别为816和982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好和重量轻（密度仅为镍基高温合金的1/2），这些优点使其成为未来航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料[26]。目前，已有两个Ti3Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#在美国开始批量生产。其他近年来发展的Ti3Al为基的钛合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl（γ）为基的钛合金受关注的成分范围为Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.％），此处M为v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一种元素。最近，TiAl3为基的钛合金开始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金[1]。 （3）高强高韧β型钛合金。 β型钛合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型钛合金具有良好的冷热加工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。新型高强高韧β型钛合金最具代表性的有以下几种[26,30]: Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢性能相当，具有优异的锻造性能； Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），该合金冷加工性能比工业纯钛还好，时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上； β21S（），该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金，具有良好的抗氧化性能，冷热加工性能优良，可制成厚度为的箔材；日本钢管公司（NKK）研制成功的SP-700（）钛合金，该合金强度高，超塑性延伸率高达2000％，且超塑成形温度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-扩散连接（SPF/DB）技术制造各种航空航天构件； 俄罗斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉强度可达1105MPA以上 （4）阻燃钛合金。常规钛合金在特定的条件下有燃烷的倾向，这在很大程度上限制了其应用。针对这种情况，各国都展开了对阻燃钛合金的研究并取得一定突破。羌国研制出的Alloy c（也称为Ti-1720），名义成分为50Ti-35v-15Cr（质量分数），是一种对持续燃烧不敏感的阻燃钛合金，己用于F119发动机。BTT-1和BTT-3为俄罗斯研制的阻燃钛合金，均为Ti-Cu-Al系合金，具有相当好的热变形工艺性能，可用其制成复杂的零件[26]。 （5）医用钛合金。 钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植人人体的植人物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这一问题早已引起医学界的广泛关注。羌国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，包括、、和，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水乎，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（）、Tiadyne 1610（）和Ti-15Mo。估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的庐钛合金很有可能取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。
【摘要】元素钛（Ti是一种过渡金属，在过去很长一段时间内人们一直认为它是一种稀有金属。从20世纪40年代以后，钛及其亿合物被广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、医疗以及石油化工等领域。科学家预言：21世纪金属钛将是冶金工业是最重要产品之一。 人类在使用金属的历史进程中，经历了铜、铁、铝之后，第四种将被广泛应用的金属元素是哪一种呢? 这种金属已被科学家预言为钛。这是因为钛具有熔点高、硬度大、可塑性强、密度小、耐腐蚀等优点。一、钛的发现和性质 钛是1791年被英国牧师格累高尔发现的。1795年马丁，克拉普罗特在分析一种金红石时,认识到这种矿石是一种金属氧化物，并将这种金属命名为钛，由于钛很容易和常见的金属形成合金,在发现后很多年内，许多人企图从它的化合物中将它分离出来,都未获成功，直到1910年才由美国化学家亨特将很纯的TiCl4和金属Na一齐放进耐高压的钢缸中，将缸加热到红热,冷却后,洗去NaCl得到纯度高达％的钛。 钛的年产量表1910年 1947年 1948年 1955年 1957年 1962年 1972年 吨 2吨 10吨 万吨 2万吨 10万吨 20万吨进入70年代以来，钛的年产量仍以15％的速度稳步上升。例如英国,10年内对钛材料的需求量至少增长了800％。 钛外观似钢，具有银灰光译。钛的强度大，钛合金抗拉强度达180kg/mm3。钛的特性是度小(），硬度大，熔点高(1675℃），高纯度钛具有良好的可塑性,但当有杂质存在时变得脆而硬。在室温时钛不与氯气、稀硫酸、稀盐酸和硝酸作用，但能被氢氟酸、磷酸、熔融碱侵蚀。钛很容易溶解于HF+HCl（H2SO4）中，钛最突出的性能是对海水的抗腐蚀性很强,有人将一块钛沉入海底,五年以后取上一看，上面粘附着许多小动物与海底植物，本身却一点也没有被锈蚀,依上亮光闪闪!二、钛及其主要化合物的应用 钛具有超众的性能和储藏量大（在地壳中约占总重量的,在金属世界里排行第七,含钛的矿物多达70多种、在海水中含量是1ug/L，在海底结核中也含有大量的钛)的特点。目前钛的用途发展很快，已被广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、轻工、化工、纺织、医疗以及石油化工等领域。 极细的钛粉，是火箭的好燃料；钛的抗腐蚀能力，比常用的不锈钢强15倍,使用寿命比不锈钢长10倍以上。在电影的底片和正片制作中，需要使用多种强酸强碱等药物,它们对洗印设备腐蚀十分严重，洗印设备中的齿轮最多只能使用几个月，1980年西安电影制片厂试用钛材,结果设备运转一年多时间，齿轮丝毫没有腐蚀。 钛在外科医疗手术上的应用，也非常引人入胜。目前，外科接骨是用不锈钢，使用不锈钢有一个缺点，就是接骨愈合之后，要把不锈钢片再取出来，这是件十分痛苦的事。不然,不锈钢会因生锈而对人体产生危害。如果改用钛制的“人造骨胳”将使骨科技术完全改观。在头损坏的地方,用钛片与钛螺丝钉，过了几个月，骨头就会重新生长在钛片的小孔与螺丝里,新的肌肉纤维就包在钛的薄片上，钛骨骼宛如真正的骨骼一样和血肉相联，起到支撑和加固作用,所以,钛被人们赞誉为“亲生物金属”。现在它已开始应用于膝关节、肩关节、肋关节、头盖骨、主动心瓣、骨骼固定夹等方面。 在炼钢工业中，少量钛是良好的脱氧、除氮及除硫剂。 二氧比钛是一种宝贵的白色颜料，叫钛白。钛白兼有铅白的掩盖性能和锌白的持久性能，它是世界上最白的物质之一，1克钛白可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。特别可贵的是钛白无毒。现在每年用做颜料的二氧化钛有几十万吨。 由于二氧化钛具有高熔点的性质，常被用来制造耐火玻璃、釉料、珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。 如何开发海水中的铀资源，是个大难题，海水中含有40万吨铀,从1956年起，人们才找到一种最有希望的铀吸附剂—水合二氧化钛，从此研制了一套以二氧化钛为基础的海洋提铀技术，每克吸附剂已达到吸附1毫克铀的水平。 四氯化钛在湿空气中会冒出大量白烟。由于它具有这种特性,在军事上常用它作为人造烟雾剂。特别是在海洋上，水汽多，一放四氯化钛，浓烟就象一道白色的长城,挡住了敌人的视线。 钛酸钡晶体被广泛应用于超声波仪器和水底探测器中。这是因为具有受压斩改变形状时，会产生电流；一旦通电又会改变形状。把钛酸钡放在超声波中，它受压便会产生电流，由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱；相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。 在用金色装饰工艺品和日用品中，由于它们的硬度低、容易刺破和磨损，不能耐久。当在这些物质的表面镀一层氮化钛时，外观几乎和黄金的镀层一模一样，而比黄金以及硬质合金更耐磨，这种镀层被誉为具有“永不磨损性”。 有机钛聚合物，可用作表面活性剂、分散剂、抗水剂或防锈剂。三、钛合金的应用 目前人类使用的四个系列的贮氢金属中，钛系是其中一种，也是比较便宜的一种，但目前人类还没有找到更理想的“贮氢金属”，一旦这个问题解决了，人们就可以用氢做燃料。 “钛飞机”可以减轻机体重量5吨，多载乘客100多名。在新型喷气发动机中，钛合金已占整个发动机重量的18～25％；在最新出现的超音速飞机上，钛的使用量几乎占到整个机体结构总重量的95％，所以，如果没有钛合金就很难发展目前的超音速飞机。 用钛制造的潜艇，不仅比钢制潜艇经久耐用，而且可以潜入更大的深度，钛潜艇可以下潜到4500米以下，这是钢制潜艇无法逾越的界限。用钛制造军舰、轮船，不用涂漆，在海水中航行几年也不会生锈。由于钛不是铁磁体物质，不会被磁水雷发现，这点在军事上特别重要，如果没有钛炼成的耐热钢，目前使用的常规武器步枪和机枪的寿命也只能是最初的秒。 利用钛和锆对空气的强大吸收力，可以除去空气，造成真空。用钛锆合金制成的真空泵，可以把空气抽到只剩下十亿分之一。 钛铌合金是理想的超导材料。清华大学利用光学干涉原理和离子氮化钛处理制成了画面清晰、层次分明的山川水墨画。在目前使用的最常见的两种不锈钢中，铬镍钛18－8－1型（含铬18%、镍8%、钛1%)是工业上最常用的。 碳化钛（TiC）颇象碳化铁，具有金属光泽。可它比碳化铁具有更高的熔点和更高的硬度。所以,它有着实际应用价值。 用钛制器皿保存的食物，色、香、味经久不衰；钛制炊具既轻巧,又不会生锈，最合科学卫生。 用钛合金制成的高压容器，能够耐受2500个大气压的高压。 钛和镍组成的合金，被成为“记忆合金”。这种合金制成预先确定的形状,再经定型处理后,若受外力变形，只要稍微加热便可恢复原来的面貌。这种合金目前已在不少领域得到应用。如美国阿波罗号飞船上用的天线，就是这种记忆合金；上海第一医学院附属第九人民医院已将这种记忆合金用于妇女绝育手术中；另外还可用于仪表、电子装置等领域。 现在，对钛的广泛使用最大障碍是钛很难冶炼。因为钛的熔点很高,冶炼钛就要在更高的温度下进行,而在高温下钛的化学性质又变得很活泼，因此冶炼要在惰性气体保护下进行,还要不使用含氧材料，这就对冶炼设备、工艺提出了很高的要求。目前冶炼的钛70%左右用在制造飞机、导弹、宇宙飞船、人造卫星等方面。 目前人类对钛的应用仅仅是一个良好的开端，金属钛的前程无量,所以钛被授予“21世纪金属”的称号。
◎ 一种金属元素，灰色，能在氮气中燃烧，熔点高。钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工业和航海工业。从发现钛元素到制得纯品，历时一百多年。而钛真正得到利用，认识其本来的真面目，则是20世纪40年代以后的事情了。地理表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多61倍。随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，世界上储量超过一千万吨的钛矿并不稀罕。海滩上有成亿吨的砂石，钛和锆这两种比砂石重的矿物，就混杂在砂石中，经过海水千百万年昼夜不停地淘洗，把比较重的钛铁矿和锆英砂矿冲在一起，在漫长的海岸边，形成了一片一片的钛矿层和锆矿层。这种矿层是一种黑色的砂子，通常有几厘米到几十厘米厚。钛没有磁性，用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。1947年，人们才开始在工厂里冶炼钛。当年，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。钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半，钛虽然稍稍比铝重一点，它的硬度却比铝大2倍。现在，在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。据统计， 目前世界上每年用于宇宙航行的钛，已达一千吨以上。极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。钛的耐热性很好，熔点高达1725℃。在常温下，钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。就连最凶猛的酸——王水，也不能腐蚀它。钛不怕海水，有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来一看，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。现在，人们开始用钛来制造潜艇一——钛潜艇。由于钛非常结实，能承受很高的压力，这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行。发展历程 钛元素发现于1789年，1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白，1910年在试验室中第一次用钠法制得海绵钛，1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛---这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。 中国钛工业起步于20世纪50年代。1954，北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究，1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划，1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验，成立了中国第一个海绵钛生产车间，同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国第一个钛加工材生产试验车间。 20世纪60-70年代，在国家的统一规划下，先后建设了以遵义钛厂为代表的10余家海绵钛生产单位，建设了以宝鸡有色金属加工厂为代表的数家钛材加工单位，同时也形成了以北京有色金属研究总院为代表的科研力量，成为继美国、前苏联和日本之后的第四个具有完整钛工业体系的国家。 1980年前后，我国海绵钛产量达到2800吨，然而由于当时大多数人对钛金属认识不足，钛材的高价格也限制了钛的应用，钛加工材的产量仅200吨左右，我国钛工业陷入困境。在这种情况下，由当时国务院副总理方毅同志倡导，朱镕基和袁宝华同志支持，于1982年7月成立了跨部委的全国钛应用推广领导小组，专门协调钛工业的发展事宜，促成了20世纪80年代至90年代初期我国海绵钛和钛加工材产销两旺、钛工业快速平稳发展的良好局面。 综上所述，我国钛工业大致经历了三个发展期：即20世纪50年代的开创期，60-70年代的建设期和80-90年代的初步发展期。在新世纪，得益于国民经济的持续、快速发展，我国钛工业也进入了一个快速成长期。钛耐腐蚀，所以在化学工业上常常要用到它。过去，化学反应器中装热硝酸的部件都用不锈钢。不锈钢也怕那强烈的腐蚀剂——热硝酸，每隔半年，这种部件就要统统换掉。现在，用钛来制造这些部件，虽然成本比不锈钢部件贵一些，但是它可以连续不断地使用五年，计算起来反而合算得多。在电化学中，钛是单向阀型金属，电位很负，通常无法用钛作为阳极进行分解。钛的最大缺点是难于提炼。主要是因为钛在高温下化合能力极强，可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。因此，不论在冶炼或者铸造的时候，人们都小心地防止这些元素“侵袭”钛。在冶炼钛的时候，空气与水当然是严格禁止接近的，甚至连冶金上常用的氧化铝坩埚也禁止使用，因为钛会从氧化铝里夺取氧。现在，人们利用镁与四氯化钛在惰性气体——氦气或氩气中相作用，来提炼钛。人们利用钛在高温下化合能力极强的特点，在炼钢的时候，氮很容易溶解在钢水里， 当钢锭冷却的时候，钢锭中就形成气泡，影响钢的质量。所以炼钢工人往钢水里加进金属钛，使它与氮化合，变成炉渣一—氮化钛，浮在钢水表面，这样钢锭就比较纯净了。当超音速飞机飞行时，它的机翼的温度可以达到500℃。如用比较耐热的铝合金制造机翼，一到二三百度也会吃不消，必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金而钛恰好能够满足这些要求。钛还能经得住零下一百多度的考验，在这种低温下，钛仍旧有很好的韧性而不发脆。利用钛和锆对空气的强大吸收力，可以除去空气，造成真空。比方，利用钛制成的真空泵，可以把空气抽到只剩下十万万万分之一。钛的氧化物——二氧化钛，是雪白的粉末，是最好的白色颜料，俗称钛白。以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。二氧化钛是世界上最白的东西， 1克二氧化钛可以把 450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。此外，为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。四氯化钛是种有趣的液体，它有股刺鼻的气味，在湿空气中便会大冒白烟——它水解了，变成白色的二氧化钛的水凝胶。在军事上，人们便利用四氯化钛的这股怪脾气，作为人造烟雾剂。特别是在海洋上，水气多，一放四氯化钛，浓烟就象一道白色的长城，挡住了敌人的视线。在农业上，人们利用四氟化钛来防霜。钛酸钡晶体有这样的特性：当它受压力而改变形状的时候，会产生电流，一通电又会改变形状。于是，人们把钛酸钡放在超声波中，它受压便产生电流，由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱。相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。现在，几乎所有的超声波仪器中，都要用到钛酸钡。除此之外，钛酸钡还有许多用途。例如：铁路工人把它放在铁轨下面，来测量火车通过时候的压力；医生用它制成脉搏记录器。用钛酸钡做的水底探测器，是锐利的水下眼睛，它不只能够看到鱼群，而且还可以看到水底下的暗礁、冰山和敌人的潜水艇等。冶炼钛时，要经过复杂的步骤。把钛铁矿变成四氯化钛，再放到密封的不锈钢罐中，充以氩气，使它们与金属镁反应，就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的，还必须把它们在电炉中熔化成液体，才能铸成钛锭。但制造这种电炉又谈何容易！除了电炉的空气必须抽干净外，更伤脑筋的是，简直找不到盛装液态钛的坩埚，因为一般耐火材料部含有氧化物，而其中的氧就会被液态钛夺走。后来，人们终于发明了一种“水冷铜坩埚”的电炉。这种电炉只有中央一部分区域很热，其余部分都是冷的，钛在电炉中熔化后，流到用水冷却的铜坩埚壁上，马上凝成钛锭。用这种方法已经能够生产几吨重的钛块，但它的成本就可想而知了。元素名称：钛元素原子量：元素在海水中的含量:(ppm)元素在太阳中的含量:(ppm) 4元素类型：金属核内质子数：22 核外电子数：22 核电核数：22 质子质量： 质子相对质量： 原子体积:(立方厘米/摩尔)地壳中含量：（ppm）5600以下为增加内容：氧化态：Main Ti+4 Other Ti-1, Ti0, Ti+2, Ti+3 所属周期：4 所属族数：IVB 摩尔质量：48 氢化物：TiH4 氧化物：TiO 最高价氧化物化学式：TiO2 密度：熔点：1660.℃ 沸点： ℃电离能 (kJ /mol) M - M+ 658 M+ - M2+ 1310 M2+ - M3+ 2652 M3+ - M4+ 4175 M4+ - M5+ 9573 M5+ - M6+ 11516 M6+ - M7+ 13590 M7+ - M8+ 16260 M8+ - M9+ 18640 M9+ - M10+ 20830 外围电子排布：2 8 8 4核外电子排布：2,8,10,2 晶体结构：晶胞为六方晶胞。晶胞参数：a = pm b = pm c = pm α = 90° β = 90° γ = 120° 莫氏硬度：6 声音在其中的传播速率：（m/S）5090颜色和状态：银灰色金属 原子半径：2 常见化合价：+2,+3,+4 发现人：格列高尔 发现年代：1791年发现过程：钛是英国化学家格雷戈尔(Gregor R W ，1762—1817。)在1791年研究钛铁矿和金红石时发现的。四年后，1795年，德国化学家克拉普罗特(Klaproth M H ，1743—1817。)在分析匈牙利产的红色金红石时也发现了这种元素。他主张采取为铀(1789年由克拉普罗特发现的)命名的方法，引用希腊神话中太旦神族“Titans”的名字给这种新元素起名叫“Titanium”。中文按其译音定名为钛。格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛，而不是金属钛。因为钛的氧化物极其稳定，而且金属钛能与氧、氮、氢、碳等直接激烈地化合，所以单质钛很难制取。直到1910年才被美国化学家亨特(Hunter M A )第一次制得纯度达的金属钛。元素描述：具有金属光泽，有延展性。密度克/厘米3。熔点1660±10℃。沸点3287℃。化合价+2、+3和+4。电离能为电子伏特。钛的主要特点是密度小，机械强度大，容易加工。钛的塑性主要依赖于纯度。钛越纯，塑性越大。有良好的抗腐蚀性能，不受大气和海水的影响。在常温下，不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。元素来源：钛属于稀有金属，在地壳中的丰度占第七位，有。用于冶炼钛的矿物主要有钛铁矿（FeTiO3）、金红石（TiO2）和钙钛矿等。矿石经处理得到易挥发的四氯化钛，再用镁还原而制得纯钛。元素用途：钛和钛的合金大量用于航空工业，有"空间金属"之称；另外，在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用。元素辅助资料：钛的主要矿石是金红石TiO2和钛铁矿FeTiO3，它的发现也正是从这两种矿石的分析而来。早在1791年英国英格兰西南端康沃尔（Cornwall）郡门拉陈（Menacan）教区的牧师格累高尔，也是一位科学家，分析出产在他教区内的一种黑色矿砂，也就是今天成为钛铁矿的矿石时发现了一种新的金属物质并命名为menacenite。三年后，1795年，克拉普罗特分析了匈牙利布伊尼克（Boinik）地区出产的金红石，认识到它是一种新金属的氧化物，具有抵抗酸、碱溶液的特性，借用希腊神话中大地的第一代儿子们泰坦神族Titans，命名这个金属为titanium，元素符号定为Ti。两年后，克拉普罗特证实格累高尔发现的menacenite就是钛。钛对于酸、碱具有较强的耐腐蚀性，已成为化工生产中重要的材料。钛一般被认为是稀有金属，其实它在地壳中的含量相当大，比一般的常用的金属锌、铜、锡等都大，甚至比氯、磷都大。钛的冶炼 钛在1791年被发现，而第一次制得纯净的钛却是在1910年，中间经历了一百余年。原因在于：钛在高温下性质十分活泼，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。 工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。浓硫酸处理磨碎的钛铁矿（精矿），发生下面的化学反应： FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O 为了除去杂质Fe2(SO4)3，加入铁屑，Fe3+ 还原为Fe2+，然后将溶液冷却至273K以下，使得FeSO4·7H2O（绿矾）作为副产品结晶析出。 Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏钛酸沉淀，反应是： Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4 TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4 锻烧偏钛酸即制得二氧化钛： H2TiO3 == TiO2+H2O 工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将TiO2（或天然的金红石）和炭粉混合加热至1000～1100K，进行氯化处理，并使生成的TiCl4，蒸气冷凝。 TiO2＋2C＋2Cl2＝TiCl4＋2CO- 在1070K 用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛： TiCl4＋2Mg＝2MgC12＋Ti 这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼，最后制成各种钛材。 钛及钛合金的特性、用途 纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为／cm3，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K ，比钢高近500K。钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。 液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。 钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80% 。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。 钛具有“亲生物“’性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。 钛在人体中分布广泛，正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg，其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞，使免疫力增强这一作用已被证实。 钛的化合物及用途 重要的钛化合物有：二氧化钛(TiO2)、四氯化钛(TiCl4)、偏钛酸钡(BaTiO3)。 纯净的二氧化钛是白色粉末，是优良的白色颜料，商品名称“钛白”。它兼有铅白(PbCO3)的遮盖性能和锌白（ZnO）的持久性能。因此，人们常把钛白加在油漆中，制成高级白色油漆；在造纸工业中作为填充剂加在纸桨中；纺织工业 中作为人造纤维的消光剂；在玻璃、陶瓷、搪瓷工业上作为添加剂，改善其性能；在许多化学反应中用作催化剂。在化学工业日益发展的今天，二氧化钛及钛系化合物作为精细化工产品，有着很高的附加价值，前景十分诱人。 四氯化钛是一种无色液体；熔点250K、沸点409K，有制激性气味。它在水中或潮湿的空气中都极易水解，冒出大量的白烟。 TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl 因此TiCl4在军事上作为人造烟雾剂，犹其是用在海洋战争中。在农业上，人们用TiCl4形成的浓雾地面，减少夜间地面热量的散失，保护蔬菜和农作物不受严寒、霜冻的危害。 将TiO2和BaCO3一起熔融制得偏钛酸钡： TiO2+BaCO3 == BaTiO3十CO2- 人工制得的BaTiO3具有高的介电常数，由它制成的电容器有较大的容量，更重要的是BaTiO3具有显著的“压电性能”，其晶体受压会产生电流，一通电，又会改变形状。人们把它置于超声波中，它受压便产生电流，通过测量电流强弱可测出超声波强弱。几乎所有的超声波仪器中都要用到它。随着钛酸盐的开发利用，它愈来愈广泛地用来制造非线性元件、介质放大器、电子计算机记忆元件、微型电容器、电镀材料、航空材料、强磁、半导体材料、光学仪器、试剂等。 钛、钛合金及钛化合物的优良性能促使人类迫切需要它们。然而，生产成本之高，使应用受到限制。我们相信在不久的将来，随着钛的冶炼技术不断改进和提高，钛、钛合金及钛的化合物的应用将会得到更大的发展。 钛产品：钛及钛合金是极其重要的轻质结构材料,在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等领域具有非常重要的应用价值和广阔的应用前景。 类型：典化钛，工业纯钛， α 型钛， β 型钛， α +β型钛主 要 特 性： 工业纯钛：工业纯钛的杂质含量较化学纯钛要多，因此其强度、硬度也稍高，其力学性能及化学性能与不锈钢相近，比起钛合金纯钛强度较好，在抗氧化性方面优于奥氏体不锈钢，但耐热性较差，TA1、TA2、TA3依次杂质含量增高，机械强度、硬度依次增强，但塑性韧性依次下降。β 型钛：β型钛合金属可热处理强化，合金强度高、焊接性、压力加工性良好，但性能不稳定，且熔炼工艺复杂。 A、β钛板：、眼镜板（纯钛）：、标板（纯钛）：1 x 2m 厚度：、电镀及其它行业用板（纯钛）：用途：电子、化工、钟表、眼镜、首饰、体育用品、机械设备、电镀设备、环保设备、高尔夫球及精密加工等行业。钛管规格：φ6-φ120mm 壁厚： 钛管用途：环保设备、冷却管、钛发热管、电镀设备、戒指及各种精密电器用管等行业。A、β钛丝规格：φφ、眼镜钛丝规格：φφ专用钛丝C、钛丝规格：φφ挂具专用钛丝用途：军工、医用、体育用品、眼镜、耳环、头饰、电镀挂具、焊丝等行业。A、方棒规格：方条：8-12mmB、磨光圆棒：φ4-φ60mmC、毛棒、黑皮棒：φ6-φ120mm钛棒用途：主要用于机械设备、电镀设备、医用、各种精密机件等行业。
硅单晶原子纳米扫描隧道显微镜影象单个细菌用肉眼是根本看不到的，用显微镜测直径大约是五微米。举个例子来说，假设一根头发的直径是毫米，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度大约就是一纳米。也就是说，一纳米大约就是毫米.纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术的发展带动了与纳米相关的很多新兴学科。有纳米医学、纳米化学、纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学等。全世界的科学家都知道纳米技术对科技发展的重要性，所以世界各国都不惜重金发展纳米技术，力图抢占纳米科技领域的战略高地。我国于1991年召开纳米科技发展战略研讨会，制定了发展战略对策。十多年来，我国纳米材料和纳米结构研究取得了引人注目的成就。目前，我国在纳米材料学领域取得的成就高过世界上任何一个国家，充分证明了我国在纳米技术领域占有举足轻重的地位。纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。 对于固体粉末或纤维，当其有一维尺寸小于100nm，即达到纳米尺寸，即可称为所谓纳米材料，对于理想球状颗粒，当比表面积大于60m2/g时，其直径将小于100nm，即达到纳米尺寸。[编辑本段]纳米技术的含义 所谓纳米技术，是指在纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。 纳米 纳米技术与微电子技术的主要区别是：纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能，是利用电子的波动性来工作的；而微电子技术则主要通过控制电子群体来实现其功能，是利用电子的粒子性来工作的。人们研究和开发纳米技术的目的，就是要实现对整个微观世界的有效控制。 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。 纳米技术（纳米科技nanotechnology） 纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。 从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的绝缘膜的为得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。 所谓纳米技术，是指在纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。 纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。 虽然距离应用阶段还有较长的距离要走，但是由于纳米科技所孕育的极为广阔的应用前景，美国、日本、英国等发达国家都对纳米科技给予高度重视，纷纷制定研究计划，进行相关研究。[编辑本段]纳米电子器件的特点. 以纳米技术制造的电子器件，其性能大大优于传统的电子器件： . 工作速度快，纳米电子器件的工作速度是硅器件的1000倍，因而可使产品性能大幅度提高。功耗低，纳米电子器件的功耗仅为硅器件的1/1000。信息存储量大，在一张不足巴掌大的5英寸光盘上，至少可以存储30个北京图书馆的全部藏书。体积小、重量轻，可使各类电子产品体积和重量大为减小。纳米材料“脾气怪” 纳米金属颗粒易燃易爆 几个纳米技术纳米的金属铜颗粒或金属铝颗粒，一遇到空气就会产生激烈的燃烧，发生爆炸。因此，纳米金属颗粒的粉体可用来做成烈性炸药，做成火箭的固体燃料可产生更大的推力。用纳米金属颗粒粉体做催化剂，可以加快化学反应速率，大大提高化工合成的产出率。 纳米金属块体耐压耐拉 将金属纳米颗粒粉体制成块状金属材料，强度比一般金属高十几倍，又可拉伸几十倍。用来制造飞机、汽车、轮船，重量可减小到原来的十分之一。 纳米陶瓷刚柔并济 用纳米陶瓷颗粒粉末制成的纳米陶瓷具有塑性，为陶瓷业带来了一场革命。将纳米陶瓷应用到发动机上，汽车会跑得更快，飞机会飞得更高。 纳米氧化物材料五颜六色 纳米氧化物颗粒在光的照射下或在电场作用下能迅速改变颜色。用它做士兵防护激光枪的眼镜再好不过了。将纳米氧化物材料做成广告板，在电、光的作用下，会变得更加绚丽多彩。 纳米半导体材料法力无边 纳米半导体材料可以发出各种颜色的光，可以做成小型的激光光源，还可将吸收的太阳光中的光能变成电能。用它制成的太阳能汽车、太阳能住宅有巨大的环保价值。用纳米半导体做成的各种传感器，可以灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化，在监控汽车尾气和保护大气环境上将得到广泛应用。 纳米药物治病救人 把药物与磁性纳米颗粒相结合，服用后，这些纳米药物颗粒可以自由地在血管和人体组织内运动。再在人体外部施加磁场加以导引，使药物集中到患病的组织中，药物治疗的效果会大大提高。还可利用纳米药物颗粒定向阻断毛细血管，“饿”死癌细胞。纳米颗粒还可用于人体的细胞分离，也可以用来携带DNA治疗基因缺陷症。目前已经用磁性纳米颗粒成功地分离了动物的癌细胞和正常细胞，在治疗人的骨髓疾病的临床实验上获得成功，前途不可限量。 纳米卫星将飞向天空 在纳米尺寸的世界中按照人们的意愿，自由地剪裁、构筑材料，这一技术被称为纳米加工技术。纳米加工技术可以使不同材质的材料集成在一起，它既具有芯片的功能，又可探测到电磁波(包括可见光、红外线和紫外线等)信号，同时还能完成电脑的指令，这就是纳米集成器件。将这种集成器件应用在卫星上，可以使卫星的重量、体积大大减小，发射更容易，成本也更便宜。纳米技术走入百姓生活 9月27日，中国科学院化学所的专家宣布研制成功新型纳米材料———超双疏性界面材料。这种材料具有超疏水性及超疏油性，制成纺织品，不用洗涤，不染油污；用于建筑物表面，防雾、防霜，更免去了人工清洗。专家称：纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”。 随着科学家的一次次努力，“纳米”这个几年前对我们还十分生疏的字眼，眼下却频频出现在我们的视线。 纳米是一个长度单位，1纳米等于十亿分之一米，20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。90年代起，各国科学家纷纷投入一场“纳米战”：在至100纳米尺度的空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性。 中国当然不甘人后，1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地，并居于国际科技前沿。 1998年，清华大学范守善小组在国际上首次把氮化镓制成一维纳米晶体。同年，我国科学家成功制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为：“稻草变黄金———从四氯化碳制成金刚石。” 1999年，北京大学教授薛增泉领导的研究组在世界上首次将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面，并组装出世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针。 中科院成会明博士领导的研究组合成出高质量的碳纳米材料，被认定为迄今为止“储氢纳米碳管研究”领域最令人信服的结果。 中科院物理所研究员解思深领导的研究组研制出世界上最细的碳纳米管———直径纳米，已十分接近碳纳米管的理论极限值纳米。这个研究小组，还成功地合成出世界上最长的碳纳米管，创造了“3毫米的世界之最”。 在主题为“纳米”的争夺战中，中国人频频露脸，尤其在碳纳米管合成以及高密度信息存储等领域，中国实力不容小觑。 科学界的努力，使“纳米”不再是冷冰冰的科学词语，它走出实验室，渗透到中国百姓的衣、食、住、行中。 居室环境日益讲究环保。传统的涂料耐洗刷性差，时间不长，墙壁就会变得斑驳陆离。现在有了加入纳米技术的新型油漆，不但耐洗刷性提高了十多倍，而且有机挥发物极低，无毒无害无异味，有效解决了建筑物密封性增强所带来的有害气体不能尽快排出的问题。 人体长期受电磁波、紫外线照射，会导致各种发病率增多或影响正常生育。现在，加入纳米技术的高效防辐射服装———高科技电脑工作装和孕妇装问世了。科技人员将纳米大小的抗辐射物质掺入到纤维中，制成了可阻隔95%以上紫外线或电磁波辐射的“纳米服装”，而且不挥发、不溶水，持久保持防辐射能力。 同样，化纤布料制成的衣服因摩擦容易产生静电，在生产时加入少量的金属纳米微粒，就可以摆脱烦人的静电现象。 白色污染也遭遇到“纳米”的有力挑战。科学家将可降解的淀粉和不可降解的塑料通过特殊研制的设备粉碎至“纳米级”后，进行物理结合。用这种新型原料，可生产出100%降解的农用地膜、一次性餐具、各种包装袋等类似产品。农用地膜经4至5年的大田实验表明：70到90天内，淀粉完全降解为水和二氧化碳，塑料则变成对土壤和空气无害的细小颗粒，并在17个月内同样完全降解为水和二氧化碳。专家评价说，这是彻底解决白色污染的实质性突破。 从电视广播、书刊报章、互联网络，我们一点点认识了“纳米”，“纳米”也悄悄改变着我们。纳米精确新闻 1959年 理论物理学家理查·费伊曼在加州理工学院发表演讲，提出，组装原子或分子是可能的。 1981年 科学家发明研究纳米的重要工具———扫描隧道显微镜，原子、分子世界从此可见。 1990年 首届国际纳米科技会议在美国巴尔的摩举办，纳米技术形式诞生。 1991年 碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是铁的10倍，成为纳米技术研究的热点。 1993年 继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、1999年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字。 1997年 美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，这种技术可用于研制速度和存储容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。同年，美国纽约大学科学发现，DNA可用于建造纳米层次上的机械装置。 1999年 巴西和美国科学家在进行碳纳米管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的“秤”，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。同年，美国科学家在单个分子上实现有机开关，证实在分子水平上可以发展电子和计算装置。 纳米花边新闻 倾听细菌游弋 美国加利福尼亚州Pasadena市的喷气飞机推进器实验室目前正在研制一种被称为“纳米麦克风”的微型扩音器，据《商业周刊》报道，这种微型传感器可以使科学家倾听到正在游弋的单个细菌的声音，以及细胞体液流动的声音。这种人造纳米麦克风由细微的碳管制成，正是因为构成物体积细小和灵敏度极高，这种麦克风才能够在受到非常小的压力作用下作出反应，使得对其进行监测的研究人员获得相关的声音信息。 利用这种新产品，科学家将可以对其他星球上是否存在生命进行探测，可以探测到生物体内单个细胞的生长发育。这一仪器研制项目已获得美国航空航天局（NASA）的批准，而且NASA还向上述实验室提供了必要的技术支持。[编辑本段]“纳米水”防强暴. 据《人民日报》报道，最近，广州一家公司宣称生产出一种用麦饭石和纳米特殊材料制作而成的“纳米珠”，只要把它放在水里，多脏的水也能喝。长期饮用“纳米水”，可抗疲劳，耐缺氧，甚至“增强女士防匪徒强暴的能力”。据了解，每盒纳米珠要300元，买齐整套设备（一台饮水机、一桶水和十盒纳米珠）则需3800元。76岁的何姓老人在推销员的百般说服下，不但相信纳米水的神奇疗效，还看中了纳米水的销售方式。老人背着家里人一共拿出22万元，买下75套纳米水机套装产品，然后等着每月2万元钱的分红。 广州市工商局东山分局经济检察中队在4月3日查处了该公司，其准备创造科技神话的纳米水根本没有科技鉴定说明，该公司的纳米水套装产品既无生产许可证，也没有产品合格证。光也能“吹动”物体 纳米世界，光也能“吹动”物体。当光照射在物体上，也会对物体产生作用力，就像风吹动帆一样。从儒勒·凡尔纳到阿瑟·C·克拉克，科幻作家们不止一次幻想过运用太阳光的作用力来推动“太阳帆”，驱动飞船在星际中航行。然而，在地球上，太阳光的作用力实在微乎其微，没有人能用阳光来移动一个物体。但是，在11月27日的《自然》杂志上，在美国耶鲁大学从事研究的中国学者发表文章，首次证实在纳米世界里，光真的可以驱动“机器”——由半导体做成的纳米机械。 这项研究，结合了相关图书两个最前沿的纳米科学领域，即纳米光子学和纳米力学。“在宏观尺度上，光的力实在太微弱，没有人能感觉到。但是在纳米尺度上，我们发现光具有相当可观的力，足以用来驱动像集成电路上的三极管一样大小的半导体机械装置。”领导此项研究的耶鲁大学电子工程系教授唐红星这样介绍。其实，此前光的力已经被物理学家和生物学家应用于一种叫做“光镊”的技术中，用来操控原子和微小的颗粒。“我们的研究则是把光集成在一块小小的芯片上，使它的强度增加数百万倍，从而用来操控纳米半导体器件。”这篇论文的第一作者、博士后研究员李墨进一步阐释说。 在耶鲁大学的实验室里，两位科学家和来自北京大学的研究生熊驰及合作者们一起，使用最先进的半导体制造技术，在硅芯片上铺设出一条条光的线路，称之为“光导”。当激光器发出的光被接入这样的芯片后，光就可以像电流在导线里一样，沿着铺好的光导线路“流”动。理论预测，在这样的结构中，光会对引导它的导线产生作用力。为了证实这样的预测，他们把一小段只有10微米长的光导悬空，让它可以像吉他弦般产生振动。如果光确实产生力并作用在它上面，那么当光的强度被调制到和光导的振动一致的频率时，共振就会产生。这样的共振就会在透射的光中产生同样频率的一个峰。这正是3位中国科学家经过半年多的实验和计算，最终在他们的测量仪器上看到的令人信服的现象。之后，他们通过大量实验证明，这个作用力的大小和理论预期非常一致。因为光的速度比电流要快得多，所以这种光产生的力预期可以以几十吉赫兹(GHz)的速度驱动纳米机械。 此项研究成果有望引领出新一代半导体芯片技术——用光来取代电。未来运用这种新技术，科学家和工程师们可以实现基于光学和量子原理的高速高效的计算和通信。[编辑本段]纳米探针在药物筛选中首获应用 英国伦敦纳米技术中心的研究人员研制出一种新型纳米探针，利用该纳米探针可以检测出某种抗生素药物是否能够与细菌结合，从而减弱或破坏细菌对人体的破坏能力，达到治疗疾病的目的。这是科学家第一次将纳米探针运用于药物筛选，相关试验的初步结果已经刊登在最新一期的《自然?纳米技术》杂志上。 人们在用抗生素治病的过程中，引起疾病的细菌很容易产生抗药性，从而使得抗生素失去药效。抗生素的作用原理是与致病细菌的细胞壁结合后破坏细胞壁的结构，使得致病细菌死亡，一旦产生抗药性，细菌的细胞壁结构发生改变，细胞壁变厚，抗生素无法与细胞壁结合。 研究人员在一排纳米探针上覆盖组成细菌细胞壁的蛋白质，一旦抗生素与细胞壁结合，探针的表面重量就会增加，这一表面压力会导致纳米探针发生弯曲。通过对万古霉素药物的研究发现，抗药性细菌的细胞壁硬度是非抗药性细菌的1000倍。所以通过纳米探针探测出各种药物对细菌细胞壁的结构改变，筛选出对致病细菌破坏力最大的抗生素。纳米探针的运动轨迹 纳米金属用途简介 钴（Co） 高密度磁记录材料。利用纳米钴粉记录密度高、矫顽力高（可达）、信噪比高和抗氧化性好等优点，可大幅度改善磁带和大容量软硬磁盘的性能。 磁流体。用铁、钴、镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等。 吸波材料。金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用。铁、钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光——红外线隐形材料和结构式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料。 铜（Cu） 金属和非金属的表面导电涂层处理。纳米铝、铜、镍粉体有高活化表面，在无氧条件下可以在低于粉体熔点的温度实施涂层。此技术可应用于微电子器件的生产。 高效催化剂。铜及其合金纳米粉体用作催化剂，效率高、选择性强，可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反应过程中的催化剂。 导电浆料。用纳米铜粉替代贵金属粉末制备性能优越的电子浆料，可大大降低成本。此技术可促进微电子工艺的进一步优化。 铁（Fe） 高性能磁记录材料。利用纳米铁粉的矫顽力高、饱和磁化强度大（可达1477km2/kg）、信噪比高和抗氧化性好等优点，可大幅度改善磁带和大容量软硬磁盘的性能。 磁流体。用铁、钴、镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等领域。 吸波材料。金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用。铁、钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光——红外线隐形材料和结构式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料。 导磁浆料。利用纳米铁粉的高饱和磁化强度和高磁导率的特性，可制成导磁浆料，用于精细磁头的粘结结构等。 纳米导向剂。一些纳米颗粒具有磁性，以其为载体制成导向剂，可使药物在外磁场的作用下聚集于体内的局部，从而对病理位置进行高浓度的药物治疗，特别适于癌症、结核等有固定病灶的疾病。 镍（Ni） 磁流体。用铁、钴、镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等。 高效催化剂。由于比表面巨大和高活性，纳米镍粉具有极强的催化效果，可用于有机物氢化反应、汽车尾气处理等。 高效助燃剂。将纳米镍粉添加到火箭的固体燃料推进剂中可大幅度提高燃料的燃烧热、燃烧效率，改善燃烧的稳定性。 导电浆料。电子浆料广泛应用于微电子工业中的布线、封装、连接等，对微电子器件的小型化起着重要作用。用镍、铜、铝纳米粉体制成的电子浆料性能优越，有利于线路进一步微细化。 高性能电极材料。用纳米镍粉辅加适当工艺，能制造出具有巨大表面积的电极，可大幅度提高放电效率。 活化烧结添加剂。纳米粉末由于表面积和表面原子所占比例都很大，所以具有高的能量状态，在较低温度下便有强的烧结能力，是一种有效的烧结添加剂，可大幅度降低粉末冶金产品和高温陶瓷产品的烧结温度。 金属和非金属的表面导电涂层处理。由于纳米铝、铜、镍有高活化表面，在无氧条件下可以在低于粉体熔点的温度实施涂层。此技术可应用于微电子器件的生产。 锌（Zn） 高效催化剂。锌及其合金纳米粉体用作催化剂，效率高、选择性强，可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反应过程中的催化剂。
摘 要：自剑桥大学D J Fray等人发表以TiO2直接电解提取钛（即FFC法）的论文后，研究由氧化物直接电解制取钛成为热潮。根据国内外已发表的相关研究论文，结合相关的研究成果，对电解法制取钛的研究进展进行简要总结。 关键词：FFC法；OS法；USTB法；EMR/MSE法；PRP工艺 引言 钛具有密度小、比强度大（强度与密度之比）、耐腐蚀、无毒、温度适应范围广的优良性质，而且钛矿藏储量丰富，地壳中钛的含量约为，在结构金属中居第四位，仅次于铝、铁、镁，它是当代最具技术魅力的金属材料。但钛与氧的亲和力较强，两者之间不仅会生成化合物，而且还能形成多种固溶体。当钛中的氧、氮的含量只为百分之几时，即足以使钛合金变脆，所以工业中对钛的纯度要求很高，导致制备钛的工艺比较复杂，如何在现有技术的基础上发展一种提取钛的经济有效的方法成了国内外专家关注的焦点 1 FFC 法的研究进展 FFC法简介 英国剑桥大学科学家Fray等人提出了熔融盐电解TiO2制备金属钛的FFC法[1]。方法一经提出便引起世界钛冶金科研工作者的广泛关注[2]。FFC 方法采用直接电化学还原，在无水CaCl2融盐中电解TiO2得到海绵钛，此方法已在实验室取得成功。FFC法有着成本低、产品质量高、周期短应用范围广等特点，是一种清洁的绿色生产工艺。 FFC法工艺过程 FFC法具体工艺过程是：将TiO2粉末压制成形，烧结后作为融盐电解槽阴极，石墨作阳极，以CaCl2融盐作为电解质，置于钛或石墨坩埚中，在800℃～1000℃下进行电解，所加电压为～，当电流通过时，阴极TiO2电离出氧离子，发生还原反应；而在阳极上，发生氧化反应，氧元素与碳结合生成CO2在阳极区放出，金属钛则留在阴极，从而得到的金属钛，其组织结构与镁热法生产的粒状、多孔的海绵钛一样，整个工艺过程中不存在液态钛或离子态钛。 电解反应如下： 阴极还原反应：TiO2＋4e＝Ti＋2O2- 阳极氧化反应：2O2-－4e＝O2 总反应：TiO2＝Ti＋O2 电解简图如图1 所示： FFC法的优点： （1）工艺过程简单。原料和设备不需要什么特殊要求，流程短易操作。传统方法生产Ti时需要进行真空精练才能得到纯Ti；而采用FFC法生产，可以直接得到纯净的Ti，甚至用它可以直接生产出半成品的Ti产品[3]，缩短了生产周期。 （2）反应温度低，一般在800～1000℃。表1列出了一些金属单质和合金的传统制备方法[4]，这些方法大部分需要反应物在熔融态开始反应，其反应需要的温度较高。这不仅需要消耗很多的能量，而且高温对设备的要求也很严格，生产成本也会增加。 表1一些金属或合金的传统制备方法 合金应用传统制备方法 Nb3Sn，NbTi超导体熔融法，粉末冶金法 Nd-Fe-B，Sm-Co永磁体熔融法，粉末冶金法 Al，Mg，Be，Ni，Co结构合金熔融法 Ti，Ta，Co医学熔融法，粉末冶金法 Pt，Pd催化剂熔融法 （3）产物纯度高、杂质含量低，产品的形貌和粒度颗粒大小可以控制。如果能控制好电解时的工作电压以及电解时间，就可以使产物的氧含量降到很低，得到产品需要的形貌和颗粒大小。如FFC法制备的Ti产物氧含量仅为：200×10-6[5]。FFC法生产过程中可能污染产物的只有电解质熔盐CaCl2和NaCl，经过水洗可以将熔盐溶掉。 （4）生产成本低，原料易得，电解质廉价。电解所需要的CaCl2和NaCl熔盐廉价易得，而该工艺一般反应的温度低，也是降低成本的一个方面。而且该工艺可以省去铸造、机械加工等昂贵的加工工程，因此可以节省大量的生产成本。据报道，采用FFC法生产钛，其成本可以降低到仅为Kroll法的1 /2[3，6，7～9]。 （5）FFC法可以用于制备其它方法难以生产的金属或合金，如TiNi记忆形状合金。生产这种合金由于原料成分的配比和合金密度很难控制，不易生产。如果采用FFC法则简单多了，只要在制作阴极片时根据所需合金成分来配比原料中TiO2和NiO2的量，通过电解就可以获得事先要求成分的合金。又如W-Al合金，由于钨的熔点高于铝的沸点，所以采用传统方法制备极其困难，而利用FFC法制备这种合金就会变得很简单。 （6）FFC法被称为绿色环保工艺，而且可以实现连续化生产，不像Kroll法制备金属钛过程中出现的Cl2和TiCl4这些强腐蚀性的化学物质，是一种绿色环保工艺。 FFC法目前还存在一些需要解决的问题： （1）FFC法的电解脱氧机理还不是非常清楚，而且电解过程中的热力学和动力学问题需要进一步研究。要探讨影响电解工艺条件，以及在电解过程中如何控制这些条件使产物达到设计的要求。 （2）FFC法的电解脱氧过程效率很低，如采用FFC法电解一个几克的Nb2O5阴极片需要48h才能使其残余氧含量降低到3000×10-6[10]。如果进行较大规模的电解生产，要使产品中的氧含量降至较低的值，可能就需要更长的时间。所以如何提高电解效率，缩短电解时间是一个关键技术。 （3）在合金制备过程中，还有许多问题需要解决，比如合金中不同金属的脱氧、金属合金化，以及合金成分的均匀化等问题还需要进一步的研究。 （4）最关键的一点就是解决扩大化生产中遇到的问题。虽然工艺比较简单，设备操作方便，但是针对大规模生产能否重现实验室中理想的结果，以及如何生产出合格的产品，还需要更多的资金和人力去研究探索。 2 OS法 OS法简介 针对FFC法，日本Kyoto大学的One和Suzuki在2002年钛协会年会上首次提出了OS法[11]。其实质仍为CaCl2熔盐电解，是一种在CaCl2熔盐中钙热还原TiO2的工艺。 OS法工艺过程 其主要反应过程如下：在900℃时，CaCl2可以分别溶解摩尔分数为和20%的Ca和CaO。当电解电压在CaO分解电压（CaO在CaCl2中的电解电压只有 V ）以上并在CaCl2分解电压（CaCl2的电解电压为 V）以下时，Ca2+在阴极被还原为金属Ca，阳极相应产生O2。如果阴极掺入了TiO2颗粒，将会得到含氧量很低的金属Ti。其电极反应为： 阴极反应：Ca2＋＋2e→Ca 阳极反应：C＋2O2－→CO2＋4e 总反应：TiO2＋2Ca→Ti＋2O2－＋2Ca2＋ 据称，此方法可大幅度降低生产成本，并用来生产钛粉，与FFC工艺有相似的优缺点。其实验简图如图2 所示。 3 USTB工艺 USTB工艺介绍 由北京科技大学（USTB）研究团队提出的可溶阳极熔融盐电解的方式（USTB新型清洁钛提取技术）较好地解决了产品质量、稳定运行和规模扩大的问题（授权专利号：）。这种新型清洁钛提取冶炼新工艺以二氧化钛和碳为原料在1500 ℃左右的温度下碳热还原制备出导电性良好的碳氧化钛（TiCxOy）[13]，并以此为阳极在400~1000℃的熔盐体系中电解，阴极上得到的碳和氧含量均低于5×10-4的金属钛（图3） 该方法主要分为TiC·TiO 固溶体的制备与TiC·TiO 固溶体的熔融盐电解制备金属钛两个过程。可溶性固溶体的制备TiO2与C粉或TiO2与TiC按摩尔质量比为1：2充分混合后，在2940~9800N/cm2的压力下压制成型，然后在1273~1673K 温度下真空烧结4h制得[14-15]。电解过程以烧结成型固溶体为阳极，碳钢棒为阴极，NaCl-KCl 共熔盐为电解质，在1073K温度下电解制取金属钛。其反应过程如下： 阳极反应：TiC·TiO→2Ti2++CO+4e 阴极反应：Ti2++2e→Ti USTB新型钛提取技术优势 （1）碳热还原工艺简单，还原效率高，以钛物料和碳质还原剂为原料能够实现低成本制备TiCxOy； （2）原料适应性好，钛物料可为各类氧化钛、富钛料及复合矿； （3）TiCxOy为阳极材料，电解过程中碳、氧结合为气体从阳极界面释放，无阳极泥产生，残极回收率高； （4）原料和产品分别在阳极和阴极，可以通过更换电极实现连续化生产。通过USTB新型清洁钛提取技术有望将金属钛的生产成本降低到现行工业化方法（Kroll法）的60%左右，被冶金业内研究者认为是最有希望实现工业化生产金属钛的新方法。 4 EMR/MSE法 EMR/MSE法简介 EMR/MSE 法是EMR 与MSE 法的联合方法[16]。IIPark 等人[17]为了降低还原产物中杂质的含量，研究出了EMR法；Suzuki在OS法基础上提出制取金属钙的MSE法。 EMR/MSE法工艺过程 EMR/MSE法是将盛有TiO2粉末或成型体的不锈钢容器沉浸在熔融CaCl2中，采用钙镍液态合金由EMR法制取金属钛，并通过MSE法电解溶解在熔盐中的副产物Ca2+再次合成钙镍合金，为后续反应提供还原剂。其中分别包括还原槽（EMR）反应和电解槽（MSE）反应，在还原槽（EMR）反应中二氧化钛与钙反应生成钛；在电解槽（MSE）反应中钙离子被电解还原成金属钙，还原槽生成的氧离子转移到阳极上与碳生成碳氧化合物。EMR 法工艺流程主要包括以下几步： 1）电解实验前将作为电解质的无水CaCl2在真空装置中干燥12 h（473K）； 2）1173K 时将TiO2在氩气保护气氛下电解，TiO2的还原过程主要是通过还原剂合金释放的电子来完成的； 3）还原结束后，将不锈钢容器从反应器中拿出，用蒸馏水浸泡24 h以便溶解CaCl2，实验结束后用用醋酸和盐酸过滤得到钛粉； 4）用蒸馏水、酒精和病酮漂洗，最后在真空容器中干燥，最终可得到金属钛。其电极反应为： 阴极还原反应：TiO2+4e→Ti+2O2- 阳极氧化反应：2Ca→2Ca2++4e 总反应：TiO2+2Ca→Ti+2Ca2++2O2 电解装置简图如图4 所示: EMR/MSE 法的主要特点是TiO2不与还原剂直接进行物理接触，而是通过熔融CaCl2传导还原剂释放的电子给TiO2阴极。这不仅有效控制了杂质在产物中的积累，大大提高了能量利用率，而且还实现了金属钛还原过程与还原剂钙镍合金制备过程的独立进行。与Kroll法相比，EMR/MSE 法可以在保证较低产品杂质含量的情况下实现半连续化生产金属钛粉。但是，EMR/MSE法同样面临着产物与熔盐难以分离的问题。 5 PRP工艺 PRP工艺介绍 PRP工艺是Okabe在直接气相还原TiO2粉末的基础上提出的一种预成型气相钙热还原制备金属钛的改进方法[18-19]。 实验中，首先将TiO2粉末、助焊剂（CaCl2，CaO）、粘结剂（火胶棉）按适当比例混合充分后预制成一定的形状，在1073 K下烧结成型，然后置于密闭不锈钢容器中，在1073~1273 K温度下用钙蒸气进行还原，最后产品进行酸洗和真空干燥得到金属钛。反应过程钙蒸气渗入预制体中与TiO2反应生成海绵钛与CaO。反应过程见图5 为了更好地优化PRP工艺，科研工作者进行了广泛的研究。贾金刚等人[20]通过研究得出CaCl2对钙蒸气还原TiO2发挥着不可或缺的作用，预制品中的CaCl2在高温烧结过程中有水蒸气逸出并产生气孔，从而促进钙蒸汽进入预制品与TiO2充分接触，有利于还原反应的进行。万贺利等人[21-22]通过对实验影响因素分析得出，当TiO2与CaCl2质量比为4：1、钙蒸气还原时间6 h、反应温度在1273 K时，可得到平均纯度在的钛粉。PRP工艺的优点在于可有效地控制产物的纯度与形态生产规模可灵活控制，非常适合生产粒径均匀的钛粉。采用钙蒸气还原预制品，且预制品与反应容器无物理接触，使产品杂质沉积少而且更易于分离。但是，还原剂成本较高是PRP 工艺一直未实现工业生产的主要原因。 5 结语 金属钛凭借优异的性能，使其成为可取代铁、铝的21世纪金属，但由于目前世界上普遍采用的Kroll 法存在工艺流程复杂、生产周期长、成本高等缺点，使得钛的应用受到了极大的限制。FFC剑桥法，采用TiO2直接熔融盐电解法，缩短了工艺流程，但存在生产条件苛刻和电解电流效率低的不足，还有待进行深入研究。 EMR/MSE法较OS法提高了产物纯度与能量利用率，但产物与熔盐电解质的分离仍然非常困难。PRP工艺主要缺点是还原剂成本太高，一旦能够实现还原剂的低成本生产，PRP法无疑将成为最有可能实现规模化生产的金属钛制备新工艺。USTB工艺既克服了FFC剑桥法电流效率低的缺点，又充分保证了钛的纯度，仅通过更换电极便可完成产物与熔盐电解质的分离实现连续化生产，是目前最有望实现工业化生产的钛制备工艺。目前，工艺流程短、生产成本低、生产连续化是钛生产工艺的主要发展方向，USTB工艺和PRP工艺实现了实验室条件下低成本、短流程生产，经过工业化放大试验与研究后，很有可能取代传统的Kroll法，实现金属钛制备技术的跨越式发展。参考文献 [1] Chen G Z ,FrayD J , Farthing T W. 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photocatalysis and related surface phenomena(二氧化钛光催化及相关表面现象)作者: Fujishima, Akira; Zhang, Xintong; Tryk, Donald SCIENCE REPORTS 卷: 63 期: 12 页: 515-582 出版年: DEC 15 photocatalysis of naproxen: Effect of the water matrix, anions and diclofenac on degradation rates.(萘普生的TiO2光催化：水基质的作用，对阴离子和双氯芬酸的降解率)作者: Kanakaraju, Devagi; Motti, Cherie A; Glass, Beverley D; 等.Chemosphere 卷: 139 页: 579-88 出版年: 2015-Nov (Epub 2015 Sep 01) photocatalysis: A historical overview and future prospects.(二氧化钛光催化：一个历史的概述和未来前景)作者: Hashimoto, K; Irie, H; Fujishima, AJAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS BRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS 卷: 44 期: 12 页: 8269-8285 出版年: DEC surface science perspective on TiO2 photocatalysis(二氧化钛光催化的表面科学研究)作者: Henderson, Michael SCIENCE REPORTS 卷: 66 期: 6-7 页: 185-297 出版年: JUN 15 2011
植物生长五大要素： 光线。 2.温度。 3.湿度。 4.空气。 5.土壤。1、光线就是光照,绿色植物中的叶绿素是由光线的光合作用.水分和二氧化碳制造而成, 所以植物没有光线就不能生存。2、温度的高低对于植物的生长影响很大,原生于温带地区的植物,可以忍受低温,但不耐高温。 反之,原生于热带的植物,可以抗热抗高温,但不耐低温。每一种植物都有它最理想的生长适温, 如果我们能够给它最适当的温度,生长一定健壮。3、水分是生物细胞组成的主要物质,尤其绿色植物的含水量达80%以上。 植物所需的水分,不单指土壤中的水分,也包含了空气中的水分,就是我们所称的湿度。 植物从根部吸收水分,输送到茎.叶各部位蒸散。 如果吸收量少于蒸散量,就会导致茎叶枯萎死亡,因此在旱地或炎热的季节里,必须注意水分的补给。 反之过量或多雨的季节里,土壤含水量过高,空气的含量降低,阻碍了根部的发育,即会致使吸收能力减退而死亡。 植物除了吸收土壤中的水分外,散布在大气中的水蒸气(空气湿度)也会影响植物的蒸散作用。 空气湿度高,茎叶的蒸散作用就减缓,也就不易造成枯萎, 4、空气对植物的生存如同对动物一样是至关重要的。植物的生长离不开光合作用,植物需要空气中的二氧化碳和水来制造养料。 植物所需要的元素，有13种（4%）来自土壤，另外96%的碳、氢、氧元素来自空气。而空气中的氮、氧、二氧化碳又是植物生长不可缺少的成分。氮元素在土壤中一般占有的比重，而氮气要占空气总容量％，但是氮气一般不能被植物直接利用，仅有少数根瘤菌的植物用根瘤菌固定大气中的游离氮供植物生长。所以氮气一般对植物的生长没有决定性的作用；反而在土壤中施氮肥更容易被植物吸收。氧气占空气总容量21%，是植物呼吸和生存的必要条件；在植物生长发育的各个时期为生命活动提供能量。植物吸氧主要在根部，一般的植物根部吸收大气中存在的氧气就已足够，但沉水类植物主要靠土壤和水中的氧气，则需要适当保持土壤含水量和适当松土，防止土壤中二氧化碳聚集过多，导致植物根系窒息或中毒死亡现象。5、土壤为植物提供根系的生长环境，为其保温，保湿，同时能够辅助根部对植株的固定作用。土壤是很好的“储藏室”，其中可以储存水分、空气、矿质元素，这些是植物生长所必需的，植物直接从土壤中摄取。另外土壤内含有大量其它生物，如微生物和无脊椎动物。微生物能够分解有机质（植物无法直接吸收有机物）使之变成植物能够直接利用的无机物，为植物的生长提供营养；无脊椎动物如蚯蚓，能够通过其生理作用（运动等）达到翻土的目的，使土壤空隙加大，增大空气的含量，同时蚯蚓粪便能够为植物提供直接营养。沃土是最佳类型的土壤，因为它含有适量的水、空气和养分，使植物能健康茁壮地生长。就养分来讲，它对植物所起的作用，犹如人类需要粮食一样重要。养分供应不足，常是产量不能进一步提高的重要因素。为了增产就必需供给植物充足的养分。在土壤养分不足的情况下，就得通过施肥来满足植物对养分的要求。
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植物生长五大要素：光线。温度。湿度。空气。土壤。具体的参考文献你可以去看看植物学研究
因为拉瓦锡证明了空气是有氧气和氮气组成的！！！推翻了燃素说，所以取代了燃素说！！
十一种元素，
德米特里·门捷列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev，1834年2月7日-1907年2月2日），19世纪俄国化学家，他发现了元素周期律（但真正第一位发现元素周期律的是纽兰兹，门捷列夫是后来经过总结，改进得出现在使用的元素周期律的），并就此发表了世界上第一份元素周期表。1907年2月2日，这位享有世界盛誉的俄国化学家因心肌梗塞与世长辞，那一天距离他的73岁生日只有六天。他的名著、伴随着元素周期律而诞生的《化学原理》，在十九世纪后期和二十世纪初，被国际化学界公认为标准著作，前后共出了八版，影响了一代又一代的化学家。
1869年俄国化学家门捷列夫抓住原子量这个永久伴随元素不变的量作为元素列队编序的基础，把当时已经发现的63种元素一一排队。给没有发现的元素预留空位，又纠正了近十个元素的原子量，还建议重新精确测定另外几个元素的原子量，门捷列夫终于列出了最初的元素周期表。1869年2月17日，门捷列夫正式写出第一张化学元素周期表。1869年3月，俄罗斯化学学会召开了。这时，门捷列夫却由于研究化学元素周期律过于劳累，病倒了。在会上，门捷列夫委托彼得堡大学门拿特金教授代他宣读了论文《根据元素的原子量和它们相似的化学性质所制定的元素系统表》的报告。这篇著名的论文，以《化学元素的性质和原子量的相互关系》，后来发表于1869年《俄罗斯化学学会志》第1卷34－60页。门捷列夫的这篇论文，后来被人们称誉为“化学史上划时代的文献”。然而，在当时，并没有引起化学学会的注意和重视。门捷列夫公布自己的成果，却反响不大，包括他的老师齐宁也不支持他的工作，认为他这样是不务正业。“化学是研究早已存在的物质的科学，它的研究结果是真实的无可争辩的事实。而他却研究鬼怪——世界上不存在元素，想象出它的性质和特征。
参考资料
德米特里·门捷列夫：
【摘 要】高中新教材中的元素化合物知识虽然比旧教材精简，但由于这方面知识的感性成分较多，免不了给人以散乱感，学生不易记忆，更不易灵活运用。为了更好地使学生学好和灵活运用元素化合物知识，抓住转化关系图及“位－构－性”和“结构－性质－用途－制备－保存”两条主线，开展模式化教学，促进化学知识的整体建构，以反思教学模式（如编题作业和问题兴趣小组活动）促进知识的有效建构。 【关键词】元素 化合物 整体建构 有效建构 【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2012）16－0011－02 中学元素化合物知识是中学化学知识体系中的一个重要组成部分，它与其他诸如物质结构知识、化学反应原理、化学实验知识等是相互融合相互渗透的不可分割的有机体。如果将物质结构知识比作是这个有机体中的骨架，那么元素化合物知识就是肌肉，化学实验知识则是体液，而化学反应原理属于神经系统部分……由于元素化合物知识是化学知识中的最原始部分，感性成分多，虽然新课程做了大幅度的裁减，但学生学起来还是觉得散乱，不好记忆，也不易灵活运用。所以，指导学生加强元素化合物知识的整合，促进知识的整体建构和有效建构，显得非常重要。 一 抓住转化关系图和两条主线，促进化学知识整体建构 在教学过程中，建立元素化合物多维梳理的学习模式，让学生依照模式按图索骥、反复演练，不断加深对知识的理解和记忆，有利于知识的整体建构。 1．绘制和讨论物质转化关系图 分类法是一种科学方法。在梳理元素及其化合物时，让具体物质与所属类别联系起来，让物质的具体变化与所属反应类型联系起来，可收到点、线、面相结合的纵横联贯的立体建构效果。例如，在复习硫及其化合物时，可引导学生绘制并讨论如下物质转化关系图： 硫及其重要化合物的相互转化关系图 从整个图形的布局来看，横向物质有单质、氧化物、酸和盐等，其相互转化不存在化合价变化；而纵向物质则有硫的负价、零价（单质）、正四价和正六价等，其变化则存在化合价的变化。图中的“点”，表面上看是具体的每种物质，而实质上是每种物质的化学性质如二氧化硫的还原性和硫酸的强酸性及强氧化性等，它体现在与相邻物质的相互转化关系上；图中的“线”，则体现在纵向和横向的变化上，前者主要为酸、碱、盐、氧化物之间的转化，属于复分解反应方面知识；而后者则为不同价态物质之间的转化，属于氧化反应方面知识。根据新课标和考试说明的要求落实好每一个知识点，根据复分解、氧化还原等反应规律展开讨论以加深对每个知识点的理解，这样将具体物质整合到各类物质之中，将具体反应整合到各类反应之中，点面结合、纵横联贯。可见，物质转化关系图是点、线、面相结合的一种高级整合模式。根据新课标的要求，中学化学中必须加以整合的还有Na、Al、Fe、Cu、O、C、Si、N、Cl等元素，这些都可以引导学生按照以上模式加以自觉整合。 2．抓住两条主线，促进知识建构 第一，根据元素“位—构—性”关系主线进行梳理，将元素化合物知识整合到周期表中，发挥周期表的统率作用，瞄准重要元素（如钠、铝、氧、硫、氯、碘、氮、碳等）的重要性质（如金属性和非金属性，包括单质的氧化性和还原性、氢化物的稳定性和酸碱性，以及元素最高价氧化物对应的水化物的酸碱性等），运用周期表知识进行点与线结合的纵横梳理整合。例如，在复习同周期元素性质递变时，思路如下：由于氮原子核外共有二层电子且最外层有5个电子，所以氮元素位于第二周期第VA族；又由于氮原子的核电荷数比碳原子多但比氧原子少，而它们的电子层数却一样多，所以原子核对最外层电子的作用力C＜N＜O；又由于这个原因，原子的电子能力C＜N＜O，以至非金属性C＜N＜O，结果是氧化性C＜N2＜O2、酸性H2CO3＜HNO3、稳定性CH4 ＜NH3＜H2O ……使用这个思路，对C、N、O等元素进行横向比较，可以加深对重点知识的理解，使学生对元素化合物的认识由感性提升到理性水平。可见，根据元素“位—构—性”关系进行的整合，有利于元素化合物知识的整体建构。 第二，以“结构—性质—用途—制备—保存”为线索，对常见物质进行发散式梳理整合。这虽然是元素及其化合物学习的传统方式，而新教材又不再具有那样的系统，但是可以引导学生进行顺藤摸瓜式的独立探索，对知识进行整合并扩容。 例如，对氯气知识的梳理。首先，从结构理解性质：氯原子核外电子最外层有7个，氯分子由两个氯原子组成，所以氯气具有很强的氧化性。其次，从性质理解用途：由于氯气具有很强的氧化性，它能够与绝大多数的金属和某些非金属反应，所以氯气可以制取氢化氢等氯化物。再次，从性质理解制法：氯气有强氧化性，极不稳定，所以在制法上要使用强氧化手段，如使用二氧化锰、高锰酸钾、氯酸钾等来氧化盐酸而得，或使用最强的氧化手段——电解氯化物来制取。最后，由性质理解保存方法：由于氯气具有强氧化性，因此， 这样环环相扣地顺藤摸瓜式梳理，逻辑性很强。总之，对元素化合物知识进行多维的模式化梳理有利于知识的整体建构。 二 开发反思教学模式，促进知识的有效建构 学生的个别差异是永远存在的，因材施教是弥久不衰的基调。由于条件所限，目前绝大多数地区还不能实施小班化教学，为了在教学上照顾到每一个学生，必须注意开发反思性课堂教学模式以适应学生的个体差异，确保知识的有效建构。 1．布置编题作业 在现有的高考模式下，化学高考试题的题型是相对稳定的。在高考备考背景下布置编题作业，确实有应试教育之嫌，但正是在这种应试需要的内驱力作用下，针对题型的编题练习这一反思教学模式才能得到学生接受。因为，通过编题练习可以促进学生对相关知识和方法掌握情况的深刻反思，有利于对基础知识、基本技能以及基本方法的掌握。 首先，编题练习可以促进学生对相关陈述性知识掌握情况的反思，有利于巩固基础。例如，一道离子共存选择型试题模式为：
科学意义是，促进了化学科学的发展，大量发现了新的元素，人造元素的出现成为可能。哲学意义是，推动了现代唯物主义哲学的发展，马克思主义哲学的创立，使人们认识到物质世界既唯物又辩证
我最喜欢的化学元素作文：其中最让我喜欢的化学元素就是碘。你们可能觉得会很奇怪，碘神奇在哪里呢?通过书本我了解碘在常温下是固体，但它也只是勉强的坚持住固体的状态，稍微加热就会熔化，并立即蒸发成浓密而美丽的紫色蒸气。书中描述碘元素蒸气的照片非常的绚丽，这可是作者花了很长的时间拍摄到的。碘是个相当温和的元素，它的作用可大了。可以用来治疗马蹄上的真菌病;缺乏碘会导致甲状腺肿大，所以我们在盐里面加了碘，有了碘盐甲状腺肿大现在就不多见了;还可以把含有百分之几碘的酒精用作消毒剂，我们的生活中经常用到。带着对书中碘元素的好奇，爸爸带着我做了一个小实验，实验很简单，只见爸爸拿了几粒米饭，放在一个小容器中，和了一点水，用筷子把米饭捣碎，然后拿来了我们消毒用的碘酒，往乘有米饭的容器里滴了几滴橙色的碘酒，只见容器里的溶液顿时变成了深蓝色。这让我非常惊讶!爸爸告诉我米饭中含有大量的淀粉，淀粉和碘发生了化学反应，溶液就变成了深蓝色。碘元素化学反应产生的视觉变化，原来也可以这样啊!
我是化学元素铁；我的化学符号是Fe，原子序数是26，在化学元素周期表中位于第4周期、第VIII族，是铁族元素的代表。是最常用的金属。我是过渡金属的一种，是地壳含量第二高的金属元素。我被发现于公元前3500年的古埃及。它们包含的镍，表明它们来自流星。古代小亚细亚半岛（也就是现今的土耳其）的赫梯人在3500年前（公元前1500年前）是第一个从铁矿石中熔炼出我的，这种新的、坚硬的金属给了他们经济和政治上的力量，铁器时代开始了。中国也是最早发现和掌握炼铁技术的国家之一。1973年在中国河北省出土了一件商代铁刃青铜钺，表明3300多年以前中国人认识了我，熟悉了我的锻造性能，识别了我与青铜在性质上的差别，把铁铸在铜兵器的刃部，加强铜的坚韧性。经科学鉴定，证明铁刃是用陨铁锻成的。随着青铜熔炼技术的成熟，逐渐为铁的冶炼技术的发展创造了条件。另外人体中也含有我。我是血红蛋白的成分，帮助氧气运输；
我质地软，不过如果是我与其他金属的合金或者是掺有我，熔点降低，硬度将增大，具体要看杂质或者合金的性质了；
我是工业部门不可缺少的一种金属。我与少量的碳制成合金——钢，磁化之后不易去磁，是优良的硬磁材料，同时也是重要的工业材料，并且也作为人造磁的主要原料。我有多种同素异形体。我是比较活泼的金属，在金属活动顺序表里排在氢的前面，我的化学性质比较活泼，是一种良好的还原剂。我是一变价元素，0价只有还原性，+3价只有氧化性，+2价既有还原性又有氧化性。常温时，我在干燥的空气里不易与氧、硫、氯等非金属单质起反应，若有杂质，在潮湿的空气中易锈蚀；在有酸气或卤素蒸气存在的湿空气中生锈更快。在高温时，则剧烈反应，如我在氧气中燃烧，生成Fe3O4，赤热的我和水蒸气起反应也生成Fe3O4。加热时均能同卤素、硫、硅、碳、磷等化合。除生成+2和+3价氧化物外，还有复合氧化物Fe3O4（是磁性氧化物）生成。我易溶于稀的无机酸中，生成二价铁盐，并放出氢气。在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时，我表面生成一层氧化物保护膜，使我“钝化”，故可用铁制品盛装冷的浓硫酸或冷的浓硝酸。在加热时，我可以与浓硫酸或浓硝酸反应，生成+3价的铁盐，同时生成SO2或NO2等等。
金属争王位旁白：金属王国的居民们一直过着平静的生活。
说是“王国”，可金属王国却从来没有国王。于是有一天，王国里资格最老的金属铜把大家召集了起来。
铜：“我看这样下去不行，人家的王国都有国王，哪像咱们这样，还过着原始的生活。现在，我们就来推选一位国王吧！”旁白：众金属听后，顿时议论纷纷，不知该选谁当国王好。
正当大伙儿犹豫之际，闪闪发光的金跳了出来。金（大声叫道）：“这还用选吗？当然是我来当国王了！我是金属中身价最高的金属之一，我的名声地球人都知道。
怎么样，我当之无愧吧！”铁（满不服气地说）：“哼，身价高有什么了不起！要说国王的最佳人选，还是我老铁。一来我的资格也很老，只比铜老晚生了一些年头；二来我的用途十分广泛，那可要比任何金属都广，因而我也是目前世界年产量最高的金属。
甚至连人的体内也缺不了我呢！这样看来，国王归我当吧！”旁白：年轻的金属铝面对长辈毫不讲礼铝：“且慢！你们两位都靠边儿，你们一个说身价高，一个说产量大，我看都没资格！看看我，我可是地壳中元素含量第三、金属元素含量最高的，可供开采的年限也高居榜首，远超过你铁大爷了。再说了，人们现在对我可谓是关怀备至，而对铜、铁二位则不如从前，甚至还有了‘破铜烂铁’这样的贬义词。
如此，我当国王实不为过吧！”旁白：资格最老的铜在一旁气得胡子都翘起来“放肆！你竟然当众侮辱我──你的长辈，要说当国王，还是我来比较好。首先我的资格比你们都老，早在商朝时期人们就开始使用青铜器了；然后由于我的导电性能良好而又不昂贵，被广泛应用于人类的电力事业，就算你们不服，也要尊重我这个长辈以及我对人类的贡献吧！”旁白：听了他们四种金属激烈争辩之后，大家更是议论纷纷，选举的场面顿时紧张了起来。
各种金属都拿出了自己的看家本领，想压倒其他金属，大家都想当国王了。铜：“打住打住，今天先到这吧，推选国王的事改日再说……”。
金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。
人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。我们对金属材料的认识应从以下几方面开始：
一、分类：
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳 2%~4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。
金属材料按生产成型工艺又分为铸造金属、变形金属 、喷射成形金属，以及粉末冶金材料。
铸造金属通过铸造工艺成型，主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。
变形金属通过压力加工如锻造、轧制、冲压等成型，其化学成分与相应的铸造金属略有不同。
喷射成形金属是通过喷射成形工艺制成具有一定形状和组织性能的零件和毛坯。
金属材料的性能可分为工艺性能和使用性能两种。
二、性能
为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。
材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。
材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。
三、生产工艺：
金属材料生产，一般是先提取和冶炼金属 。
有些金属需进一步精炼并调整到合适的成分，然后加工成各种规格和性能的产品。提炼金属，钢铁通常采用火法冶金工艺，即采用转炉、平炉、电弧炉、感应炉、冲天炉（炼铁）等进行冶炼和熔炼；有色金属兼用火法冶金和湿法冶金工艺 ；高纯金属以及要求特殊性能的金属还采用区域熔炼、真空熔炼和粉末冶金工艺。金属材料通过冶炼并调整成分后，经过铸造成型，或经铸造、粉末冶金成型工艺制成锭、坯，再经塑性加工制成各种形态和规格的产品。对有些金属制品，要求其有特定的内部组织和力学性能，还常采用热处理工艺 。常用的热处理工艺有淬火、正火、退火、时效处理（将淬火后的金属制件置于室温或较高温度下保温适当时间，以提高其强度和硬度）等。
四、发展趋势：
金属材料的发展已从纯金属、纯合金中摆脱出来。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步，传统的金属材料得到了迅速发展，新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料，已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用，并产生了巨大的经济效益。
先说喜欢的元素再介绍
12图
镁 听语音 [měi]
英国戴维于1808年用钾还原氧化镁制得金属镁。它是一种银白色的轻质碱土金属，化学性质活泼，能与酸反应生成氢气，具有一定的延展性和热消散性。镁元素在自然界广泛分布，是人体的必需元素之一。
中文名
镁
外文名
Magnesium
化学式
Mg
相对原子质量
化学品类别
活泼金属单质
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第一个确认镁是一种元素的是Joseph Black，在爱丁堡（英国）于1755年。他辨别了石灰（氧化钙，CaO）中的苦土（氧化镁，MgO），两者各自都是由加热类似于碳酸盐岩，菱镁矿和石灰石来制取。另一种镁矿石叫做海泡石（硅酸镁），于1799年由Thomas Henry报告，他说这种矿石在土耳其更多的用于制作烟斗。[1]
不纯净的镁金属在1792年由Anton Rupprecht首次制取，他加热苦土和木炭的混合物。纯净但非常小量的金属镁在1808年由Humphry Davy电解氧化镁制取。然而，是法国科学家Antoine-Alexandre-Brutus Bussy使用氯化镁和钾反应制取了相当大量的金属镁于1831年，之后他开始研究它的特性。
许多世纪以前，古罗马人认为“magnesia”（希腊Magnesia地区出产的一种白色镁盐，镁元素即因此得名）能治疗多种疾病。直到1808年，英国化学家戴维采用电解苦土（含镁）的方法分离出元素镁。20世纪30年代初 E·V·McCollum 及其同事首次用鼠和狗作为实验动物，系统地观察了镁缺乏的反应。1934年首次发表了少数人在不同疾病的基础上发生镁缺乏的临床报道。证实镁是人体的必需元素。[1]
镁是在自然界中分布最广的十个元素之一（镁是在地球的地壳中第八丰富的元素，约占2%的质量，亦是宇宙中第九多元素），但由于它不易从化合物中还原成单质状态，所以迟迟未被发现。
这是什么东西？哦抱歉，没听说过化学是什么····我是来凑热闹的.这是网上找的，祝你早日找到答案吧.汗···我读文科······化学两字都快忘记怎么写了.化合价的代数和为零这是基本原理.例KNO3,K和O都是固定的化合价，可以直接标上去，N因为有多种的化合价，就应用“化合价的代数和为零”，算出N是+5价.以后叫你标价，先标化合价固定的元素，如H,0等等，再利用“化合价的代数和为零”，列个等式就算出来了.差量法 差量法是依据化学反应前后的莫些“差量”（固体质量差、溶液质量差、气体体积差、气体物质的量之差等）与反应物或生成物的变化量成正比而建立的一种解题法.此法将“差量”看作化学方程式右端的一项，将已知差量（实际差量）与化学方程式中的对应差量（理论差量）列成比例，其他解题步骤与化学方程式列比例式解题完全一致.用差量法解题的关键是正确找出理论差量.[差量法在化学计算中有广泛的用途，其中较为常见的是“质量差法”和“体积差法”] 差量法的适用条件：（1）反应不完全或有残留物.在这种情况下，差量反映了实际发生的反应，消除了未反应物质对计算的影响，使计算得以顺利进行.（2）反应前后存在差量，且此差量易求出.这是使用差量法的前提.只有在差量易求得时，使用差量法 才显得快捷，否则，应考虑用其他方法来解.SiO2 +4 -2MgO +2 -2SO3 +6 -2CO2 +4 -2K2O +1 -2AgCl +1 -1Cu 0 H2 0 NaOH +1 -2 +1O2 0很好写的，单质都是0；化合物的话，氢肯定+1，氧肯定-2，剩下的加一起代数和是0就行。
论钠的性质
钠，一种金属元素，质地软，能使水分解释放出氢。在地壳中钠1的含量为，居第六位，主要以钠盐的形式存在，如食盐（氯化钠）、智利硝石（硝酸钠）、纯碱（碳酸钠）等。钠也是人体肌肉和神经组织中的主要成分之一。在古汉语中，“钠”字的意思是锻铁。
化学性质
钠原子的最外层只有1个电子，很容易失去。因此，钠的化学性质非常活泼，在与其他物质发生氧化还原反应时，都是由0价升为+1价。金属性强。
1.钠跟氧气的反应
在常温时4Na+O2=2Na2O （白色固体）
在点燃时2Na+O2=Na2O2 （淡黄色粉末）
钠在空气中点燃时，迅速熔化为一个闪亮的小球，发出黄色火焰，生成过氧化钠。过氧化钠比氧化钠稳定，氧化钠可以和氧气化合成为过氧化钠，化学方程式为：2Na2O+O2=2Na2O2
2.钠能跟卤素、硫、磷、氢等非金属直接发生反应，生成相应的化合物，如
2Na+Cl2=2NaCl
2Na+S=Na2S（硫化钠）（钠与硫化合时研磨会发生爆炸）
3.钠跟水的反应
在烧杯中加一些水，滴入几滴酚酞溶液，然后把一小块钠放入水中。
观察到的现象及由现象得出的结论有：
1、钠浮在水面上（钠的密度比水小）
2、钠熔成一个闪亮的小球（钠与水反应放出热量，钠的熔点低）
3、钠在水面上四处游动（有气体生成）
钠单质与水的反应
4、发出嘶嘶的响声（生成了气体，反映剧烈）
5、事先滴有酚酞试液的水变红（有碱生成）
反应方程式
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
钠由于此反应剧烈，能引起氢气燃烧，所以钠失火不能用水扑救，必须用干燥沙土来灭火。钠具有很强的还原性，可以从一些熔融的金属卤化物中把金属置换出来。由于钠极易与水反应，所以不能用钠把居于金属活动性顺序钠之后的金属从其盐溶液中置换出来。
4、钠与酸溶液反应
钠与酸溶液的反应涉及到钠的量，如果钠少量，只能与酸反应，如钠与盐酸的反应：
2Na+2HCl=2NaCl+H2↑
如果钠过量，则优先与酸反应，然后再与酸溶液中的水反应，方程式见3
5、钠与盐反应
(1)与盐溶液反应
将钠投入盐溶液中，钠先会和溶液中的水反应，生成的氢氧化钠如果能与盐反应则继续反应。
如将钠投入硫酸铜溶液中：
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
2NaOH+CuSO4=Na2SO4+Cu(OH)2↓
(2)与熔融盐反应
这类反应多数为置换反应，常见于金属冶炼工业中，如
4Na+TiCl4（熔融）=4NaCl+Ti（条件为高温）
Na+KCl=K+NaCl（条件为高温）
钠与熔融盐反应不能证明金属活动性的强弱
6、钠与有机物反应
钠还能与某些有机物反应，如钠与乙醇反应：
2Na+2C2H5OH→2CH3CH2ONa+H2↑（生成物为
铁合金的定义、用途及分类 .铁合金的定义 铁合金是由一种或两种以上的金属或非金属元素与铁元素组成的，并作为钢铁和铸造业的脱氧剂、脱硫剂和合金添加剂等的合金。
例如硅铁是硅与铁的合金；锰铁是锰与铁的合金；硅钙合金是硅与钙组成的合金。就生产方法与用途而言，铁合金还包括含铁极低的锰、铬、钒及工业硅等合金金属。
铁合金的用途 铁合金是钢铁工业和机械铸造行业必不可少的重要原料之一，其主要用途：一是作为脱氧剂，消除钢液中过量的氧；二是作为合金元素添加剂，改善钢的质量与性能。随着我国钢铁工业持续、快速地发展，钢的品种、质量的不断扩大和提高，对铁合金产品提出了更高要求，铁合金工业日益成为钢铁工业的相关技术和配套工程。
下面概述它们的用途： （1）用作脱氧剂。炼钢过程是用吹氧或加入氧化剂的方法使铁水进行脱碳及去除磷、硫等有害杂质的过程。
这一过程的进行，虽然使生铁炼成钢，但钢液中的含量增加了。[O]在钢液中一般以[FeO]的形式存在。
如果不将残留在钢中多余的氧去除，就不能浇铸成合格的钢坯，得不到力学性能良好的钢材。为此，需要添加一些与氧结合力比铁更强，并且其氧化物易于从钢液中排除进入炉渣的元素，把钢液中的[O]去掉，这个过程叫脱氧。
用于脱氧的合金叫脱氧剂。 钢水中各种元素对氧的结合强度，即脱氧能力，从弱到强的顺序如下：铬、锰、碳、硅、钢、钛、硼、铝、锆、钙。
因而，一般炼钢脱氧常用的是由硅、锰、铝、钙组成的铁合金。 （2）用作合金剂。
合金钢中因其含有不同的合金元素而具有不同的性能。钢中合金元剂。
常用的合金剂有硅、猛、铬、钼、钢、钨、钛、钴、镍、硼、铌、锆等铁合金。 （3）用作铸造晶核孕育剂。
改善铸铁和铸钢的性能的措施之一是改变铸件的凝固条件。为了改变凝固条件，往往在浇铸前加入某些铁合金作为晶核，形成晶粒中心，使形式成的石墨变得细小发散。
晶粒细化，从而提高铸件的性能。 （4）用作还原剂。
硅铁可用作生产钼铁、钒铁等其他铁合金时的还原剂；硅铬合金、锰硅合金分别用作中低碳铬铁和中低碳猛铁生产的还原剂。 （5）其他方面的用途。
在有色冶金和化学工业中，铁合金也越来越被广泛地使用。例如，中低碳猛铁用于生产电焊条；硅铝合金用于生产硅铝明中间合金；铬铁用作生产铬化物和镀铬的阳极材料，有些铁合金用作生产耐高温材料。
铁合金产品的分类 随着现代科学技术的发展，各个行业对钢材的品种、性能的要求越来越高，从而对铁合金也提出了更高的要求。铁合金的品种在不断地扩大。
铁合金的品种繁多，分类方法也多。一般按下方法分类； （1）按铁合金中主元素分类，主要有硅、锰、铬、钒、钛、钨、钼等系列铁合金。
（2）按铁合金中含碳量分类，有高碳、中碳、低碳、微碳、超微碳等品种。 （3） 按生产方法分类，有高炉铁合金，包括：高炉高碳猛铁、低硅猛合金、低硅铁等；电炉铁合金，包括高碳猛铁、高碳铬铁、硅铁、猛硅合金、硅铬合金、硅铝合金、硅钙合金、磷铁、中低碳和微碳铬铁、中低碳猛铁、精炼钒铁等；炉外法（金属热法）铁合金，金属铬、钼铁、钛铁、硼铁、钒铁、锆铁、高钒铁等；真空固态还原法铁合金，包括超微碳真空铬铁、氮化铬铁、氮化猛铁等；转炉铁合金，包括转炉中碳铬铁、转炉低碳铬铁、转炉中碳猛铁等；电解法铁合金，电解金属铬、电解金属猛等。
此外，还有氧化物压块与发热铁合金等特殊铁合金。 （4） 含有两种或两种以上合金元素的多元铁合金，主要品种有硅铝合金、硅钙合金、猛硅铝合金、硅钙铝合金、硅钙钡合金、硅铝钡钙合金等。
铁合金生产的主要方法 铁合金的生产法很多，其中大部分铁合金产品是采用火法冶金生产的。根据使用的冶炼设备、操作方法和热量来源，主要有以下几种（详见表1-1 所示）。
高炉法 高炉法所使用的主体设备为记炉。高炉法是最早采用的铁合金生产方法。
高炉法冶炼铁合金和高炉冶炼生铁基本相同。目前主要是生产高炉高碳锰铁。
高炉锰铁生产主要原料为锰矿、焦碳和熔剂以及助燃的空气或富氧。把原料从炉顶装入炉内，高温空气或富氧经风口鼓入炉内，使焦炭烧获得高温及还原气体对矿石进行还原反应，熔化了的炉渣、金属积聚在炉底通过渣口、铁口定时出渣出铁。
随着炉料的熔化、反应和排出，再不断加入新炉料，生产是边连续进行的。 用高炉法生产铁合金，具有劳动生产率高，成本低等优点。
但鉴于高炉炉缸温度的局限性，以及高炉冶炼条件下金属被碳充分饱和，因此高炉法一般只用于生产易还原元素铁合金和低品位铁合金，如高碳锰铁、低硅铁、低锰硅、镍铁及富锰渣等。 电炉法 电炉法是生产铁合金的主要方法，其产量约占全部铁合金产量的4/5，所使用的主体设备为电炉。
电炉主要分为还原电炉（矿热炉）和精炼炉两种： （1） 还原电炉（矿热炉）法。还原电炉法是以碳作还原剂还原矿石生产铁合金的。
炉料加入炉内并将电极插埋于炉料中，依靠电弧和电流通过炉料而产生的电阴电弧热，进行埋弧还原冶炼操作。熔化的金属和熔渣集聚在炉底并通过出铁口定时出铁出。