§18.1钛分族(The titanium subgroup) 包括： Titanium Zirconium Hafnium Rutherfordium 一、General properties 4B 1.Radius 2.First ionization energy [Ar]4s23d 160 titanium 1000 47.88 140 40 800 120 100 600 80 91.22 400 60 72 40 200 Hf 20 16s24f14 0 Ti Zr Hf +共价半径 ·M(IV)的半径 +一第一电离能 746 731 890 104 Rf 由于镧系收缩的影响，Zr和Hf的原子 (257) 半径非常接近，它们的化学性质也很 (n-1d ns2 相似，因而二者的分离工作也较困难 16
§18.1 钛分族(The titanium subgroup) 一、General properties 0 20 40 60 80 100 120 140 160 共价半径 M(IV)的半径 包括： Titanium Zirconium Hafnium Rutherfordium 2.First ionization energy (n-1)d2 ns2 1.Radius 由于镧系收缩的影响，Zr和Hf的原子 半径非常接近，它们的化学性质也很 相似，因而二者的分离工作也较困难. 16
3.Oxidation number: 从单质形成化合物必须要断开单质的 键能，同时伴随原子之间的相互作用 Ti Zr Hf 形成化合物所释放的能量。金属的原 +2,+3,+4 +4 +4 子化能比非金属的键能大得多，在形 TiO,Ti203 ZrO2 HfOz 成EF2,EF3,EF4的过程中，同一种金 TiO2 属所需要的原子化能相同，而反应放 出的能量从EF,到EF,是增大的。对于 原子序数大的过渡元素，原子化能是 增大的，所以Zr、Hf应形成最高氧化 态的化合物. 4.Coordination number: Ti:4,6Zr,Hf:7,8 5.Occurrence in nature: >Ti,Zr,Hf在地壳中的质量百分含量分别为6.3x103,2.0x10-5, 4.5x10-6; >rutile(金红石)TiO2;钛铁矿FeTiO3;钙钛矿(Perovskite) >四川攀枝花钒钛铁矿(FeTi03)探明储量约15亿吨。 17
3. Oxidation number： Ti Zr Hf +2,+3,+4 +4 +4 TiO,Ti2O3 ZrO2 HfO2 TiO2 4. Coordination number: Ti: 4, 6 Zr, Hf: 7, 8 5. Occurrence in nature: ¾ Ti, Zr, Hf在地壳中的质量百分含量分别为6.3x10-3 ，2.0x10-5 ， 4.5x10-6； ¾ rutile (金红石) TiO2; 钛铁矿 FeTiO3; 钙钛矿（Perovskite） ¾ 四川攀枝花钒钛铁矿（FeTiO3）探明储量约15亿吨。 从单质形成化合物必须要断开单质的 键能，同时伴随原子之间的相互作用 形成化合物所释放的能量。金属的原 子化能比非金属的键能大得多，在形 成EF2,EF3,EF4的过程中，同一种金 属所需要的原子化能相同，而反应放 出的能量从EF2到EF4是增大的。对于 原子序数大的过渡元素，原子化能是 增大的，所以Zr、Hf应形成最高氧化 态的化合物. 17
二、The simple substances 1.Physical properties: 银白色金属，为轻金属，Zr、H为重金属，高熔点 钛：银白色，m.p.1680℃，b.p.3260℃，密度d=4.43gcm3 （强度/质量)比是所有金属材料中最大的，在室温RT)下， T表面有一层致密的保护层，耐腐蚀（在HCI、HSO4、HNO3 中均“钝化”，RT与卤素，O2、H0均不反应) >未来的“钢铁”：质轻，抗腐蚀，硬度大，是宇航、航海、 化工设备等的理想材料。 >广泛用于新造飞机、宇宙飞船、游艇、石油化工设备。高温 下可作炼钢脱氧剂。 >能与骨骼肌肉生长在一起，人造骨骼 (人体不排斥)称为“生物金属”。 >钛合金还有“记忆功能”(Ti一Ni合 金)、超导功能(Nb一Ti合金)和储氢功 能(Ti一Mn、Ti-Fe)等
二、The simple substances 1. Physical properties: 银白色金属，Ti为轻金属，Zr、Hf为重金属，高熔点 ¾ 钛合金还有“记忆功能”(Ti－Ni合 金)、超导功能 (Nb－Ti合金)和储氢功 能(Ti－Mn、Ti－Fe)等。 ¾ 能与骨骼肌肉生长在一起，人造骨骼 （人体不排斥）称为“生物金属”。 ¾ 广泛用于新造飞机、宇宙飞船、游艇、石油化工设备。高温 下可作炼钢脱氧剂。 钛：银白色，m. p. 1680 ℃，b.p. 3260 ℃，密度d = 4.43 g cm-3. （强度/质量）比是所有金属材料中最大的，在室温(R.T.)下， Ti表面有一层致密的保护层，耐腐蚀（在HCl、H2SO4、HNO3 中均“钝化”，R.T.与卤素，O2、H2O均不反应） ¾ 未来的“钢铁”：质轻，抗腐蚀，硬度大，是宇航、航海、 化工设备等的理想材料。 18
2.Chemical properties > R.T.不活泼，“钝化”（表面致密氧化物膜保护) 在高温下，活性显著增强（显强还原性）： M0 600K X2 500K H2 MH1.0~2.0←1000K M 1300K>MC B1302K1000RN2 MB(MB2) HF H2TiF6+H2↑ Ti N2, △ TiaN4(s) 浓HCI TiCL3(紫红)+H2↑ 19
2. Chemical properties ¾ R.T. 不活泼，“钝化”（表面致密氧化物膜保护） ¾ 在高温下，活性显著增强（显强还原性）： 19
与酸反应： ◆与热的盐酸反应： 2Ti(s)+6H(aq)+12H20①)=2[TiH20)6]3(aq)+3H2(g) ◆与HF或含F离子的酸反应： M(s)+6HF(aq)=2H(aq+MF。(aq)+2H(g)(M=Ti、Zr、Hf 3M(s)+4HNO3(aq)+18HF(aq)3H2[MF6](aq)+4NO(g)+8H2O(1) m=-1.19V,9/m=-1.23V，而00=+0.1V，即 品>0i,>m ∴.Ti与HCI反应，生成Ti3+,而与HF或含F离子的酸反应，生成TF。 20
¾ 与酸反应： 与热的盐酸反应： 与 HF 或含F-离子的酸反应: ∴ 20