登天入海样样精通，你“钛”厉害了

 近日，瑞士宣布将禁止在自己境内使用二氧化钛作为食品添加剂。俄罗斯联邦消费者权益保护和公益监督局局长下令科研组织对含有二氧化钛的食品添加剂进行更详细的研究。此前欧洲、法国也禁止在自己境内出售含有二氧化钛的食品。今天，我们来一起认识下与生活密不可分的钛元素。  

   

钛的发现与命名  

 

德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗特  

（图片来源于网络）  

   

1791年，英国牧师兼业余地质学家威廉·格雷戈尔（William   Gregor）检查了当地一条河流的磁性沙土，除去磁性氧化铁并用盐酸处理残留物后，剩下的是不纯的新元素白色氧化物。1795年，德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗特（Martin  Heinrich Klaproth）从一种匈牙利金红石矿物中独立地分离出这种白色氧化物。他引用希腊神话中神族“Titanic”的名字给这种新金属元素起名叫“Titanium”。然而，他们发现的钛是粉末状的二氧化钛而不是金属钛，钛的氧化物极其稳定，单质钛难以制取。直到1910年，美国化学家美国化学家马修·亨特（Matthew Hunter）首次用钠还原TiCI制得纯度达99.9%的金属钛。  

   

钛的简述  

 

钛金属  

（图片来源于Britannica）  

   

钛元素符号为Ti，在化学元素周期表中位于第4周期、第IVB族。钛单质是一种银白色的过渡金属，其密度较小、重量轻、强度高，钛的机械强度约是铁的两倍，铝的六倍。钛单质熔点较高（1668±4 ℃），耐热性良好。钛在稀硫酸、盐酸、大多数有机酸、潮湿的氯气和氯化物溶液中能稳定存在，在海水中也较难生锈，具有极强的抗腐蚀性能。钛元素在地壳中的含量排名第9，在自然界中无金属状态，通常以矿物钛铁矿或金红石存在于自然界。在氧化还原反应中，钛通常以+2、+3或+4氧化态存在，并携带着杂原子。  

   

钛的应用  

   

钛和钛合金广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑、体育用品等领域，极大程度优化了人们的生产与生活。钛和钛合金可用于制造航空航天的发动机部件、石油化工及冶金等工业的电解槽、船舰的螺旋桨、海水淡化用管道、人工关节、心脏起搏器、羽毛球拍、眼镜架、钛金戒指、厨具。二氧化钛可添加到牙膏中以到达美白牙齿的目的。单晶二氧化钛半导体可以应用于太阳能电池板和平板电脑。  

   

钛与健康  

 

暴露于二氧化钛纳米颗粒的小鼠斑片状肺部炎症  

（图片来源于Am. J. Physiol. Lung. Cell. Mol. Physiol.  

DOI: 10.1152/ajplung.00013.2012 ）  

   

钛的化合物经常被添加到化妆品、防晒霜、油漆中。氧化钛纳米颗粒已被证明可诱发成年小鼠的肺气肿和肺部充血。美国西弗吉尼亚州摩根敦国家职业安全与健康研究所的研究人员观察到，吸入钛化合物的大鼠的肺损伤水平显着升高，氧化钛纳米颗粒滴注可诱发小鼠炎症并抑制肺部发育。钛纳米颗粒可以通过鼻子直接进入大脑的海马区。波兰科学家研究发现，二氧化钛对大脑中的神经胶质细胞具有毒性作用，表明二氧化钛的暴露可能会导致脑部伤害并危害健康。二氧化钛可用作食品和药品的添加剂，但国际癌症研究机构和美国国家职业安全与健康研究所也将二氧化钛归类为“可能致癌的物质”。研究表明，二氧化钛通过产生氧化应激而导致细胞损伤。  

   

钛与科学研究  

   

钛催化剂包括无机催化剂、有机催化剂及负载型催化剂，已经广泛用于科学研究中，如负载二茂钛族催化剂可催化苯乙烯聚合，成本极低且具有非常好的催化活性。钛催化剂对PET生产过程中的酯化反应和缩聚反应具有良好的催化作用。钛催化的Sharpless环氧化反应证明了单一构型产物可由手性催化剂制备得到。早期的烯烃复分解反应也使用了钛卡宾。紫外线照射下，二氧化钛催化剂产生的活性氧物种会分解水中的细菌和生物毒素，达到净化水体的目的。

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