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babyfaceonlyme
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兔纸来个兔宝宝

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金属钒的电子结构和物理性质 依据纯金属单原子理论(OA)确定了体心立方结构(bcc)V,Nb,Ta的电子结构依次为[Ar](3dn)1.68(3dn)2.94(4sc)0.18(4sf)0.20,[Kr](4dn)0.25(4dc)4.15(5sc)0.21(5sf)0.39,[Xe](5dn)0(5dc)3.92(6sc)0.59(6sf)0.50;并对V,Nb,Ta的面心立方结构(fcc)和密排六方结构(hcp)初态特征晶体的电子结构进行了研究.在此基础上定性地解释了V,Nb,Ta的电子结构和晶体结构之间的关系;定性解释了bcc结构V,Nb,Ta之间力学性质和输运性质的差异与电子结构的关系;定量计算了其晶格常数、结合能、势能曲线、弹性和热膨胀系数随温度的变化. 钒,原子序数23,原子量50.9415,元素名来源于斯堪的纳维亚女神之名,表示钒的化合物在溶液中所呈现的美丽颜色。1801年西班牙矿物学家里奥在钒铅矿中首次发现,但他错认为是已发现的铬;1830年瑞典化学家塞夫斯特穆在冶炼泰贝格铁矿时再次发现,并命名;1927年,美国化学家马登和里奇制得纯度为99.7%的金属钒。钒在地壳中的含量在0.02%~0.03%之间,居第22位。钒广泛分布于许多矿藏中,主要的有绿硫钒矿、钒云母等,在恒星也已发现钒。自然界存在两种钒的稳定同位素:钒50和钒51,其中钒51的含量为99.76%。 金属钒有淡灰色光泽,有韧性;熔点1890°C,沸点3380°C,密度5.96克/厘米³;金属钒为体心立方晶格;能与多种金属形成合金。 金属钒在常温下有较好的抗蚀性;易溶于浓硫酸、浓硝酸和氢氟酸中;高温下能与多种非金属直接化合;钒的水溶液比较复杂。 金属钒主要用于制造合金钢;五氧化二钒和钒酸盐广泛用作催化剂;还用于制造彩色玻璃和陶瓷,以及油漆和墨水的催干. 钒以钒铁(及其它钒合金)、钒化合物和金属钒的形式广泛应用于冶金、宇航、化工等工业部门。 钒铁是钢铁工业重要的合金添加剂。钒可提高钢的强度、韧性、延展性和耐热性。自六十年代以来,钒在钢铁工业中的应用急剧增加,到1988年已占钒消耗量的85%。钒在钢铁方面的消耗比例为碳素钢占20%,高强度低合金钢占25%,合金钢占20%,工具钢占15%。含钒高强度低合金钢(HSLA)以其强度大而广泛用于输油/气管道、建筑、桥梁、钢轨、压力容器、车厢架等生产建设中。目前各种含钒钢的应用范围越来越广。 金属钒在有色合金中主要用于生产钒钛合金,如Ti-6Al-4V,Ti-6Al-6V-2Sn和Ti-8Al-1V-Mo等。Ti-6Al-4V合金是用于制造飞机和火箭的优良高温结构材料,在美国极受重视,产量占钛基钒合金的一半以上。金属钒还可用于磁性材料、铸铁、硬质合金、超导材料及核反应堆材料等领域。 五氧化二钒和钒化合物主要用于玻璃与陶瓷工业的着色剂、硫酸和石油化工生产用的催化剂。在美国,35%的五氧化二钒用于生产硫酸,35%用于石油精炼。钒催化剂具有特殊的活性,其它元素难以代替。随着化学工业的迅速发展,钒作为催化剂的重要性将更加显现出来。 钒的应用范围 应用领域 占总量比例(%) 主要用途 使用产品 碳素钢 25 钢筋 FeV HSLA钢 25 建筑,石油管道 FeV 高合金钢 20 铸件,石油管配件 FeV 工具钢 15 高速工具钢,耐磨件 FeV(80%V) 钛合金 10 喷气式发动机零件,飞行器机体 V-Al基合金 化学制品 5 硫酸和顺丁烯二酸酐生产 V2O5和其它钒化合物 材料是一切工程建设的基础。人类文明进步的重要标志之一,就是使用材料的不断更新、增加。材料、能源和信息是现代科学技术发展的三大支柱。 在众多的金属材料中,一种新的金属材料钛已成为耀眼的"新星"。钛是轻金属之一,纯净的钛具有许多优良性能。钛的比重虽然仅是钢的50%,但其强度却超过钢约18%,其延展性更远远优于钢,能象铜一样经得起锤击和拉延。钛的熔点达1600℃,大大高于钢,如把钛和钢同时放在炼钢炉中,钢熔化了,而钛却依然如故。在超低温环境中钢会变脆,掉在地上会被摔碎,而钛在-100℃时也不会变脆,仍具有良好的机械性能。钛还具有良好的耐酸碱、耐腐蚀性能,在强酸碱溶液中,钢铁会被腐蚀得千疮百孔,而钛却安然无恙;钢铁在海水中会迅速锈蚀变质,而钛至少5年内不会锈蚀。用钛锅炒菜,不会产生粘锅现象。用钛合金做的不粘锅已进入家庭。钛与铝相比也有许多优点,钛的硬度高于铝,因此比铝坚固,不易变形;钛的熔点更远远高于铝(600℃)。 以钛为基质,掺入铝、钒、钼、锆等金属,可以得到含钛90%的优质材料--钛合金。钛合金具有重量轻、耐冲击、抗拉压等许多优良性能,是机械、航空、宇航等工业中的高级用材。以钛合金为主体制成的飞机,强度高、重量小,可提高航速约1/3,能大大增加载客量(大型客机能增加100多人),还能节省燃料。用钛合金制造的深海探测器,可深潜至6500米深度,而不会被压坏,而用钢铁制造的潜艇,只能潜至300米。在航天和宇航工业中,钛合金以其优良性能被广泛采用,运载火箭、人造卫星、航天飞机、空间站、行星探测器等,大都采用钛合金制造外壳。这种金属壳体能在太空条件下保持坚韧,能在高速飞行中抵御剧烈的摩擦而产生的高温。 在化学工业中,需要耐腐蚀的泵、阀门、反应器等设备,这些设备也多用钛合金制作。钛与镍结合,还能制成具有记忆功能的"记忆合金"。用这种材料制造汽车外壳,当撞车发生变形时,只要用80℃以上的热风一吹,就能恢复原来形状。 钛也是优秀的装饰材料,表面镀钛的材料,不仅外表光亮美观,而且具有很强的耐磨损和抗腐蚀特性;在真空条件下,将等离子体状态的钛镀在工作或建筑物的表现上,其外观酷似黄金,称为钛金。北京亚运村的火炬、天安门广场的国旗杆球顶、大观园的宝顶等都是用钛金装饰的。用钛金做建筑装饰,不仅能节约大量黄金,而且光彩夺目、雍容华贵,可达到"以假乱真"的效果。钛金还可用于家具、灯饰、卫生洁具、健身器材、自行车、摩托车等的装饰。 钛在地壳中蕴藏丰富,在各种金属储量中占第9位,约为铜、镍、铝、锌总量的17倍。含钛的矿物有70多种,主要是分布于火成岩中的金红石钛铁矿。过去,由于开采困难,成本高,钛的应用受到限制,现在冶炼技术已大大提高,成本正逐渐降低,钛的应用

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做梦的燕子

钒钛的用途:钒被称为“现代工业的味精”,在钢铁、化工、航空航天等领域应用广泛。其中85%应用于钢铁工业,在钢中加入钒,可以改善钢的耐磨性、强度、硬度、延展性等性能。

特点:钛被称为“战略金属”,钛及其合金具有抗腐蚀、高强度、高温及低温强度性能好、无磁性、人体适应性好、形状记忆和超导等优异性能。

由于其轻型高强度的特点,在航空航天等领域得到广泛应用,近年来,应用逐步扩展到造船、石油化设备、海上平台、电力设备、医疗、高档消费品等民用工业领域。

分布范围

钒和钛在我国主要以伴生矿的形式存在于钒钛磁铁矿中,主要分布在四川攀西与河北承德地区,其中又以攀西钒钛磁铁矿资源最为丰富。

我国是钒、钛资源大国,国内的钒钛资源主要集中在四川攀枝花—西昌地区、河北承德地区、陕西汉中地区、湖北郧阳、襄阳地区、广东兴宁及山西代县等地区。

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小白胖了

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。钛没有磁性,用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。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。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。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。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乙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。二氧化钛是世界上最白的东西, l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。钒如果说钢是虎,那么钒就是翼,钢含钒犹如虎添翼。只需在钢中加入百分之几的钒,就能使钢的弹性、强度大增,抗磨损和抗爆裂性极好,既耐高温又抗奇寒,难怪在汽车、航空、铁路、电子技术、国防工业等部门,到处可见到钒的踪迹。此外,钒的氧化物已成为化学工业中最佳催化剂之一,有“化学面包”之称。看来,凡娜迪丝的“儿子”在人间正大受宠爱。主要用于制造高速切削钢及其他合金钢和催化剂。把钒掺进钢里,可以制成钒钢。钒钢比普通钢结构更紧密,韧性、弹性与机械强度更高。钒钢制的穿甲弹,能够射穿40厘米厚的钢板。但是,在钢铁工业上,并不是把纯的金属钒加到钢铁中制成钒钢,而是直接采用含钒的铁矿炼成钒钢。钒的盐类的颜色真是五光十色,有绿的、红的、黑的、黄的,绿的碧如翡翠,黑的犹如浓墨。如二价钒盐常呈紫色;三价钒盐呈绿色,四价钒盐呈浅蓝色,四价钒的碱性衍生物常是棕色或黑色,而五氧化二钒则是红色的。这些色彩缤纷的钒的化合物,被制成鲜艳的颜料:把它们加到玻璃中,制成彩色玻璃,也可以用来制造各种墨水。钒的化合物不但有丰富的色彩,还有极强的毒性。如果人体内的钒盐过多,就会得病。但让人意外的是,如果在牛和猪的饲料中加入微量的钒盐,却能使它们的食量增加,脂肪层加厚。高等动物的血液中含有铁离子,铁离呈规出的是红色,所以高等动物的血液就是红色的。低等动物的血液中含的是铜离子,铜离子的溶液是蓝色的,比如硫酸铜溶液是天蓝色的,因而低等动物的血液是蓝色的。居于它们之间的那些动物的血液中含有三价钒离子,细心的小朋友会记得三价钒离子显绿色,所以这些动物的血液就是绿色的。

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