Trạng thái oxy hóa cao nhất của titan là gì. Hợp chất titan, zirconium và hafnium

Việc khám phá ra TiO 2 được thực hiện gần như đồng thời và độc lập bởi người Anh W. Gregor và nhà hóa học người Đức M. G. Klaproth. W. Gregor, khi nghiên cứu thành phần của cát sắt từ (Creed, Cornwall, Anh, 1789), đã cô lập một "đất" (oxit) mới của một kim loại chưa biết, mà ông gọi là menaken. Năm 1795, nhà hóa học người Đức Klaproth đã phát hiện ra một nguyên tố mới trong khoáng vật rutil và gọi nó là titan, sau đó xác định rằng rutil và menaken đất là các oxit của cùng một nguyên tố. Mẫu titan kim loại đầu tiên được J. Ya Berzelius thu được vào năm 1825. Một mẫu Ti tinh khiết được A. van Arkel và J. de Boer người Hà Lan thu được vào năm 1925 bằng cách phân hủy nhiệt của hơi titan iotua TiI 4.

Tính chất vật lý:

Titan là một kim loại nhẹ, có màu trắng bạc. Chất dẻo, được hàn trong môi trường trơ.
Nó có độ nhớt cao, trong quá trình gia công dễ bị dính vào dụng cụ cắt, do đó cần phải có các lớp phủ đặc biệt trên dụng cụ, các loại chất bôi trơn khác nhau.

Tính chất hóa học:

Ở nhiệt độ bình thường, nó được bao phủ bởi một lớp màng oxit thụ động bảo vệ, chống ăn mòn, nhưng khi nghiền thành bột, nó sẽ cháy trong không khí. Bụi titan có thể phát nổ (điểm chớp cháy 400 ° C). Khi nung nóng trong không khí đến 1200 ° C, titan cháy hết và tạo thành các pha oxit có thành phần thay đổi TiO x.
Titan có khả năng chống lại các dung dịch loãng của nhiều axit và kiềm (ngoại trừ HF, H 3 PO 4 và H 2 SO 4 đậm đặc), tuy nhiên, nó dễ dàng phản ứng ngay cả với axit yếu khi có mặt chất tạo phức, ví dụ, với axit flohydric HF tạo thành một anion 2- phức tạp.
Khi nung nóng, titan tương tác với các halogen. Với nitơ trên 400 ° C, titan tạo thành nitrua TiN x (x = 0,58-1,00). Khi titan tương tác với carbon, titan cacbua TiC x (x = 0,49-1,00) được hình thành.
Titan hấp thụ hydro, tạo thành các hợp chất có thành phần thay đổi TiH x. Khi đun nóng, các hiđrua này bị phân hủy và giải phóng H 2.
Titan tạo hợp kim với nhiều kim loại.
Trong các hợp chất, titan thể hiện các trạng thái oxi hóa +2, +3 và +4. Trạng thái oxi hóa bền nhất là +4.

Các kết nối quan trọng nhất:

Titanium dioxide, TiO 2. Dạng bột màu trắng, khi đun nóng màu vàng, tỷ trọng 3,9-4,25 g / cm 3. Amphoteren. Trong H 2 SO 4 đặc chỉ tan khi đun nóng kéo dài. Khi hợp nhất với soda Na 2 CO 3 hoặc kali K 2 CO 3, oxit TiO 2 tạo thành titanat:
TiO 2 + K 2 CO 3 \ u003d K 2 TiO 3 + CO 2
Titan (IV) hydroxit TiO (OH) 2 * xH 2 O được kết tủa từ dung dịch muối titan, sau đó nung cẩn thận thu được oxit TiO 2. Titan (IV) hydroxit là chất lưỡng tính.
Titan tetraclorua TiCl 4, ở điều kiện thường - chất lỏng màu vàng, bốc khói cao trong không khí, được giải thích là do sự thủy phân mạnh của TiCl 4 với hơi nước và tạo thành các giọt nhỏ HCl và huyền phù của titan hydroxit. Nước sôi thủy phân thành axit titanic (??). Titan (IV) clorua được đặc trưng bởi sự hình thành các sản phẩm cộng, ví dụ, TiCl 4 * 6NH 3, TiCl 4 * 8NH 3, TiCl 4 * PCl 3, v.v. Khi titan (IV) clorua được hòa tan trong HCl, axit phức H 2 được tạo thành, chưa biết ở trạng thái tự do; 2 muối Me của nó kết tinh tốt và bền trong không khí.
Khử TiCl 4 bằng hiđro, nhôm, silic và các chất khử mạnh khác thì thu được titan triclorua và điclorit TiCl 3 và TiCl 2 - những chất rắn có tính khử mạnh.
Titan nitrua- là pha kẽ có diện tích đồng chất rộng, tinh thể có mạng tinh thể lập phương tâm diện. Thu nhận - bằng cách thấm nitơ titan ở 1200 ° C hoặc bằng các phương pháp khác. Nó được sử dụng như một vật liệu chịu nhiệt để tạo ra các lớp phủ chống mài mòn.

Ứng dụng:

ở dạng hợp kim. Kim loại này được sử dụng trong công nghiệp hóa chất (lò phản ứng, đường ống dẫn, máy bơm), hợp kim nhẹ, chất hủy xương. Nó là vật liệu cấu trúc quan trọng nhất trong máy bay, tên lửa và đóng tàu.
Titan là một hợp kim bổ sung trong một số loại thép.
Nitinol (niken-titan) là một hợp kim ghi nhớ hình dạng được sử dụng trong y học và công nghệ.
Các aluminide titan rất bền với quá trình oxy hóa và chịu nhiệt, do đó đã xác định việc sử dụng chúng trong ngành hàng không và ô tô làm vật liệu kết cấu.
Trong các hình thức kết nốiĐiôxít titan trắng được sử dụng trong sơn (ví dụ, trắng titan), cũng như trong sản xuất giấy và nhựa. Phụ gia thực phẩm E171.
Các hợp chất organotitanium (ví dụ: tetrabutoxytitanium) được sử dụng làm chất xúc tác và chất làm cứng trong công nghiệp hóa chất và sơn.
Các hợp chất titan vô cơ được sử dụng trong công nghiệp hóa chất, điện tử, sợi thủy tinh như một chất phụ gia.

Matigorov A.V.
HF Tyumen State University

Zirconium và hafnium tạo thành các hợp chất ở trạng thái oxy hóa +4, titan cũng có khả năng tạo hợp chất ở trạng thái oxy hóa +3.

Hợp chất có số oxi hóa +3. Hợp chất titan (III) thu được bằng cách khử hợp chất titan (IV). Ví dụ:

1200 ºС 650 ºС

2TiO 2 + H 2 ¾® Ti 2 O 3 + H 2 O; 2TiCl 4 + H 2 ¾® 2TiCl 3 + 2HCl

Hợp chất titan (III) có màu tím. Titan oxit thực tế không tan trong nước, nó thể hiện các tính chất cơ bản. Các muối oxit, clorua, Ti 3+ là những chất khử mạnh:

4Ti +3 Cl 3 + O 2 + 2H 2 O \ u003d 4Ti +4 OCl 2 + 4HCl

Đối với các hợp chất titan (III), có thể xảy ra phản ứng cân bằng:

2Ti +3 Cl 3 (t) ¾® Ti +4 Cl 4 (g) + Ti +2 Cl 2 (t)

Khi đun nóng thêm, titan (II) clorua cũng mất cân đối:

2Ti +2 Cl 2 (t) \ u003d Ti 0 (t) + Ti +4 Cl 4 (g)

Hợp chất có số oxi hóa +4. Các oxit titan (IV), zirconium (IV) và hafnium (IV) là các chất chịu lửa, khá trơ về mặt hóa học. Chúng thể hiện các tính chất của oxit lưỡng tính: chúng phản ứng chậm với axit khi đun sôi kéo dài và tương tác với kiềm trong quá trình phản ứng tổng hợp:

TiO 2 + 2H 2 SO 4 \ u003d Ti (SO 4) 2 + 2H 2 O;

TiO 2 + 2NaOH \ u003d Na 2 TiO 3 + H 2 O

Titan oxit TiO 2 có ứng dụng rộng rãi nhất; nó được sử dụng làm chất độn trong sản xuất sơn, cao su và chất dẻo. Zirconium oxide ZrO 2 được sử dụng để sản xuất chén nung và đĩa chịu lửa.

Hydroxit titan (IV), zirconi (IV) và hafni (IV) - các hợp chất vô định hình có thành phần thay đổi - EO 2 × nH 2 O. Các chất mới thu được đều có phản ứng khá mạnh và tan trong axit, titan hiđroxit cũng tan trong kiềm. Trầm tích có tuổi rất trơ.

Halide(clorua, bromua và iotua) Ti (IV), Zr (IV) và Hf (IV) có cấu trúc phân tử, dễ bay hơi và dễ phản ứng, dễ bị thủy phân. Khi đun nóng, iotua bị phân hủy tạo thành kim loại, được sử dụng trong sản xuất kim loại có độ tinh khiết cao. Ví dụ:

TiI 4 = Ti + 2I 2

Titanium, zirconium và hafnium fluoride là những chất cao phân tử và phản ứng kém.

Muối các nguyên tố của phân nhóm titan ở trạng thái oxi hóa +4 rất ít và không bền về mặt thủy phân. Thông thường, khi oxit hoặc hydroxit phản ứng với axit, không phải muối trung bình được tạo thành, mà là các dẫn xuất của oxit hoặc hydroxo. Ví dụ:

TiO 2 + 2H 2 SO 4 \ u003d TiOSO 4 + H 2 O; Ti (OH) 4 + 2HCl \ u003d TiOСl 2 + H 2 O

Một số lượng lớn các phức hợp anion của titan, zirconium và hafnium đã được mô tả. Bền nhất trong các dung dịch và các hợp chất florua dễ tạo thành:

EO 2 + 6HF \ u003d H 2 [EF 6] + 2H 2 O; EF 4 + 2KF \ u003d K 2 [EF 6]

Titan và các chất tương tự của nó được đặc trưng bởi các hợp chất phối trí trong đó anion peroxit đóng vai trò của phối tử:

E (SO 4) 2 + H 2 O 2 \ u003d H 2 [E (O 2) (SO 4) 2]

Trong trường hợp này, các dung dịch của hợp chất titan (IV) có màu vàng cam, do đó có thể phát hiện phân tích các cation titan (IV) và hydro peroxit.

Hydrua (EN 2), cacbua (ES), nitrua (EN), silicide (ESi 2) và borides (EV, EV 2) là những hợp chất có thành phần thay đổi, giống như kim loại. Các hợp chất nhị phân có các đặc tính quý giá cho phép chúng được sử dụng trong công nghệ. Ví dụ, hợp kim 20% HfC và 80% TiC là một trong những vật liệu chịu lửa nhất, m.p. 4400 ºС.

ĐỊNH NGHĨA

Titan nằm ở tiết thứ tư của nhóm IV của phân nhóm phụ (B) của Bảng tuần hoàn. Chỉ định - Ti. Ở dạng chất đơn giản, titan là một kim loại màu trắng bạc.

Đề cập đến kim loại nhẹ. Vật liệu chịu lửa. Mật độ - 4,50 g / cm 3. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương ứng là 1668 o C và 3330 o C.

Titan chống ăn mòn khi tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ bình thường, điều này được giải thích là do sự hiện diện của một lớp màng bảo vệ của chế phẩm TiO 2 trên bề mặt của nó. Bền vững về mặt hóa học trong nhiều môi trường xâm thực (dung dịch sunfat, clorua, nước biển, v.v.).

Trạng thái oxy hóa của titan trong các hợp chất

Titan có thể tồn tại ở dạng đơn chất - kim loại, và trạng thái oxi hóa của kim loại ở trạng thái nguyên tố là số không, vì sự phân bố mật độ electron trong chúng là đồng đều.

Trong các hợp chất của nó, titan có thể thể hiện trạng thái oxy hóa (+2) (Ti +2 H 2, Ti +2 O, Ti +2 (OH) 2, Ti +2 F 2, Ti +2 Cl 2, Ti +2 Br 2), (+3) (Ti +3 2 O 3, Ti +3 (OH) 3, Ti +3 F 3, Ti +3 Cl 3, Ti +3 2 S 3) và (+4) (Ti +4 F 4, Ti +4 H 4, Ti +4 Cl 4, Ti +4 Br 4).

Ví dụ về giải quyết vấn đề

VÍ DỤ 1

Bài tập	Hóa trị III và trạng thái oxi hóa (-3) nitơ thể hiện trong hợp chất: a) N 2 H 4; b) NH3; c) NH 4 Cl; d) N 2 O 5
Quyết định	Để đưa ra câu trả lời chính xác cho câu hỏi đặt ra, chúng ta sẽ lần lượt xác định hóa trị và trạng thái oxi hóa của nitơ trong các hợp chất được đề xuất. a) hóa trị của hiđro luôn bằng I. Tổng số đơn vị hóa trị của hiđro là 4 (1 × 4 = 4). Chia giá trị thu được cho số nguyên tử nitơ trong phân tử: 4/2 \ u003d 2, do đó, nitơ hoá trị II. Câu trả lời này không chính xác. b) hóa trị của hiđro luôn bằng I. Tổng số đơn vị hóa trị của hiđro là 3 (1 × 3 = 3). Ta chia giá trị thu được cho số nguyên tử nitơ trong phân tử: 3/1 \ u003d 2, do đó, hóa trị của nitơ là III. Trạng thái oxi hóa của nitơ trong amoniac là (-3): Đây là câu trả lời chính xác.
Trả lời	Tùy chọn (b).

VÍ DỤ 2

Bài tập	Trong hai hợp chất, clo có cùng trạng thái oxi hóa: a) FeCl 3 và Cl 2 O 5; b) KClO 3 và Cl 2 O 5; c) NaCl và HClO; d) KClO 2 và CaCl 2.
Quyết định	Để trả lời đúng cho câu hỏi đặt ra, chúng ta sẽ lần lượt xác định mức độ oxi hóa của clo trong từng cặp chất được đề xuất. a) Trạng thái oxi hóa của sắt là (+3) và oxi - (-2). Hãy nhận giá trị của trạng thái oxi hóa của clo là "x" và "y" trong sắt (III) clorua và oxit clo, tương ứng: y × 2 + (-2) × 5 = 0; Câu trả lời là không chính xác. b) Các trạng thái oxi hóa của kali và oxi lần lượt là (+1) và (-2). Hãy nhận giá trị của trạng thái oxi hóa của clo là "x" và "y" trong các hợp chất được đề xuất: 1 + x + (-2) × 3 = 0; y × 2 + (-2) × 5 = 0; Câu trả lời là chính xác.
Trả lời	Tùy chọn (b).

Vĩnh cửu, bí ẩn, vũ trụ - tất cả những điều này và nhiều biểu tượng khác được gán cho titan ở nhiều nguồn khác nhau. Lịch sử phát hiện ra kim loại này không hề nhỏ: đồng thời, một số nhà khoa học đã nghiên cứu cô lập nguyên tố ở dạng tinh khiết của nó. Quá trình nghiên cứu các tính chất vật lý, hóa học và xác định các lĩnh vực ứng dụng của nó ngày nay. Titan là kim loại của tương lai, vị trí của nó trong cuộc sống con người cuối cùng vẫn chưa được xác định, điều này mang lại cho các nhà nghiên cứu hiện đại một phạm vi rộng lớn để sáng tạo và nghiên cứu khoa học.

Đặc tính

Nguyên tố hóa học được chỉ ra trong bảng tuần hoàn là D. I. Mendeleev bằng ký hiệu Ti. Nó nằm trong phân nhóm thứ cấp của nhóm IV của chu kỳ thứ tư và có số thứ tự 22. titan là kim loại màu trắng bạc, nhẹ và bền. Cấu hình điện tử của nguyên tử có cấu tạo như sau: +22) 2) 8) 10) 2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. Theo đó, titan có một số trạng thái oxy hóa có thể có: 2, 3, 4; trong các hợp chất bền nhất, nó là hóa trị bốn.

Titan - hợp kim hay kim loại?

Câu hỏi này khiến nhiều người quan tâm. Năm 1910, nhà hóa học người Mỹ Hunter đã thu được titan tinh khiết đầu tiên. Kim loại này chỉ chứa 1% tạp chất, nhưng đồng thời, lượng của nó không đáng kể và không thể nghiên cứu sâu hơn về tính chất của nó. Độ dẻo của chất thu được chỉ đạt được dưới tác động của nhiệt độ cao; ở điều kiện bình thường (nhiệt độ phòng), mẫu quá dễ vỡ. Trên thực tế, nguyên tố này không khiến các nhà khoa học quan tâm, vì triển vọng sử dụng nó dường như quá không chắc chắn. Khó khăn trong việc thu thập và nghiên cứu càng làm giảm tiềm năng ứng dụng của nó. Chỉ vào năm 1925, các nhà hóa học người Hà Lan I. de Boer và A. Van Arkel đã nhận được kim loại titan, các đặc tính của nó đã thu hút sự chú ý của các kỹ sư và nhà thiết kế trên khắp thế giới. Lịch sử nghiên cứu về nguyên tố này bắt đầu từ năm 1790, chính xác vào thời điểm này, song song, độc lập với nhau, hai nhà khoa học phát hiện ra titan như một nguyên tố hóa học. Mỗi người trong số họ nhận được một hợp chất (oxit) của một chất, không phân lập được kim loại ở dạng nguyên chất. Người phát hiện ra titan là nhà khoáng vật học người Anh William Gregor. Trên lãnh thổ của giáo xứ của mình, nằm ở phía Tây Nam nước Anh, nhà khoa học trẻ bắt đầu nghiên cứu về cát đen của thung lũng Menaken. Kết quả là cho ra đời những hạt sáng bóng, đó là một hợp chất titan. Cùng lúc đó, tại Đức, nhà hóa học Martin Heinrich Klaproth đã phân lập được một chất mới từ khoáng chất rutil. Năm 1797, ông cũng chứng minh rằng các nguyên tố mở song song là tương tự nhau. Titanium dioxide đã là một bí ẩn đối với nhiều nhà hóa học trong hơn một thế kỷ, và ngay cả Berzelius cũng không thể có được kim loại nguyên chất. Các công nghệ mới nhất của thế kỷ 20 đã thúc đẩy đáng kể quá trình nghiên cứu nguyên tố được đề cập và xác định các hướng ban đầu cho việc sử dụng nó. Đồng thời, phạm vi ứng dụng không ngừng được mở rộng. Chỉ có sự phức tạp của quá trình thu được một chất như titan nguyên chất mới có thể giới hạn phạm vi của nó. Giá cả của hợp kim và kim loại khá cao nên ngày nay không thể thay thế được sắt và nhôm truyền thống.

nguồn gốc của tên

Menakin là tên đầu tiên của titan, được sử dụng cho đến năm 1795. Đó là cách, bằng cách liên kết lãnh thổ, W. Gregor gọi nguyên tố mới. Martin Klaproth đặt tên cho nguyên tố này là "titan" vào năm 1797. Lúc này, các đồng nghiệp người Pháp của ông, đứng đầu là nhà hóa học khá uy tín A. L. Lavoisier, đã đề xuất đặt tên cho các chất mới tìm ra phù hợp với tính chất cơ bản của chúng. Nhà khoa học người Đức không đồng ý với cách tiếp cận này, ông hoàn toàn tin rằng ở giai đoạn khám phá, rất khó để xác định tất cả các đặc tính vốn có của một chất và phản ánh chúng trong tên gọi. Tuy nhiên, cần phải thừa nhận rằng thuật ngữ được Klaproth lựa chọn bằng trực giác hoàn toàn tương ứng với kim loại - điều này đã được các nhà khoa học hiện đại nhiều lần nhấn mạnh. Có hai giả thuyết chính về nguồn gốc của cái tên titan. Kim loại này có thể được chỉ định để vinh danh nữ hoàng Elven Titania (một nhân vật trong thần thoại Đức). Tên này tượng trưng cho cả sự nhẹ nhàng và sức mạnh của chất. Hầu hết các nhà khoa học có xu hướng sử dụng phiên bản sử dụng thần thoại Hy Lạp cổ đại, trong đó những người con trai quyền năng của nữ thần mặt đất Gaia được gọi là người khổng lồ. Tên của nguyên tố được phát hiện trước đó, uranium, cũng nói lên sự ủng hộ của phiên bản này.

Ở trong tự nhiên

Trong số các kim loại có giá trị về mặt kỹ thuật đối với con người, titan có nhiều thứ tư trong vỏ trái đất. Chỉ có sắt, magiê và nhôm được đặc trưng bởi một tỷ lệ lớn trong tự nhiên. Hàm lượng titan cao nhất được ghi nhận trong lớp vỏ bazan, ít hơn một chút trong lớp đá granit. Trong nước biển, hàm lượng chất này thấp - khoảng 0,001 mg / l. Nguyên tố hóa học titan khá hoạt động, vì vậy nó không thể được tìm thấy ở dạng nguyên chất. Thông thường, nó có trong các hợp chất với oxy, trong khi nó có hóa trị 4. Số lượng khoáng chất chứa titan thay đổi từ 63 đến 75 (ở nhiều nguồn khác nhau), trong khi ở giai đoạn nghiên cứu hiện tại, các nhà khoa học tiếp tục phát hiện ra các dạng hợp chất mới của nó. Để sử dụng trong thực tế, các khoáng chất sau đây có tầm quan trọng lớn nhất:

1. Ilmenit (FeTiO 3).
2. Rutile (TiO 2).
3. Titanite (CaTiSiO 5).
4. Perovskite (CaTiO 3).
5. Titanomagnetit (FeTiO 3 + Fe 3 O 4), v.v.

Tất cả các quặng chứa titan hiện có được chia thành quặng sa khoáng và quặng cơ bản. Yếu tố này di cư yếu, nó chỉ có thể di chuyển dưới dạng các mảnh đá hoặc các tảng đá đáy bùn chuyển động. Trong sinh quyển, lượng titan lớn nhất được tìm thấy trong tảo. Ở các đại diện của hệ động vật trên cạn, nguyên tố tích lũy trong các mô sừng, lông. Cơ thể con người được đặc trưng bởi sự hiện diện của titan trong lá lách, tuyến thượng thận, nhau thai, tuyến giáp.

Tính chất vật lý

Titan là kim loại màu có màu trắng bạc trông giống như thép. Ở nhiệt độ 0 0 C, khối lượng riêng của nó là 4,517 g / cm 3. Chất có trọng lượng riêng thấp, đặc trưng cho các kim loại kiềm (cadimi, natri, liti, xêzi). Về tỷ trọng, titan chiếm vị trí trung gian giữa sắt và nhôm, đồng thời hiệu suất của nó cao hơn cả hai nguyên tố. Các thuộc tính chính của kim loại, được tính đến khi xác định phạm vi ứng dụng của chúng, là độ cứng. Titan bền hơn nhôm 12 lần, mạnh hơn sắt và đồng 4 lần, đồng thời nhẹ hơn rất nhiều. Độ dẻo và độ bền chảy của nó cho phép xử lý ở nhiệt độ thấp và cao, như trong trường hợp của các kim loại khác, tức là tán, rèn, hàn, cán. Một đặc tính khác biệt của titan là độ dẫn nhiệt và điện thấp, trong khi các đặc tính này được bảo toàn ở nhiệt độ cao, lên đến 500 0 C. Trong từ trường, titan là một nguyên tố thuận từ, nó không bị hút như sắt, và không bị đẩy. ra như đồng. Hiệu suất chống ăn mòn rất cao trong môi trường khắc nghiệt và chịu áp lực cơ học là duy nhất. Hơn 10 năm ở trong nước biển không làm thay đổi hình thức và thành phần của tấm titan. Sắt trong trường hợp này sẽ bị phá hủy hoàn toàn do ăn mòn.

Tính chất nhiệt động học của titan

1. Khối lượng riêng (ở điều kiện bình thường) là 4,54 g / cm 3.
2. Số hiệu nguyên tử là 22.
3. Nhóm kim loại - vật liệu chịu lửa, nhẹ.
4. Nguyên tử khối của titan là 47,0.
5. Điểm sôi (0 C) - 3260.
6. Thể tích mol cm 3 / mol - 10,6.
7. Điểm nóng chảy của titan (0 C) là 1668.
8. Nhiệt lượng riêng của sự bay hơi (kJ / mol) - 422,6.
9. Điện trở (ở 20 0 C) Ohm * cm * 10 -6 - 45.

Tính chất hóa học

Khả năng chống ăn mòn của nguyên tố tăng lên được giải thích là do sự hình thành một lớp màng oxit nhỏ trên bề mặt. Nó ngăn (trong điều kiện bình thường) khỏi các khí (oxy, hydro) trong bầu khí quyển xung quanh của một nguyên tố như kim loại titan. Các đặc tính của nó thay đổi dưới ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi nó tăng đến 600 0 C, phản ứng tương tác với oxy xảy ra, dẫn đến sự hình thành oxit titan (TiO 2). Trong trường hợp hấp thụ khí trong khí quyển, các hợp chất giòn được hình thành không có ứng dụng thực tế, đó là lý do tại sao hàn và nấu chảy titan được thực hiện trong điều kiện chân không. Phản ứng thuận nghịch là quá trình hoà tan hiđro trong kim loại, nó xảy ra tích cực hơn khi nhiệt độ tăng (từ 400 0 C trở lên). Titan, đặc biệt là các hạt nhỏ (bản mỏng hoặc dây), cháy trong môi trường nitơ. Phản ứng tương tác hóa học chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ 700 0 C, dẫn đến sự hình thành TiN nitrua. Tạo thành hợp kim có độ cứng cao với nhiều kim loại, thường là một nguyên tố hợp kim. Nó phản ứng với các halogen (crom, brom, iot) chỉ khi có mặt chất xúc tác (nhiệt độ cao) và tương tác với chất khô. Trong trường hợp này, các hợp kim chịu lửa rất cứng được hình thành. Với các dung dịch của hầu hết các chất kiềm và axit, titan không hoạt động hóa học, ngoại trừ sulfuric đậm đặc (đun sôi kéo dài), hydrofluoric, hữu cơ nóng (formic, oxalic).

Nơi sinh

Quặng Ilmenite phổ biến nhất trong tự nhiên - trữ lượng ước tính khoảng 800 triệu tấn. Trữ lượng mỏ rutil khiêm tốn hơn nhiều, nhưng tổng khối lượng - trong khi vẫn duy trì sự tăng trưởng của sản xuất - sẽ cung cấp cho nhân loại trong 120 năm tới một kim loại như titan. Giá của thành phẩm sẽ phụ thuộc vào nhu cầu và mức độ gia tăng của khả năng sản xuất, nhưng trung bình nó dao động trong khoảng từ 1200 đến 1800 rúp / kg. Trong điều kiện không ngừng cải tiến kỹ thuật, chi phí của tất cả các quá trình sản xuất được giảm đáng kể với việc hiện đại hóa kịp thời. Trung Quốc và Nga có trữ lượng lớn nhất, Nhật Bản, Nam Phi, Australia, Kazakhstan, Ấn Độ, Hàn Quốc, Ukraine, Ceylon cũng có cơ sở tài nguyên khoáng sản. Các mỏ khai thác khác nhau về khối lượng sản xuất và tỷ lệ titan trong quặng, các cuộc khảo sát địa chất đang diễn ra, điều này có thể cho rằng giá trị thị trường của kim loại này giảm đi và việc sử dụng nó rộng rãi hơn. Cho đến nay, Nga là nước sản xuất titan lớn nhất.

Biên lai

Để sản xuất titan, titan đioxit, chứa một lượng tạp chất tối thiểu, thường được sử dụng nhiều nhất. Nó thu được bằng cách làm giàu tinh quặng ilmenit hoặc quặng rutil. Trong lò điện hồ quang, quá trình nhiệt luyện quặng diễn ra, kèm theo đó là quá trình tách sắt và tạo thành xỉ có chứa oxit titan. Phương pháp sunfat hoặc clorua được sử dụng để xử lý phần không chứa sắt. Titan oxit là một loại bột màu xám (xem ảnh). Kim loại titan thu được bằng cách xử lý theo từng giai đoạn của nó.

Giai đoạn đầu tiên là quá trình thiêu kết xỉ với than cốc và tiếp xúc với hơi clo. TiCl 4 tạo thành bị khử bằng magiê hoặc natri khi tiếp xúc với nhiệt độ 850 0 C. Miếng bọt biển titan (khối nóng chảy xốp) thu được do phản ứng hóa học được tinh chế hoặc nấu chảy thành thỏi. Tùy thuộc vào hướng sử dụng tiếp theo, một hợp kim hoặc kim loại nguyên chất được hình thành (tạp chất được loại bỏ bằng cách nung nóng đến 1000 0 C). Để sản xuất một chất có hàm lượng tạp chất là 0,01%, phương pháp iodua được sử dụng. Nó dựa trên quá trình làm bay hơi từ một miếng bọt biển titan đã được xử lý trước bằng halogen.

Các ứng dụng

Nhiệt độ nóng chảy của titan khá cao, do độ nhẹ của kim loại, là một lợi thế vô giá của việc sử dụng nó làm vật liệu cấu trúc. Do đó, nó được ứng dụng lớn nhất trong đóng tàu, công nghiệp hàng không, sản xuất tên lửa và các ngành công nghiệp hóa chất. Titan thường được sử dụng như một chất phụ gia tạo hợp kim trong các hợp kim khác nhau, có đặc tính tăng độ cứng và khả năng chịu nhiệt. Đặc tính chống ăn mòn cao và khả năng chịu được hầu hết các môi trường xâm thực làm cho kim loại này không thể thiếu trong ngành công nghiệp hóa chất. Titan (hợp kim của nó) được sử dụng để chế tạo đường ống, bồn chứa, van, bộ lọc được sử dụng trong quá trình chưng cất và vận chuyển axit và các chất hoạt động hóa học khác. Đó là nhu cầu khi tạo ra các thiết bị hoạt động trong điều kiện nhiệt độ tăng cao. Các hợp chất titan được sử dụng để chế tạo các dụng cụ cắt bền, sơn, nhựa và giấy, dụng cụ phẫu thuật, cấy ghép, đồ trang sức, vật liệu hoàn thiện và được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Tất cả các hướng đều khó diễn tả. Y học hiện đại, do hoàn toàn an toàn sinh học, thường sử dụng kim loại titan. Giá cả là yếu tố duy nhất cho đến nay ảnh hưởng đến phạm vi ứng dụng của yếu tố này. Công bằng mà nói, titan là vật liệu của tương lai, qua nghiên cứu loài người sẽ chuyển sang giai đoạn phát triển mới.

1941 Nhiệt độ sôi 3560 Ầm ầm. nhiệt của nhiệt hạch 18,8 kJ / mol Ầm ầm. nhiệt bốc hơi 422,6 kJ / mol Nhiệt dung mol 25,1 J / (K mol) Khối lượng mol 10,6 cm³ / mol Mạng tinh thể của một chất đơn giản Cấu trúc mạng lục giác
đóng gói gần (α-Ti) Tham số mạng a = 2,951 c = 4,697 (α-Ti) Thái độ c/một 1,587 Nhiệt độ tạm biệt 380 Các đặc điểm khác Dẫn nhiệt (300 K) 21,9 W / (m K) Không có CAS 7440-32-6

YouTube bách khoa

1 / 5

✪ Titan / Titan. Hóa học rất dễ

✪ Titanium là KIM LOẠI MẠNH NHẤT TRÊN TRÁI ĐẤT!

✪ Hóa học 57. Nguyên tố là titan. Nguyên tố sao Thủy - Học viện Khoa học Giải trí

✪ Sản xuất titan. Titan là một trong những kim loại mạnh nhất trên thế giới!

✪ Iridium - Kim loại HIẾM nhất trên Trái đất!

Phụ đề

Xin chào! Alexander Ivanov đang đồng hành cùng bạn và đây là dự án “Hóa học thật đơn giản” Và bây giờ chúng ta sẽ thắp sáng nó lên một chút với titan! Đây là cách một vài gam titan nguyên chất trông như thế nào, được lấy từ rất lâu trước đây tại Đại học Manchester, khi nó còn chưa phải là một trường đại học. Mẫu này là từ chính bảo tàng đó. Đây là cách khoáng chất chính từ đó titan được chiết xuất trông như thế nào Đây là Rutile. chứa titan Năm 1867, mọi thứ mà mọi người biết về titan đều nằm gọn trong sách giáo khoa trên 1 trang Vào đầu thế kỷ 20, không có gì thực sự thay đổi Năm 1791, nhà hóa học và khoáng vật học người Anh William Gregor đã phát hiện ra một nguyên tố mới trong khoáng chất menakinite và được gọi là "menakin" Một chút sau đó, vào năm 1795, nhà hóa học người Đức Martin Klaproth đã phát hiện ra một nguyên tố hóa học mới trong một khoáng chất khác - rutil. Titan lấy tên của nó từ Klaproth, người đã đặt tên nó để vinh danh nữ hoàng của các yêu tinh Titania. Tuy nhiên, theo một phiên bản khác, tên của nguyên tố này xuất phát từ những người khổng lồ, những người con trai dũng mãnh của nữ thần trái đất - Gays Tuy nhiên, vào năm 1797, hóa ra Gregor và Klaproth đã phát hiện ra cùng một nguyên tố hóa học. .Nhưng cái tên cái mà Klaproth đưa ra vẫn còn. Nhưng, cả Gregor và Klaproth đều không thể lấy được titan kim loại. Họ thu được một loại bột tinh thể màu trắng, đó là titan đioxit. Lần đầu tiên, nhà khoa học người Nga D.K. đã thu được titan kim loại. Kirilov năm 1875. M. Hunter đã cải tiến các phương pháp sản xuất titan trước đây và nhận được vài gam titan 99% nguyên chất. Đó là lý do tại sao trong hầu hết các cuốn sách, Hunter chỉ ra cách nhà khoa học nhận được titan kim loại. trong thành phần của nó làm cho nó rất mỏng manh và dễ vỡ, điều này không cho phép gia công cơ học Do đó, một số hợp chất titan được sử dụng rộng rãi trước cả chính kim loại này. Titan tetraclorua đã được sử dụng trong chiến tranh thế giới thứ nhất để tạo ra màn khói ngoài trời, titan tetraclorua thủy phân để tạo thành oxychloride titan và oxit titan. Khói trắng mà chúng ta nhìn thấy là các hạt oxychloride. và oxit titan Những hạt này chính xác là gì Chúng tôi có thể xác nhận nếu chúng tôi nhỏ một vài giọt titan tetraclorua vào nước. Titan tetraclorua hiện được sử dụng để thu được titan kim loại. Phương pháp thu được titan nguyên chất không thay đổi trong một trăm năm. Đầu tiên, titan điôxít được chuyển hóa cùng với clo thành titan tetraclorua , mà chúng ta đã nói trước đó. Sau đó, với sự trợ giúp của magiê nhiệt, kim loại titan thu được từ titan tetraclorua, được tạo thành ở dạng bọt biển. Quá trình này được thực hiện ở nhiệt độ 900 ° C trong thép nung Do Điều kiện phản ứng khắc nghiệt, rất tiếc, chúng tôi không có cơ hội để thể hiện quá trình này. Kết quả là chúng tôi thu được một miếng bọt biển titan, được nấu chảy thành một kim loại nhỏ. Để thu được titan siêu tinh khiết, chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp tinh chế iodua. thảo luận chi tiết trong video về zirconi. Như bạn đã thấy, titan tetraclorua là một chất lỏng trong suốt, không màu ở điều kiện bình thường. Nhưng nếu chúng ta lấy titan triclorua, nó là một chất rắn màu tím. sity Chỉ cần một nguyên tử clo ít hơn trong phân tử, và đã có một trạng thái khác Titan triclorua có tính hút ẩm. Do đó, bạn chỉ có thể làm việc với nó trong môi trường trơ. Titan triclorua hòa tan tốt trong axit clohydric Bây giờ bạn đang quan sát quá trình này. Một ion phức 3 được tạo thành trong dung dịch. Thế nào là ion phức, một số thời điểm khác tôi sẽ nói với các bạn lần tới. Trong khi chờ đợi, hãy thực sự kinh hoàng :) Nếu bạn thêm một ít axit nitric vào dung dịch thu được, thì nitrat titan được hình thành và khí màu nâu được giải phóng, chúng tôi thực sự thấy. Có một phản ứng định tính với các ion titan. Chúng tôi thả hydrogen peroxide Như bạn có thể thấy, một phản ứng xảy ra với sự hình thành một hợp chất có màu sáng. Đây là axit pertitanic. Năm 1908, titan điôxít được sử dụng ở Hoa Kỳ để sản xuất màu trắng, thay thế màu trắng, dựa trên chì và kẽm Titan trắng có chất lượng vượt trội hơn nhiều so với chì và kẽm. Ngoài ra, oxit titan được sử dụng để sản xuất men, được sử dụng cho lớp phủ kim loại và gỗ trong đóng tàu Hiện nay, titan đioxit được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như một chất nhuộm trắng - điều này là một chất phụ gia E171, có thể được tìm thấy trong thanh cua, ngũ cốc ăn sáng, mayonnaise, kẹo cao su, các sản phẩm từ sữa, v.v. Ngoài ra, titanium dioxide được sử dụng trong mỹ phẩm - anh ta nhập có kem chống nắng "Tất cả những gì lấp lánh không phải là vàng" - chúng ta biết câu nói này từ thời thơ ấu Và liên quan đến nhà thờ hiện đại và titan, nó hoạt động theo nghĩa đen Và có vẻ như, điểm chung nào giữa nhà thờ và titan? Và đây là những gì: tất cả các mái vòm hiện đại của các nhà thờ lấp lánh bằng vàng, trên thực tế, không liên quan gì đến vàng. Trên thực tế, tất cả các mái vòm đều được phủ titan nitrit. Ngoài ra, các mũi khoan kim loại được phủ bằng titan nitrit. Chỉ vào năm 1925, cao - titan tinh khiết đã được thu thập, điều này giúp chúng ta có thể nghiên cứu nó. Các tính chất vật lý và hóa học Và chúng hóa ra thật tuyệt vời. Hóa ra titan, nhẹ gần gấp đôi sắt, vượt qua nhiều loại thép về độ bền. Ngoài ra, mặc dù titan nặng hơn nhôm một lần rưỡi, cứng hơn nhôm gấp sáu lần và giữ được độ bền lên đến 500 ° C. - do tính dẫn điện cao và không có từ tính, titan được quan tâm nhiều trong kỹ thuật điện. Titan có một Khả năng chống ăn mòn cao Do tính chất của nó, titan đã trở thành vật liệu cho công nghệ vũ trụ Ở Nga, ở Verkhnyaya Salda, có tập đoàn VSMPO-AVISMA, chuyên sản xuất titan cho ngành hàng không vũ trụ thế giới Từ titan Verkhne Salda làm Boeings, Airbuses, Rolls -Ro đá viên, các thiết bị hóa chất khác nhau và nhiều thứ rác rưởi đắt tiền khác Tuy nhiên, mỗi người trong số các bạn có thể mua một cái xẻng hoặc xà beng làm bằng titan nguyên chất! Và nó không phải là một trò đùa! Và đây là cách bột titan phân tán mịn phản ứng với oxy trong khí quyển Nhờ quá trình đốt cháy đầy màu sắc như vậy, titan đã được ứng dụng trong pháo hoa. Cho đến khi!

Câu chuyện

Việc phát hiện ra TiO 2 được thực hiện gần như đồng thời và độc lập bởi một người Anh W. Gregor ?! và nhà hóa học người Đức M. G. Klaproth. W. Gregor, khi nghiên cứu thành phần của cát sắt từ (Creed, Cornwall, Anh,), đã cô lập một "đất" (oxit) mới của một kim loại chưa biết, mà ông gọi là menaken. Năm 1795, nhà hóa học người Đức Klaproth đã phát hiện ra một nguyên tố mới trong khoáng vật rutil và đặt tên cho nó là titan. Hai năm sau, Klaproth thành lập rằng rutil và menaken đất là các oxit của cùng một nguyên tố, sau đó cái tên "titan" do Klaproth đề xuất vẫn giữ nguyên. Sau 10 năm, việc phát hiện ra titan diễn ra lần thứ ba. Nhà khoa học người Pháp L. Vauquelin đã phát hiện ra titan trong anatase và chứng minh rằng rutile và anatase là các oxit titan giống hệt nhau.

Mẫu titan kim loại đầu tiên được J. Ya Berzelius thu được vào năm 1825. Do hoạt tính hóa học cao của titan và sự phức tạp của quá trình tinh chế, A. van Arkel và I. de Boer người Hà Lan đã thu được một mẫu Ti tinh khiết vào năm 1925 bằng cách phân hủy nhiệt của hơi titan iođua TiI 4.

nguồn gốc của tên

Kim loại được đặt tên để vinh danh những người khổng lồ, những nhân vật trong thần thoại Hy Lạp cổ đại, những đứa trẻ của Gaia. Tên của nguyên tố được Martin Klaproth đặt theo quan điểm của ông về danh pháp hóa học, trái ngược với trường phái hóa học của Pháp, nơi họ cố gắng đặt tên nguyên tố theo tính chất hóa học của nó. Vì bản thân nhà nghiên cứu người Đức đã lưu ý đến việc không thể xác định đặc tính của một nguyên tố mới chỉ bằng oxit của nó, nên ông đã chọn một cái tên cho nó từ thần thoại, bằng cách tương tự với uranium mà ông đã phát hiện ra trước đó.

Ở trong tự nhiên

Titan có nhiều thứ 10 trong tự nhiên. Hàm lượng trong vỏ trái đất là 0,57% khối lượng, trong nước biển - 0,001 mg / l. 300 g / tấn trong đá siêu Ả Rập, 9 kg / tấn trong đá cơ bản, 2,3 kg / tấn trong đá axit, 4,5 kg / tấn trong đất sét và đá phiến. Trong vỏ trái đất, titan hầu như luôn luôn là hóa trị bốn và chỉ có trong các hợp chất chứa oxy. Nó không xảy ra ở dạng miễn phí. Titan trong điều kiện phong hóa và kết tủa có ái lực địa hóa với Al 2 O 3. Nó tập trung trong các bôxit của lớp vỏ phong hóa và trong các trầm tích á sét biển. Việc chuyển titan được thực hiện dưới dạng các mảnh cơ học của khoáng chất và ở dạng keo. Có tới 30% TiO 2 tính theo trọng lượng tích tụ trong một số loại đất sét. Khoáng chất titan có khả năng chống lại thời tiết và hình thành nồng độ lớn trong chất giả. Hơn 100 khoáng chất có chứa titan đã được biết đến. Các chất quan trọng nhất trong số đó là: rutile TiO 2, ilmenit FeTiO 3, titanomagnetit FeTiO 3 + Fe 3 O 4, perovskite CaTiO 3, titanite CaTiSiO 5. Có quặng titan nguyên sinh - ilmenit-titanomagnetit và sa khoáng - rutile-ilmenit-zircon.

Nơi sinh

Các mỏ titan nằm trên lãnh thổ Nam Phi, Nga, Ukraine, Trung Quốc, Nhật Bản, Australia, Ấn Độ, Ceylon, Brazil, Hàn Quốc, Kazakhstan. Trong các nước SNG, Liên bang Nga (58,5%) và Ukraina (40,2%) dẫn đầu về trữ lượng khai thác quặng titan. Khoản tiền gửi lớn nhất ở Nga là Yaregskoye.

Dự trữ và sản xuất

Năm 2002, 90% titan được khai thác được sử dụng để sản xuất titan đioxit TiO 2. Sản lượng titan điôxít trên thế giới là 4,5 triệu tấn mỗi năm. Trữ lượng titan điôxít được xác nhận (không có Nga) là khoảng 800 triệu tấn. Đối với năm 2006, theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, về titan điôxít và ngoại trừ Nga, trữ lượng quặng ilmenit lên tới 603-673 triệu tấn, và rutil - 49, 7-52,7 triệu tấn. Do đó, với tốc độ sản xuất hiện tại, trữ lượng titan đã được kiểm chứng của thế giới (không bao gồm Nga) sẽ đủ cho hơn 150 năm.

Nga có trữ lượng titan lớn thứ hai thế giới sau Trung Quốc. Cơ sở tài nguyên khoáng sản titan ở Nga bao gồm 20 mỏ (trong đó 11 mỏ nguyên sinh và 9 mỏ phù sa), phân bố khá đều khắp cả nước. Mỏ lớn nhất trong số các mỏ đã được khám phá (Yaregskoye) nằm cách thành phố Ukhta (Cộng hòa Komi) 25 km. Trữ lượng của mỏ này ước tính khoảng 2 tỷ tấn quặng với hàm lượng titan điôxít trung bình khoảng 10%.

Nhà sản xuất titan lớn nhất thế giới là công ty VSMPO-AVISMA của Nga.

Biên lai

Theo nguyên tắc, nguyên liệu ban đầu để sản xuất titan và các hợp chất của nó là titan điôxít với một lượng tạp chất tương đối nhỏ. Đặc biệt, nó có thể là chất cô đặc rutil thu được trong quá trình thụ hưởng quặng titan. Tuy nhiên, trữ lượng rutil trên thế giới rất hạn chế, và cái gọi là rutil tổng hợp hoặc xỉ titan, thu được trong quá trình chế biến tinh quặng ilmenit, thường được sử dụng nhiều hơn. Để thu được xỉ titan, tinh quặng ilmenit được khử trong lò điện hồ quang, trong khi sắt được tách thành pha kim loại (gang), không khử oxit titan và tạp chất tạo thành pha xỉ. Xỉ giàu được xử lý bằng phương pháp clorua hoặc axit sunfuric.

Tinh quặng titan được xử lý bằng axit sulfuric hoặc luyện kim. Sản phẩm của quá trình xử lý axit sunfuric là bột titan đioxit TiO 2. Sử dụng phương pháp luyện kim, quặng được thiêu kết với than cốc và xử lý bằng clo, thu được một cặp titan tetraclorua TiCl 4:

T i O 2 + 2 C + 2 C l 2 → T i C l 4 + 2 C O (\ displaystyle (\ mathsf (TiO_ (2) + 2C + 2Cl_ (2) \ rightarrow TiCl_ (4) + 2CO)))

Hơi TiCl 4 được tạo thành ở 850 ° C bị khử bằng magiê:

T i C l 4 + 2 M g → 2 M g C l 2 + T i (\ displaystyle (\ mathsf (TiCl_ (4) + 2Mg \ rightarrow 2MgCl_ (2) + Ti)))

Ngoài ra, cái gọi là quy trình FFC Cambridge, được đặt theo tên các nhà phát triển của nó là Derek Frey, Tom Farthing và George Chen, và Đại học Cambridge nơi nó được tạo ra, hiện đang bắt đầu trở nên phổ biến. Quá trình điện hóa này cho phép khử titan liên tục trực tiếp từ oxit trong một hỗn hợp nóng chảy của clorua canxi và vôi sống. Quá trình này sử dụng một bể điện phân chứa đầy hỗn hợp canxi clorua và vôi, với một cực dương hy sinh bằng than chì (hoặc trung tính) và một cực âm được làm từ một ôxít bị khử. Khi một dòng điện chạy qua bồn tắm, nhiệt độ nhanh chóng đạt đến ~ 1000–1100 ° C, và canxi oxit nóng chảy phân hủy ở cực dương thành oxy và canxi kim loại:

2 C a O → 2 C a + O 2 (\ displaystyle (\ mathsf (2CaO \ rightarrow 2Ca + O_ (2))))

Ôxy tạo thành sẽ ôxy hóa cực dương (trong trường hợp sử dụng than chì) và canxi di chuyển trong quá trình nóng chảy đến cực âm, nơi nó khôi phục titan khỏi ôxít:

O 2 + C → C O 2 (\ displaystyle (\ mathsf (O_ (2) + C \ rightarrow CO_ (2)))) T i O 2 + 2 C a → T i + 2 C a O (\ displaystyle (\ mathsf (TiO_ (2) + 2Ca \ rightarrow Ti + 2CaO)))

Canxi oxit tạo thành lại phân ly thành oxy và canxi kim loại, và quá trình này được lặp lại cho đến khi catốt biến đổi hoàn toàn thành một miếng bọt biển titan, hoặc canxi oxit cạn kiệt. Clorua canxi trong quá trình này được sử dụng như một chất điện phân để tạo ra độ dẫn điện cho sự nóng chảy và tính linh động của các ion canxi và oxy hoạt động. Khi sử dụng anot trơ (ví dụ, oxit thiếc), thay vì carbon dioxide, oxy phân tử được giải phóng ở anot, làm ô nhiễm môi trường ít hơn, nhưng quá trình trong trường hợp này trở nên kém ổn định hơn, và ngoài ra, trong một số điều kiện , sự phân hủy clorua trở nên thuận lợi hơn về mặt năng lượng, thay vì oxit canxi, dẫn đến việc giải phóng clo phân tử.

"Bọt biển" titan tạo thành được nấu chảy và tinh chế. Titan được tinh chế bằng phương pháp iotua hoặc bằng điện phân, tách Ti khỏi TiCl 4. Để có được thỏi titan, người ta sử dụng quá trình xử lý hồ quang, chùm điện tử hoặc plasma.

Tính chất vật lý

Titan là một kim loại nhẹ, màu trắng bạc. Nó tồn tại ở hai dạng biến đổi tinh thể: α-Ti với mạng tinh thể xếp sát hình lục giác (a = 2,951 Å; c = 4,679 Å; z = 2; nhóm không gian C6mmc), β-Ti với bao bì tâm khối (a = 3,269 Å; z = 2; nhóm không gian Im3m), nhiệt độ chuyển tiếp α↔β 883 ° C, ΔH chuyển tiếp 3,8 kJ / mol. Điểm nóng chảy 1660 ± 20 ° C, điểm sôi 3260 ° C, mật độ của α-Ti và β-Ti lần lượt là 4,505 (20 ° C) và 4,32 (900 ° C) g / cm³, mật độ nguyên tử 5,71⋅10 22 at / cm³ [ ]. Chất dẻo, được hàn trong môi trường trơ. Điện trở suất 0,42 µOhm mở tuổi 20 ° C

Nó có độ nhớt cao, trong quá trình gia công dễ bị dính vào dụng cụ cắt, do đó người ta phải phủ các lớp phủ đặc biệt lên dụng cụ, các loại chất bôi trơn khác nhau.

Ở nhiệt độ bình thường, nó được bao phủ bởi một lớp màng thụ động bảo vệ của oxit TiO 2, do đó nó có khả năng chống ăn mòn trong hầu hết các môi trường (trừ kiềm).

Bụi titan có xu hướng phát nổ. Điểm chớp cháy - 400 ° C. Phôi titan dễ cháy.

Titan, cùng với thép, vonfram và bạch kim, có khả năng chống chân không cao, cùng với độ nhẹ của nó, làm cho nó rất có triển vọng trong thiết kế tàu vũ trụ.

Tính chất hóa học

Titan chịu được dung dịch loãng của nhiều axit và kiềm (trừ H 3 PO 4 và H 2 SO 4 đặc).

Dễ dàng phản ứng ngay cả với axit yếu khi có mặt chất tạo phức, ví dụ, với axit flohydric, nó tương tác do sự hình thành anion 2−. Titan dễ bị ăn mòn nhất trong môi trường hữu cơ, vì khi có nước, một màng thụ động dày đặc của oxit và titan hydrua được hình thành trên bề mặt của sản phẩm titan. Sự gia tăng đáng chú ý nhất về khả năng chống ăn mòn của titan là đáng chú ý với sự gia tăng hàm lượng nước trong môi trường xâm thực từ 0,5 đến 8,0%, được xác nhận bởi các nghiên cứu điện hóa về thế điện cực của titan trong dung dịch axit và kiềm trong nước hỗn hợp -các phương tiện truyền thông.

Khi nung nóng trong không khí đến 1200 ° C, Ti bốc cháy với ngọn lửa trắng sáng, tạo thành các pha oxit có thành phần biến đổi TiO x. Hiđroxit TiO (OH) 2 · xH 2 O tạo kết tủa từ dung dịch muối titan, bằng cách nung cẩn thận sẽ thu được oxit TiO 2. TiO (OH) 2 hiđroxit xH 2 O và TiO 2 đioxit là chất lưỡng tính.

Ứng dụng

Ở dạng tinh khiết và ở dạng hợp kim

• Titan ở dạng hợp kim là vật liệu cấu trúc quan trọng nhất trong máy bay, tên lửa và đóng tàu.
• Kim loại này được sử dụng trong: công nghiệp hóa chất (lò phản ứng, đường ống, máy bơm, phụ kiện đường ống), công nghiệp quân sự (áo giáp, áo giáp và rào cản lửa trong hàng không, vỏ tàu ngầm), quy trình công nghiệp (nhà máy khử muối, quy trình bột giấy và giấy), công nghiệp ô tô , ngành nông nghiệp, ngành thực phẩm, đồ trang sức xỏ lỗ, ngành y tế (bộ phận giả, dụng cụ nắn xương), dụng cụ nha khoa và nội nha, cấy ghép nha khoa, đồ thể thao, đồ trang sức, điện thoại di động, hợp kim nhẹ, v.v.
• Đúc titan được thực hiện trong lò chân không trong khuôn graphit. Đúc đầu tư chân không cũng được sử dụng. Do những khó khăn về công nghệ trong việc đúc nghệ thuật nên nó được sử dụng ở một mức độ hạn chế. Tác phẩm điêu khắc bằng titan đúc hoành tráng đầu tiên trên thế giới là tượng đài Yuri Gagarin trên quảng trường mang tên ông ở Moscow.
• Titan là một hợp kim bổ sung trong nhiều loại thép hợp kim và hầu hết các hợp kim đặc biệt [ gì?] .
• Nitinol (niken-titan) là một hợp kim ghi nhớ hình dạng được sử dụng trong y học và công nghệ.
• Các aluminide titan có khả năng chống oxy hóa và chịu nhiệt rất cao, do đó, chúng quyết định việc sử dụng chúng trong ngành hàng không và ô tô làm vật liệu kết cấu.
• Titan là một trong những vật liệu getter phổ biến nhất được sử dụng trong các máy bơm chân không cao.

Trong các hình thức kết nối

• Điôxít titan trắng (TiO 2) được sử dụng trong sơn (chẳng hạn như trắng titan) cũng như trong sản xuất giấy và nhựa. Phụ gia thực phẩm E171.
• Các hợp chất organotitanium (ví dụ, tetrabutoxytitanium) được sử dụng làm chất xúc tác và chất làm cứng trong công nghiệp hóa chất và sơn.
• Các hợp chất titan vô cơ được sử dụng trong công nghiệp hóa chất, điện tử, sợi thủy tinh làm chất phụ gia hoặc chất phủ.
• Titan cacbua, titan diborid, titan cacbonitrid là những thành phần quan trọng của vật liệu siêu cứng để gia công kim loại.
• Titan nitride được sử dụng để phủ lên các công cụ, mái vòm nhà thờ và trong sản xuất đồ trang sức trang phục, vì nó có màu tương tự như vàng.
• Bari titanat BaTiO 3, titanat chì PbTiO 3 và một số titanat khác là chất sắt.

Có nhiều hợp kim titan với các kim loại khác nhau. Các nguyên tố hợp kim được chia thành ba nhóm, tùy thuộc vào ảnh hưởng của chúng đối với nhiệt độ của quá trình biến đổi đa hình: chất ổn định beta, chất ổn định alpha và chất làm cứng trung tính. Nhiệt độ biến đổi càng thấp, nhiệt độ biến đổi càng tăng, và nhiệt độ biến đổi sau không ảnh hưởng đến nó, nhưng dẫn đến dung dịch làm cứng ma trận. Ví dụ về chất ổn định alpha: nhôm, oxy, carbon, nitơ. Chất ổn định beta: molypden, vanadi, sắt, crom, niken. Chất làm cứng trung tính: zirconium, thiếc, silicon. Đến lượt nó, chất ổn định beta được chia thành beta-isomorphic và beta-eutectoid-tạo.

Hợp kim titan phổ biến nhất là hợp kim Ti-6Al-4V (theo phân loại của Nga - VT6).

Phân tích thị trường tiêu dùng

Độ tinh khiết và cấp độ của titan thô (titan xốp) thường được xác định bởi độ cứng của nó, phụ thuộc vào hàm lượng tạp chất. Các nhãn hiệu phổ biến nhất là TG100 và TG110 [ ] .

Hành động sinh lý

Như đã đề cập ở trên, titan cũng được sử dụng trong nha khoa. Đặc điểm nổi bật của việc sử dụng titan không chỉ là độ bền mà còn là khả năng tự thân kim loại này phát triển cùng với xương, giúp đảm bảo độ vững chắc gần như chắc chắn của nền răng.

đồng vị

Titan tự nhiên bao gồm một hỗn hợp của năm đồng vị bền: 46 Ti (7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5,34%).

Các đồng vị phóng xạ nhân tạo 45 Ti (T ½ = 3,09 giờ), 51 Ti (T ½ = 5,79 phút) và các đồng vị khác đã được biết đến.

Ghi chú

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. Khối lượng nguyên tử của các nguyên tố 2011 (Báo cáo kỹ thuật IUPAC) (Tiếng Anh) // Hóa học ứng dụng và tinh khiết. - 2013. - Tập. 85, không. 5. - P. 1047-1078. - DOI: 10.1351 / PAC-REP-13-03-02.
2. Ban biên tập: Zefirov N. S. (tổng biên tập). Bách khoa toàn thư Hóa học: gồm 5 tập - Mátxcơva: Bách khoa toàn thư Liên Xô, 1995. - T. 4. - S. 590-592. - 639 tr. - 20.000 bản. - ISBN 5-85270-039-8.
3. Titan- bài báo từ Bách khoa toàn thư Vật lý
4. J.P. Riley và Skirrow G. Hóa học Hải dương học V. 1, 1965
5. Ký gửi titan.
6. Ký gửi titan.
7. Ilmenit, rutil, titanomagnetit - 2006
8. Titan (vô thời hạn) . Trung tâm thông tin-phân tích “Khoáng sản”. Truy cập ngày 19 tháng 11 năm 2010. Bản gốc lưu trữ ngày 21 tháng 8 năm 2011.
9. Công ty VSMPO-AVISMA
10. Koncz, St; Szanto, St.; Waldhauser, H., Der Sau Drivingffgehalt von Titan-jodidstäben, Naturwiss. 42 (1955) tr.368-369
11. Titan - kim loại của tương lai (Tiếng Nga).
12. Titan - bài báo từ Bách khoa toàn thư Hóa học
13. Ảnh hưởng của nước đến quá trình thụ động titan - 26/02/2015 - Hóa học và công nghệ hóa học trong đời sống (vô thời hạn) . www.chemfive.ru Truy cập ngày 21 tháng 10 năm 2015.
14. Đúc nghệ thuật ở thế kỷ XX
15. Trên thị trường thế giới titan hai tháng gần đây giá ổn định (xem lại)

Liên kết

• Titan trong Thư viện phổ biến về các nguyên tố hóa học

H Anh ta Li Là B C N O F Ne Na mg Al Si P S