Enciklopedični YouTube

1 / 5

✪ Titan / Titan. Kemija je enostavna

✪ Titan je NAJMOČNEJŠA KOVINA NA ZEMLJI!

✪ Kemija 57. Element je titan. Element živega srebra - Akademija zabavnih znanosti

✪ Proizvodnja titana. Titan je ena najmočnejših kovin na svetu!

✪ Iridij - Najbolj REDKA kovina na Zemlji!

Podnapisi

Zdravo! Alexander Ivanov je z vami in to je projekt "Kemija je preprosta" In zdaj ga bomo malo osvetlili s titanom! Takole je videti nekaj gramov čistega titana, ki so ga davno pridobili na univerzi v Manchestru, ko še ni bila univerza.Ta vzorec je iz istega muzeja.Tako je glavni mineral iz katerega titan se ekstrahira, izgleda tako. nov element v mineralu menakinitu in ga poimenoval "menakin" Malo kasneje, leta 1795, je nemški kemik Martin Klaproth odkril nov kemični element v drugem mineralu - rutilu. Titan je dobil ime po Klaprothu, ki ga je poimenoval v čast kraljica vilinov Titanija. Vendar pa po drugi različici ime elementa izvira iz titanov, mogočnih sinov boginje zemlje - Gejev. Vendar se je leta 1797 izkazalo, da sta Gregor in Klaproth odkrila isti kemični element. Toda ime tisti, ki ga je dal Klaproth, je ostal. Toda ne Gregor ne Klaproth nista uspela dobiti kovinskega titana. Dobila sta bel kristalinični prah, ki je bil titanov dioksid. Prvič je kovinski titan pridobil ruski znanstvenik D.K. Kirilov leta 1875 A ker se to dogaja brez ustreznega kritja, njegovo delo ni bilo opaženo. Po tem sta čisti titan pridobila Šveda L. Nilsson in O. Peterson ter Francoz Moissan. In šele leta 1910 je ameriški kemik M. Hunter je izboljšal prejšnje metode za pridobivanje titana in prejel več gramov čistega 99 % titana.Zato je v večini knjig Hunter tisti, ki nakazuje, kako znanstvenik, ki je prejel kovinski titan Nihče ni prerokoval velike prihodnosti titana, saj so najmanjše nečistoče v svoji sestavi ga je naredilo zelo krhkega in krhkega, kar ni omogočalo mehanske obdelave Zato so nekatere titanove spojine našle široko uporabo pred samo kovino.Titanov tetraklorid so v prvi svetovni vojni uporabljali za izdelavo dimnih zaves.Na prostem je titan tetraklorid hidrolizira, da tvori titanove oksikloride in titanov oksid.Beli dim, ki ga vidimo, so delci oksikloridov in titanovega oksida Kaj točno so ti delci Lahko potrdimo, če v vodo kapnemo nekaj kapljic titanovega tetraklorida.Titanov tetraklorid se trenutno uporablja za pridobivanje kovinskega titana.Način pridobivanja čistega titana se ni spremenil že sto let.Najprej se titanov dioksid s klorom pretvori v titanov tetraklorid , o katerem smo govorili prej.Takrat s pomočjo magnezijeve termije pridobimo kovinski titan iz titanovega tetraklorida, ki nastane v obliki gobice.Ta postopek poteka pri temperaturi 900°C v jeklenih retortah Zaradi težkih reakcijskih razmerah tega procesa žal nimamo možnosti prikazati.Tako dobimo titanovo gobo, ki jo talijo v kompaktno kovino.Za pridobitev ultra čistega titana uporabimo metodo jodidne rafinacije, ki jo bomo podrobneje razpravljajte v videu o cirkoniju. Kot ste že opazili, je titanov tetraklorid v normalnih pogojih prozorna, brezbarvna tekočina. Če pa vzamemo titanov triklorid, je to trdna vijolična stvar. samo en atom klora manj v molekuli in že drugo stanje Titanov triklorid je higroskopičen. Zato lahko z njim delate le v inertnem ozračju.Titanov triklorid se dobro raztopi v klorovodikovi kislini.Ta proces zdaj opazujete.V raztopini nastane kompleksen ion 3.Kaj so kompleksni ioni, vam povem kdaj drugič naslednjič. Medtem pa se samo zgrozi :) Če dobljeni raztopini dodaš malo dušikove kisline, potem nastane titanov nitrat in se sprosti rjavi plin, kar dejansko vidimo.Na titanove ione pride do kvalitativne reakcije.Spustimo vodikov peroksid Kot lahko vidite, pride do reakcije s tvorbo svetlo obarvane spojine To je pertitanska kislina. Leta 1908 so v ZDA za proizvodnjo bele barve uporabili titanov dioksid, ki je nadomestil belo, ki je temeljila na svincu in cinku. Titanova bela je bila po kakovosti veliko boljša od svinčevih in cinkovih analogov Prav tako je bil titanov oksid uporabljen za proizvodnjo emajla, ki so ga uporabljali za kovinske in lesene premaze v ladjedelništvu. Trenutno se titanov dioksid uporablja v živilski industriji kot belo barvilo - to je aditiv E171, ki ga najdemo v rakovih palčkah, žitih za zajtrk, majonezi, žvečilnih gumijih, mlečnih izdelkih itd. Tudi titanov dioksid se uporablja v kozmetiki - vstopi v sos. imeti kremo za sončenje "Vse, kar se blešči, ni zlato" - ta rek poznamo iz otroštva In v zvezi s sodobno cerkvijo in titanom dobesedno deluje In zdi se, kaj je lahko skupnega med cerkvijo in titanom? In to: vse moderne kupole cerkva, ki se lesketajo z zlatom, pravzaprav nimajo nič opraviti z zlatom. Pravzaprav so vse kupole prevlečene s titanovim nitridom. Tudi kovinski svedri so prevlečeni s titanovim nitridom. Šele leta 1925 je visoka -dobili smo titan čistosti, kar je omogočilo njegovo preučevanje.fizikalne in kemijske lastnosti In so se izkazale za fantastične.Izkazalo se je, da titan, ki je skoraj dvakrat lažji od železa, po trdnosti prekaša mnoga jekla.tudi titan je pol in pol težji od aluminija, je šestkrat močnejši od njega in ohrani svojo trdnost do 500 °C. - zaradi svoje visoke električne prevodnosti in nemagnetizma je titan zelo zanimiv v elektrotehniki Titan ima visoka odpornost proti koroziji Zaradi svojih lastnosti je titan postal material za vesoljsko tehnologijo V Rusiji, v Verkhnyaya Salda, obstaja korporacija VSMPO-AVISMA, ki proizvaja titan za svetovno vesoljsko industrijo Iz Verkhne Salde titan izdelujejo Boeinge, Airbuse, Rolls -Ro ledene kocke, različna kemična oprema in še marsikatera draga krama. Vendar pa lahko vsak od vas kupi lopato ali lomico iz čistega titana! In to ni šala! In tako fini titanov prah reagira z atmosferskim kisikom. Zahvaljujoč tako barvitemu izgorevanju je titan našel uporabo v pirotehniki In to je vse, naročite se, dajte prst gor, ne pozabite podpreti projekta in povedati prijateljem! Do!

Zgodba

Odkritje TiO 2 je skoraj sočasno in neodvisno izvedel Anglež W. Gregor?! in nemški kemik M. G. Klaproth. W. Gregor, ki je preučeval sestavo magnetnega železovega peska (Creed, Cornwall, Anglija,) je izoliral novo »zemljo« (oksid) neznane kovine, ki jo je imenoval menaken. Leta 1795 je nemški kemik Klaproth odkril nov element v mineralu rutilu in ga poimenoval titan. Dve leti pozneje je Klaproth ugotovil, da sta rutil in menaken zemlja oksida istega elementa, za katerim je ostalo ime "titan", ki ga je predlagal Klaproth. Po 10 letih se je odkritje titana zgodilo že tretjič. Francoski znanstvenik L. Vauquelin je odkril titan v anatazu in dokazal, da sta rutil in anataz identična titanova oksida.

Prvi vzorec kovinskega titana je leta 1825 pridobil J. Ya. Berzelius. Zaradi visoke kemične aktivnosti titana in zahtevnosti njegovega čiščenja sta Nizozemca A. van Arkel in I. de Boer leta 1925 s toplotno razgradnjo hlapov titanovega jodida TiI 4 pridobila čisti vzorec Ti.

izvor imena

Kovina je dobila ime v čast titanov, likov starogrške mitologije, otrok Gaje. Ime elementu je dal Martin Klaproth v skladu s svojimi pogledi na kemijsko nomenklaturo, v nasprotju s francosko kemijsko šolo, kjer so skušali element poimenovati po njegovih kemijskih lastnostih. Ker je nemški raziskovalec sam ugotovil, da ni mogoče določiti lastnosti novega elementa samo po njegovem oksidu, je zanj izbral ime iz mitologije po analogiji z uranom, ki ga je odkril prej.

Biti v naravi

Titan je 10. najbolj razširjen v naravi. Vsebnost v zemeljski skorji je 0,57 masnih %, v morski vodi - 0,001 mg / l. 300 g/t v ultrabazičnih kamninah, 9 kg/t v bazičnih kamninah, 2,3 kg/t v kislih kamninah, 4,5 kg/t v glinah in skrilavcih. V zemeljski skorji je titan skoraj vedno štirivalenten in je prisoten le v kisikovih spojinah. Ne pojavlja se v prosti obliki. Titan ima v vremenskih razmerah in padavinah geokemično afiniteto do Al 2 O 3 . Skoncentriran je v boksitih skorje preperevanja in v morskih glinenih sedimentih. Prenos titana se izvaja v obliki mehanskih drobcev mineralov in v obliki koloidov. V nekaterih glinah se kopiči do 30 mas. % TiO 2. Minerali titana so odporni na vremenske vplive in tvorijo velike koncentracije v plasteh. Znanih je več kot 100 mineralov, ki vsebujejo titan. Najpomembnejši med njimi so: rutil TiO 2 , ilmenit FeTiO 3 , titanomagnetit FeTiO 3 + Fe 3 O 4 , perovskit CaTiO 3 , titanit CaTiSiO 5 . Obstajajo primarne titanove rude - ilmenit-titanomagnetit in placer - rutil-ilmenit-cirkon.

Kraj rojstva

Najdišča titana se nahajajo na ozemlju Južne Afrike, Rusije, Ukrajine, Kitajske, Japonske, Avstralije, Indije, Cejlona, ​​Brazilije, Južne Koreje, Kazahstana. V državah CIS sta Ruska federacija (58,5 %) in Ukrajina (40,2 %) vodilno mesto po raziskanih zalogah titanovih rud. Največje nahajališče v Rusiji je Yaregskoye.

Rezerve in proizvodnja

Leta 2002 je bilo 90 % izkopanega titana uporabljenih za proizvodnjo titanovega dioksida TiO 2 . Svetovna proizvodnja titanovega dioksida je bila 4,5 milijona ton na leto. Potrjene zaloge titanovega dioksida (brez Rusije) znašajo približno 800 milijonov ton.Za leto 2006 po podatkih ameriškega geološkega zavoda, glede na titanov dioksid in brez Rusije, zaloge ilmenitnih rud znašajo 603-673 milijonov ton, rutila pa - 49,7-52,7 milijona ton. Tako bodo pri trenutni stopnji proizvodnje dokazane svetovne zaloge titana (brez Rusije) zadostovale za več kot 150 let.

Rusija ima za Kitajsko druge največje zaloge titana na svetu. Bazo mineralnih surovin titana v Rusiji sestavlja 20 nahajališč (od tega 11 primarnih in 9 aluvialnih), dokaj enakomerno razpršenih po vsej državi. Največje od raziskanih nahajališč (Yaregskoye) se nahaja 25 km od mesta Ukhta (Republika Komi). Zaloge nahajališča so ocenjene na 2 milijardi ton rude s povprečno vsebnostjo titanovega dioksida okoli 10%.

Največji proizvajalec titana na svetu je rusko podjetje VSMPO-AVISMA.

Potrdilo o prejemu

Izhodni material za proizvodnjo titana in njegovih spojin je praviloma titanov dioksid z relativno majhno količino nečistoč. Zlasti je to lahko koncentrat rutila, pridobljen med pridobivanjem titanovih rud. Vendar so zaloge rutila v svetu zelo omejene, pogosteje pa se uporablja tako imenovana sintetična rutilna ali titanova žlindra, pridobljena pri predelavi ilmenitnih koncentratov. Za pridobitev titanove žlindre se koncentrat ilmenita reducira v električni obločni peči, medtem ko se železo loči v kovinsko fazo (lito železo), nereducirani titanovi oksidi in nečistoče pa tvorijo žlindro. Bogata žlindra se predeluje s kloridno ali žveplovo kislinsko metodo.

Koncentrat titanovih rud je podvržen žveplovi kislini ali pirometalurški obdelavi. Produkt obdelave z žveplovo kislino je titanov dioksid v prahu TiO 2 . S pirometalurško metodo rudo sintrajo s koksom in obdelajo s klorom, pri čemer dobimo par titanovega tetraklorida TiCl 4:

Hlapi TiCl 4, ki nastanejo pri 850 ° C, se reducirajo z magnezijem:

Poleg tega tako imenovani proces FFC Cambridge, poimenovan po svojih razvijalcih Dereku Freyu, Tomu Farthingu in Georgeu Chenu, in univerzi v Cambridgeu, kjer je bil ustvarjen, zdaj začenja pridobivati ​​popularnost. Ta elektrokemični postopek omogoča neposredno neprekinjeno redukcijo titana iz oksida v talini zmesi kalcijevega klorida in živega apna. Ta postopek uporablja elektrolitsko kopel, napolnjeno z mešanico kalcijevega klorida in apna, z grafitno žrtveno (ali nevtralno) anodo in katodo iz oksida, ki ga je treba reducirati. Ko tok teče skozi kopel, temperatura hitro doseže ~1000–1100°C in talina kalcijevega oksida se na anodi razgradi na kisik in kovinski kalcij:

Nastali kisik oksidira anodo (v primeru uporabe grafita), kalcij pa migrira v talini na katodo, kjer obnovi titan iz oksida:

Nastali kalcijev oksid ponovno disociira na kisik in kovino kalcija, postopek pa se ponavlja do popolne preobrazbe katode v titanovo gobo oziroma do izčrpanja kalcijevega oksida. Kalcijev klorid se v tem procesu uporablja kot elektrolit za prenos električne prevodnosti v talino in mobilnost aktivnih kalcijevih in kisikovih ionov. Pri uporabi inertne anode (na primer kositrovega oksida) se namesto ogljikovega dioksida na anodi sprosti molekularni kisik, ki manj onesnažuje okolje, vendar proces v tem primeru postane manj stabilen, poleg tega pa pod določenimi pogoji , postane razgradnja klorida energetsko bolj ugodna kot kalcijev oksid, kar povzroči sproščanje molekularnega klora.

Nastala titanova "gobica" se stopi in očisti. Titan se rafinira z jodidno metodo ali z elektrolizo, pri čemer Ti ločimo od TiCl 4 . Za pridobitev titanovih ingotov se uporablja obločna, elektronska ali plazemska obdelava.

Fizične lastnosti

Titan je lahka, srebrno bela kovina. Obstaja v dveh kristalnih modifikacijah: α-Ti s heksagonalno tesno zloženo mrežo (a=2,951 Å; c=4,679 Å; z=2; vesoljska skupina C6mmc), β-Ti s kubičnim telo-centriranim pakiranjem (a=3,269 Å; z=2; vesoljska skupina Im3m), temperatura prehoda α↔β 883 °C, ΔH prehod 3,8 kJ/mol. Tališče 1660 ± 20 °C, vrelišče 3260 °C, gostota α-Ti in β-Ti je 4,505 (20 °C) oziroma 4,32 (900 °C) g/cm³, atomska gostota 5,72⋅/10 cm³ [ ] . Plastika, varjena v inertni atmosferi. Upornost 0,42 µOhm m ob 20 °C

Ima visoko viskoznost, med obdelavo je nagnjen k lepljenju na rezalno orodje, zato je treba na orodje nanašati posebne premaze, različna maziva.

Pri normalni temperaturi je prekrit z zaščitno pasivizirajočo folijo iz TiO 2 oksida, zaradi česar je v večini okolij (razen alkalnega) odporen proti koroziji.

Titanov prah ponavadi eksplodira. Plamenišče - 400 °C. Titanovi ostružki so vnetljivi.

Titan je skupaj z jeklom, volframom in platino zelo odporen na vakuum, zaradi česar je poleg svoje lahkosti zelo obetaven pri oblikovanju vesoljskih plovil.

Kemijske lastnosti

Titan je odporen na razredčene raztopine številnih kislin in alkalij (razen H 3 PO 4 in koncentrirane H 2 SO 4).

Z lahkoto reagira tudi s šibkimi kislinami v prisotnosti kompleksirnih sredstev, na primer s fluorovodikovo kislino, medsebojno deluje zaradi tvorbe kompleksnega aniona 2-. Titan je najbolj občutljiv na korozijo v organskih medijih, saj se v prisotnosti vode na površini titanovega izdelka tvori gost pasivni film oksidov in titanovega hidrida. Najbolj opazno povečanje korozijske odpornosti titana je opazno pri povečanju vsebnosti vode v agresivnem okolju od 0,5 do 8,0 %, kar potrjujejo elektrokemične študije elektrodnih potencialov titana v raztopinah kislin in alkalij v mešani vodi. - organski mediji.

Pri segrevanju na zraku na 1200°C se Ti vžge s svetlo belim plamenom s tvorbo oksidnih faz spremenljive sestave TiO x . Hidroksid TiO(OH) 2 ·xH 2 O se obori iz raztopin titanovih soli, s previdnim žganjem katerih dobimo oksid TiO 2. TiO(OH) 2 hidroksid xH 2 O in TiO 2 dioksid sta amfoterna.

Aplikacija

V čisti obliki in v obliki zlitin

• Titan v obliki zlitin je najpomembnejši konstrukcijski material v letalski, raketni in ladjedelništvu.
• Kovina se uporablja v: kemični industriji (reaktorji, cevovodi, črpalke, cevovodne armature), vojaški industriji (oklepi, oklepne in požarne pregrade v letalstvu, trupi podmornic), industrijskih procesih (razsoljevalnice, procesi celuloze in papirja), avtomobilski industriji , kmetijska industrija, živilska industrija, nakit za piercing, medicinska industrija (proteze, osteoproteze), zobni in endodontski instrumenti, zobni vsadki, športna oprema, nakit, mobilni telefoni, lahke zlitine itd.
• Ulivanje titana se izvaja v vakuumskih pečeh v grafitnih kalupih. Uporablja se tudi vakuumsko vlivanje. Zaradi tehnoloških težav pri umetniškem litju se uporablja v omejenem obsegu. Prva monumentalna lita skulptura iz titana na svetu je spomenik Juriju Gagarinu na trgu, poimenovanem po njem v Moskvi.
• Titan je legirni dodatek v številnih legiranih jeklih in večini posebnih zlitin [ kaj?] .
• Nitinol (nikelj-titan) je zlitina s spominom na obliko, ki se uporablja v medicini in tehnologiji.
• Titanovi aluminidi so zelo odporni proti oksidaciji in toplotno odporni, kar je posledično določilo njihovo uporabo v letalski in avtomobilski industriji kot konstrukcijski material.
• Titan je eden najpogostejših pridobivalnih materialov, ki se uporabljajo v visokovakuumskih črpalkah.

V obliki povezav

• Beli titanov dioksid (TiO 2 ) se uporablja v barvah (kot je titanova bela) ter pri proizvodnji papirja in plastike. Dodatek za živila E171.
• Organotitanove spojine (na primer tetrabutoksititan) se uporabljajo kot katalizator in trdilec v kemični industriji in industriji barv.
• Anorganske titanove spojine se uporabljajo v kemični, elektronski industriji, industriji steklenih vlaken kot dodatki ali premazi.
• Titanov karbid, titanov diborid, titanov karbonitrid so pomembne sestavine supertrdih materialov za obdelavo kovin.
• Titanov nitrid se uporablja za premazovanje orodja, cerkvenih kupol in pri izdelavi bižuterije, saj ima barvo podobno zlati.
• Barijev titanat BaTiO 3, svinčev titanat PbTiO 3 in številni drugi titanati so feroelektriki.

Obstaja veliko titanovih zlitin z različnimi kovinami. Legirne elemente delimo glede na njihov vpliv na temperaturo polimorfne transformacije v tri skupine: beta stabilizatorji, alfa stabilizatorji in nevtralni trdilci. Prvi znižujejo temperaturo transformacije, drugi jo povečajo, drugi pa nanjo ne vplivajo, ampak vodijo v raztopino utrjevanja matrice. Primeri alfa stabilizatorjev: aluminij, kisik, ogljik, dušik. Beta stabilizatorji: molibden, vanadij, železo, krom, nikelj. Nevtralni trdilci: cirkonij, kositer, silicij. Beta stabilizatorji pa se delijo na beta-izomorfne in beta-evtektoidne tvorbe.

Najpogostejša titanova zlitina je zlitina Ti-6Al-4V (v ruski klasifikaciji - VT6).

Analiza potrošniških trgov

Čistost in razred grobega titana (titanove gobice) običajno določata njegova trdota, ki je odvisna od vsebnosti nečistoč. Najpogostejši znamki sta TG100 in TG110 [ ] .

Fiziološko delovanje

Kot že omenjeno, se titan uporablja tudi v zobozdravstvu. Posebnost uporabe titana ni le v trdnosti, temveč tudi v sposobnosti same kovine, da raste skupaj s kostjo, kar omogoča zagotovitev kvazi trdnosti zobne baze.

izotopi

Naravni titan je sestavljen iz mešanice petih stabilnih izotopov: 46 Ti (7,95 %), 47 Ti (7,75 %), 48 Ti (73,45 %), 49 Ti (5,51 %), 50 Ti (5, 34 %).

Znani so umetni radioaktivni izotopi 45 Ti (T ½ = 3,09 h), 51 Ti (T ½ = 5,79 min) in drugi.

Opombe

1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomske teži elementov 2011 (IUPAC Tehnično poročilo) (angleščina) // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - letnik. 85, št. 5 . - str. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
2. Uredništvo: Zefirov N. S. (glavni urednik). Kemijska enciklopedija: v 5 zvezkih - Moskva: Sovjetska enciklopedija, 1995. - T. 4. - S. 590-592. - 639 str. - 20.000 izvodov. - ISBN 5-85270-039-8.
3. titan- članek iz Fizične enciklopedije
4. J.P. Riley in Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
5. Depozit titan.
6. Depozit titan.
7. Ilmenit, rutil, titanomagnetit - 2006
8. titan (nedoločen) . Informacijsko-analitični center "Mineral". Pridobljeno 19. novembra 2010. Arhivirano iz izvirnika 21. avgusta 2011.
9. Corporation VSMPO-AVISMA
10. Koncz, St; Szanto, St.; Waldhauser, H., Der Sauerstoffgehalt von Titan-jodidstäben, Naturwiss. 42 (1955) str.368-369
11. Titan - kovina  prihodnosti (ruščina).
12. Titan - članek iz Chemical Encyclopedia
13. Vpliv voda na proces pasivacija titan - 26 februar 2015 - Kemija in kemična tehnologija v življenju (nedoločen) . www.chemfive.ru Pridobljeno 21. oktobra 2015.
14. Umetnost litje v XX stoletju
15. Na svetovnem trgu titana za zadnja dva meseca cene stabilizirane  (pregled)

Povezave

• Titan v priljubljeni knjižnici kemičnih elementov

titan(lat. titanium), ti, kemijski element iv. skupine Mendelejevega periodnega sistema; atomsko število 22, atomska masa 47,90; je srebrno bele barve lahke kovine. Naravni T. je sestavljen iz mešanice petih stabilnih izotopov: 46 ti (7,95 %), 47 ti (7,75 %), 48 ti (73,45 %), 49 ti (5,51 %), 50 ti (5 ,34 %). Znani so umetni radioaktivni izotopi 45 ti (ti 1/2 = 3,09 h, 51 ti (ti 1/2 = 5,79 min) in itd.

Sklic na zgodovino. T. v obliki dioksida je odkril angleški amaterski mineralog W. Gregor leta 1791 v magnetnih železovih peskih mesta Menakan (Anglija); leta 1795 je nemški kemik M. G. Klaproth ugotovil, da mineral rutil je naravni oksid iste kovine, ki jo je imenoval "titan" [v grški mitologiji so titani otroci Urana (Nebesa) in Gaje (Zemlje)]. T. v čisti obliki dolgo časa ni bilo mogoče izolirati; Šele leta 1910 je ameriški znanstvenik M. A. Hunter pridobil kovinski natrij s segrevanjem njegovega klorida z natrijem v zaprti jekleni bombi. kovina, ki jo je pridobil, je bila duktilna le pri povišanih temperaturah in krhka pri sobni temperaturi zaradi visoke vsebnosti nečistoč. Priložnost za preučevanje lastnosti čistega titana se je pojavila šele leta 1925, ko sta nizozemska znanstvenika A. Van Arkel in J. de Boer s toplotno disociacijo titanovega jodida pri nizkih temperaturah pridobila kovinsko plastiko visoke čistosti.

razširjenost v naravi. T. je eden izmed pogostih elementov, njegova povprečna vsebnost v zemeljski skorji (clarke) je 0,57 mas. % (med konstrukcijskimi kovinami je po številčnosti četrti, za železom, aluminijem in magnezijem). T. je največji v osnovnih kamninah tako imenovane »bazaltne školjke« (0,9 %), manj v kamninah »granitne lupine« (0,23 %), še manj pa v ultrabazičnih kamninah (0,03 %) itd. Kamnine, obogatene s T., vključujejo pegmatite osnovnih kamnin, alkalne kamnine, sienite in z njimi povezane pegmatite.Poznanih je 67 mineralov T., večinoma magmatskega izvora; najpomembnejši so rutil in ilmenit.

V biosferi je T. večinoma razpršen. V morski vodi ga vsebuje 1 10 -7 %; T. je šibek migrant.

fizične lastnosti. T. obstaja v obliki dveh alotropnih modifikacij: pod temperaturo 882,5 ° C je a-oblika s heksagonalno tesno zloženo mrežo stabilna ( a= 2,951 å, z= 4,679 å), in nad to temperaturo - b-oblika s kubično telesno osredotočeno mrežo a = 3,269 £ Nečistoče in dodatki lahko bistveno spremenijo temperaturo a/b transformacije.

Gostota a-oblika pri 20 °C 4,505 g/cm 3 a pri 870 °C 4,35 g/cm 3 b-oblike pri 900 °C 4.32 g/cm 3; atomski polmer ti 1,46 å, ionski polmer ti + 0,94 å, ti 2+ 0,78 å, ti 3+ 0,69 å, ti 4+ 0,64 å , t pl 1668±5°С, t kip 3227 °C; toplotna prevodnost v območju 20-25 ° С 22,065 tor/(m? TO) ; temperaturni koeficient linearne ekspanzije pri 20 °C 8,5? 10 -6, v območju 20-700 ° C 9,7? 10 -6; toplotna zmogljivost 0,523 kJ/(kg? TO) ; električna upornost 42,1? 10-6 ohm? cm pri 20 °C; temperaturni koeficient električnega upora 0,0035 pri 20 °C; ima superprevodnost pod 0,38 ± 0,01 K. T. paramagnetna, specifična magnetna občutljivost (3,2 ± 0,4)? 10 -6 pri 20°C. Natezna trdnost 256 Mn/m 2 (25,6 kgf/mm 2) , raztezek 72%, trdota po Brinellu manj kot 1000 Mn/m 2 (100 kgf/mm 2) . Modul normalne elastičnosti 108000 Mn/m 2 (10800 kgf/mm 2) . Kovina visoke čistosti pri normalni temperaturi.

Tehnični razred, ki se uporablja v industriji, vsebuje nečistoče kisika, dušika, železa, silicija in ogljika, ki povečajo njegovo trdnost, zmanjšajo plastičnost in vplivajo na temperaturo polimorfne transformacije, ki se pojavi v območju 865–920 °C. Za tehnične razrede VT1-00 in VT1-0 je gostota približno 4,32 g/cm 3 , natezna trdnost 300-550 Mn/m 2 (30-55 kgf/mm 2) , raztezek najmanj 25%, trdota po Brinellu 1150-1650 Mn/m 2 (115-165 kgf/mm 2) . Konfiguracija zunanje elektronske ovojnice atoma ti 3 d 2 4 s 2 .

Kemijske lastnosti . Čisti T. - reaktiven prehodni element, v spojinah ima oksidacijska stanja + 4, redkeje +3 in +2. Pri običajnih temperaturah in do 500-550 ° C je odporen proti koroziji, kar je razloženo s prisotnostjo tankega, a močnega oksidnega filma na njegovi površini.

Bistveno sodeluje z atmosferskim kisikom pri temperaturah nad 600 ° C s tvorbo tio 2 . Tanki titanovi odrezki z nezadostnim mazanjem se lahko med obdelavo vnamejo. Ob zadostni koncentraciji kisika v okolju in poškodbah oksidnega filma z udarci ali trenjem je možno, da se kovina pri sobni temperaturi in v razmeroma velikih kosih vname.

Oksidni film ne ščiti termometra v tekočem stanju pred nadaljnjo interakcijo s kisikom (za razliko od, na primer, aluminija), zato je treba njegovo taljenje in varjenje izvajati v vakuumu, v atmosferi nevtralnega plina ali pod tok. T. ima sposobnost absorbiranja atmosferskih plinov in vodika ter tvori krhke zlitine, neprimerne za praktično uporabo; v prisotnosti aktivirane površine pride do absorpcije vodika že pri sobni temperaturi z nizko hitrostjo, ki se znatno poveča pri 400 °C in več. Topnost vodika v T. je reverzibilna in ta plin je mogoče skoraj v celoti odstraniti z vakuumskim žarjenjem. Dušik reagira z dušikom pri temperaturah nad 700°C in tvori nitride kositrnega tipa; v obliki drobnega prahu ali žice lahko T. gori v dušikovi atmosferi. Hitrost difuzije dušika in kisika v T. je veliko nižja kot pri vodiku. Za plast, ki nastane kot posledica interakcije s temi plini, je značilna povečana trdota in krhkost, zato jo je treba odstraniti s površine titanovih izdelkov z jedkanjem ali strojno obdelavo. T. močno sodeluje s suhimi halogeni , glede na mokre halogene je stabilen, saj ima vlaga vlogo inhibitorja.

Kovina je stabilna v dušikovi kislini vseh koncentracij (z izjemo rdeče dimeče kisline, ki povzroči korozijsko razpokanje kisline, reakcija pa včasih poteka s eksplozijo) in v šibkih raztopinah žveplove kisline (do 5 % po utež). Klorovodikova, fluorovodikova, koncentrirana žveplova, pa tudi vroče organske kisline: oksalna, mravljinčna in trikloroocetna kislina reagirajo s T.

T. je odporen proti koroziji v atmosferskem zraku, morski vodi in morskem ozračju, v vlažnem kloru, klorovi vodi, vročih in hladnih kloridnih raztopinah, v različnih tehnoloških raztopinah in reagentih, ki se uporabljajo v kemični, naftni, papirni in drugi industriji ter v hidrometalurgiji. T. tvori kovinam podobne spojine s C, B, se in si, ki jih odlikujeta ognjevzdržnost in visoka trdota. tig karbid ( t pl 3140 °C) dobimo s segrevanjem mešanice tio 2 s sajami pri 1900-2000 °C v vodikovi atmosferi; kositrov nitrid ( t pl 2950 ° C) - s segrevanjem prahu T. v dušiku pri temperaturi nad 700 ° C. Znani so silicidi tisi 2, ti 5 si 3, tisi in boridi tib, ti 2 b 5, tib 2. Pri temperaturah med 400 in 600°C T. absorbira vodik, da tvori trdne raztopine in hidride (tih, tih 2). Ko se tio 2 zlije z alkalijami, nastanejo soli titanove kisline meta- in ortotitanatov (na primer na 2 tio 3 in na 4 tio 4), pa tudi polititanati (na primer na 2 ti 2 o 5 in na 2 ti 3 o 7). Titanati vključujejo najpomembnejše minerale tetanusa, kot sta ilmenit fetio 3 in perovskit catio 3 . Vsi titanati so rahlo topni v vodi. Titanov dioksid, titanove kisline (oborine) in titanati se raztopijo v žveplovi kislini, da tvorijo raztopine, ki vsebujejo tioso 4 titanil sulfat. Ko raztopine razredčimo in segrejemo, se kot posledica hidrolize obori h 2 tio 3, iz katerega dobimo dioksid T. Ko dodamo vodikov peroksid k kislim raztopinam, ki vsebujejo ti (iv) spojine, se peroksidne (supertitanske) kisline sestave h 4 tio 5 in h 4 tio nastaneta 8 in njune ustrezne soli; te spojine so obarvane rumeno ali oranžno rdeče (odvisno od koncentracije T.), ki se uporablja za analitično določanje T.

Potrdilo o prejemu. Najpogostejša metoda za pridobivanje kovinskega živega srebra je magnezijeva termična metoda, to je redukcija natrijevega tetraklorida s kovinskim magnezijem (redkeje z natrijem):

ticl 4 + 2 mg = ti + 2 mgcl 2 .

V obeh primerih kot izhodiščna surovina služijo oksidne rude titana — rutil, ilmenit in druge, pri rudah tipa ilmenita pa se titan loči od železa v obliki žlindre s taljenjem v električnih pečeh. Žlindra (kot rutil) se klorira v prisotnosti ogljika, da nastane T. tetraklorid, ki po čiščenju vstopi v redukcijski reaktor z nevtralno atmosfero.

Po tem postopku dobimo jeklo v gobasti obliki in ga po mletju v vakuumskih obločnih pečeh pretalimo v ingote z vnosom legirnih dodatkov, če je to potrebno za pridobitev zlitine. Magnezijevo-termalna metoda omogoča ustvarjanje obsežne industrijske proizvodnje termometrov z zaprtim tehnološkim ciklom, saj se stranski produkt, ki nastane med redukcijo, magnezijev klorid, pošlje v elektrolizo za pridobitev magnezija in klora.

V številnih primerih je za proizvodnjo izdelkov iz titana in njegovih zlitin koristno uporabiti metode prašne metalurgije. Za pridobitev posebej finih prahov (na primer za radijsko elektroniko) je mogoče uporabiti redukcijo titanovega dioksida s kalcijevim hidridom.

Svetovna proizvodnja kovin t. se je zelo hitro razvijala: približno 2 t leta 1948, 2100 t leta 1953 20.000 t leta 1957; leta 1975 je preseglo 50.000 t.

Aplikacija . Glavne prednosti T. pred drugimi konstrukcijskimi kovinami so kombinacija lahkosti, trdnosti in odpornosti proti koroziji. Titanove zlitine v absolutni, še bolj pa po specifični trdnosti (to je trdnosti, povezane z gostoto) presegajo večino zlitin na osnovi drugih kovin (na primer železa ali niklja) pri temperaturah od -250 do 550 ° C in so primerljive v koroziji z zlitinami plemenitih kovin . Vendar pa se je T. začel uporabljati kot samostojen konstrukcijski material šele v petdesetih letih prejšnjega stoletja. 20. stoletje zaradi velikih tehničnih težav pridobivanja iz rud in predelave (zato je bil T. pogojno imenovan redke kovine) . Glavni del tehnologije se porabi za potrebe letalske in raketne tehnike ter pomorske ladjedelništva. . Fero-titanove zlitine z železom, znane kot ferotitan (20-50 % železa), služijo kot legirni dodatek in deoksidant v metalurgiji visokokakovostnih jekel in posebnih zlitin.

Tehnična tehnologija se uporablja za proizvodnjo rezervoarjev, kemičnih reaktorjev, cevovodov, armatur, črpalk in drugih izdelkov, ki delujejo v agresivnih okoljih, na primer v kemijskem inženirstvu. V hidrometalurgiji barvnih kovin se uporablja oprema iz T. Služi za pokrivanje jeklenih izdelkov. . V mnogih primerih ima uporaba toplote velik tehnični in ekonomski učinek, ne le s podaljšanjem življenjske dobe opreme, temveč tudi z možnostjo intenziviranja procesov (kot na primer v hidrometalurgiji niklja). Zaradi biološke neškodljivosti T. je odličen material za izdelavo opreme za živilsko industrijo in v rekonstruktivni kirurgiji. V pogojih globokega mraza se moč T. poveča ob ohranjanju dobre plastičnosti, kar omogoča uporabo kot konstrukcijski material za kriogeno tehnologijo. T. je primeren za poliranje, barvno eloksiranje in druge metode površinske obdelave, zato se uporablja za izdelavo različnih umetniških izdelkov, vključno s monumentalno skulpturo. Primer je spomenik v Moskvi, postavljen v čast izstrelitvi prvega umetnega satelita Zemlje. Od titanovih spojin so praktičnega pomena titanovi oksidi, titanovi halogenidi in tudi titanovi silicidi, ki se uporabljajo v visokotemperaturni tehnologiji; T. boridi in njihove zlitine, ki se zaradi svoje netopljivosti in velikega preseka zajetja nevtronov uporabljajo kot moderatorji v jedrskih elektrarnah. Volframov karbid, ki ima visoko trdoto, je vključen v sestavo trdih zlitin, ki se uporabljajo za izdelavo rezalnih orodij in kot abrazivni material.

Osnova sta titanov dioksid in barijev titanat titanova keramika, in barijev titanat je najpomembnejši feroelektrični.

S. G. Glazunov.

Titan v telesu. T. je nenehno prisoten v tkivih rastlin in živali. V kopenskih rastlinah je njegova koncentracija približno 10-4% , v morju - od 1,2? 10-3 do 8? 10 -2 % , v tkivih kopenskih živali - manj kot 2? 10 -4 % , morski - od 2? 10-4 do 2? 10 -2 %. Pri vretenčarjih se kopiči predvsem v poroženelih tvorbah, vranici, nadledvičnih žlezah, ščitnici, posteljici; slabo absorbira iz prebavil. Pri človeku je dnevni vnos T. s hrano in vodo 0,85 mg; izloča se z urinom in blatom (0,33 in 0,52 mg oziroma). Relativno nizka toksičnost.

Lit.: Glazunov S. G., Moiseev V. N., Strukturne titanove zlitine, M., 1974; Metalurgija titana, M., 1968; Goroshchenko Ya. G., Kemija titana, [pogl. 1-2], K., 1970-72; zwicker u., titan und titanlegierungen, r., 1974; Bowen h. jaz. m., elementi v sledovih v biokemiji, l.- n. l., 1966.

DEFINICIJA

titan- dvaindvajsetega elementa periodnega sistema. Oznaka - Ti iz latinskega "titan". Nahaja se v četrtem obdobju, IVB skupina. Nanaša se na kovine. Jedrski naboj je 22.

Titan je v naravi zelo pogost; vsebnost titana v zemeljski skorji je 0,6 % (mas.), t.j. višja od vsebnosti tako široko uporabljenih kovin v tehnologiji, kot so baker, svinec in cink.

V obliki preproste snovi je titan srebrno bela kovina (slika 1). Nanaša se na lahke kovine. Ognjevzdržna. Gostota - 4,50 g/cm 3 . Tališče in vrelišče sta 1668 o C oziroma 3330 o C. Odporen proti koroziji, ko je izpostavljen zraku pri normalni temperaturi, kar je razloženo s prisotnostjo zaščitnega filma sestave TiO 2 na njegovi površini.

riž. 1. Titan. Videz.

Atomska in molekulska masa titana

Relativna molekulska masa snovi(M r) je število, ki kaže, kolikokrat je masa dane molekule večja od 1/12 mase ogljikovega atoma, in relativna atomska masa elementa(A r) - kolikokrat je povprečna masa atomov kemičnega elementa večja od 1/12 mase ogljikovega atoma.

Ker titan obstaja v prostem stanju v obliki monoatomskih molekul Ti, se vrednosti njegove atomske in molekulske mase ujemajo. Enaka sta 47,867.

Izotopi titana

Znano je, da se titan lahko v naravi pojavlja v obliki petih stabilnih izotopov 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti in 50Ti. Njihova masna števila so 46, 47, 48, 49 oziroma 50. Atomsko jedro titanovega izotopa 46 Ti vsebuje dvaindvajset protonov in štiriindvajset nevtronov, preostali izotopi pa se od njega razlikujejo le po številu nevtronov.

Obstajajo umetni izotopi titana z masnim številom od 38 do 64, med katerimi je najbolj stabilen 44 Ti z razpolovno dobo 60 let, pa tudi dva jedrska izotopa.

titanovi ioni

Na zunanji energijski ravni atoma titana so štirje valenčni elektroni:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2 .

Zaradi kemične interakcije titan odda svoje valenčne elektrone, t.j. je njihov darovalec in se spremeni v pozitivno nabit ion:

Ti 0 -2e → Ti 2+;

Ti 0 -3e → Ti 3+;

Ti 0 -4e → Ti 4+ .

Molekula in atom titana

V prostem stanju titan obstaja v obliki monoatomskih molekul Ti. Tukaj je nekaj lastnosti, ki so značilne za atom in molekulo titana:

Titanove zlitine

Glavna lastnost titana, ki prispeva k njegovi široki uporabi v sodobni tehnologiji, je visoka toplotna odpornost tako samega titana kot njegovih zlitin z aluminijem in drugimi kovinami. Poleg tega so te zlitine toplotna odpornost - odpornost za ohranjanje visokih mehanskih lastnosti pri povišanih temperaturah. Vse to naredi titanove zlitine zelo dragocen material za izdelavo letal in raket.

Pri visokih temperaturah se titan združuje s halogeni, kisikom, žveplom, dušikom in drugimi elementi. To je osnova za uporabo titanovih zlitin z železom (ferotitanij) kot dodatkom jeklu.

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

PRIMER 2