Titan - proprietățile elementelor chimice
Titan (. Lat) titan, Ti, un element chimic al grupei IV al sistemului periodic lui Mendeleev; numărul atomic 22, masa atomica 47,90; are o culoare alb-argintiu, ea face parte din metale ușoare. Titanium natural este un amestec de cinci izotopi stabili: 46 Ti (7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5 34%). Cunoscuți izotopi radioactivi artificiali 45 Ti (T½ = 3,09 ore) 51 Ti (T? M = 5,79) și altele.
Informații istorice. oxid de titan sub formă de (IV) a fost deschis-engleză amatori mineralogului W. Gregor în 1791, în nisipurile feruginoase magnetice oraș Menakan (Anglia); In 1795 un chimist german M. G. Klaprot a constatat că rutil mineral este un oxid natural al aceluiași metal, pe care el a numit "titan" [în mitologia greacă titanii - copiii lui Uranus (Heaven) și Gaia (Pământul)]. Selectați titan lung a eșuat în forma sa cea mai pură; Numai în 1910 savantul american M. A. Hanter primit titan metalic prin încălzire cu clorură de sodiu într-o bombă de oțel sigilat; metalic obținut era ductile numai la temperaturi ridicate si este sfărâmicios la cameră, datorită conținutului ridicat de impurități. Capacitatea de a studia proprietățile titan pur a apărut doar în 1925, când oamenii de știință olandezi A. van Arkel și J. de Boer prin disociere termică a iodurii de titan metalic obținut cu puritate ridicată, ductil la temperaturi scăzute.
În biosferă, Titan cea mai mare parte împrăștiate. In apa de mare conține 10 -7%; Titan - migranți săraci.
Proprietățile fizice ale Titan. există titan în două modificări alotropice: sub 882,5 ° C Temperatura de rezistentă α-formă de-ambalate aproape hexagonal grilaj (a = 2.951ÅȘi c = 4679Å), O temperatură mai mare decât aceasta - forma p cu o rețea cubică centrată pe corp a = 3,269Å. Impurități și aditivi pot modifica semnificativ aliere temperatura de transformare α / β.
Densitatea α formei la 20 ° C 4.505 g / cm 3. o la 870 ° C, de 4,35 g / cm3; Forma p la 900 ° C de 4,32 g / cm3; raza atomic Ti 1,46 Å, Razele ionice de Ti + 0,94 A, Ti 2+ 0,78 Å, Ti 3+ 0,69 Å, Ti 4+ 0,64 Å; Punct de topire 1668 ° C, bp 3227 ° C; conductivitate termică în intervalul de 20-25 ° C 22.065 W / (m · K) [0.0527 cal / (cm · sec · ° C)]; coeficientul de temperatură de dilatare liniară la 20 ° C de 8,5 x 10 -6. în intervalul 20-700 ° C, de 9,7 x 10 -6; căldura specifică de 0,523 kJ / (kg · K) [0.1248 cal / (g · ° C)]; rezistivitate de 42,1 x 10 -6 ohm-cm la 20 ° C; coeficient de temperatură de 0,0035 la 20 ° C; are superconductibilitatea sub 0,38 K. Titanium paramagnetic, cu o sensibilitate magnetică de 3,2 x 10 -6 la 20 ° C Rezistența la tracțiune 256 MN / m 2 (25,6 kgf / mm2), alungire de 72%. duritate Brinell de cel puțin 1000 MN / m 2 (100 kgf / mm2). Modul de elasticitate 108 000 MN / m 2 (10800 kgf / mm2). Metal kovok grad ridicat de puritate, la temperatura obișnuită.
Așa cum este utilizat în industria tehnică de titan conține impurități oxigen, azot, fier, siliciu și carbon, crescând rezistența, ductilitatea și scăderea temperaturii afectează transformare polimorfa care are loc în intervalul 865-920 ° C Pentru clasele tehnice de titan VT1-00 BT1-0 și densitate de circa 4,32 g / cm 3. Rezistența la tracțiune a 300-550 MN / m 2 (30-55kgs / mm2) elongație nu mai mică de 25%, o duritate Brinell 1150 -1 650 MN / m 2 (115-165 kgf / mm2). Configurația învelișului exterior de electroni al atomului Ti 3d 2 4s 2.
Proprietățile chimice ale Titan. Pure Titanium - Element de tranziție activ chimic în compușii este starea de oxidare +4, +3 și +2 mai puțin. La temperaturi obișnuite și până la 500-550 ° C, rezistent la coroziune, datorită prezenței pe suprafața sa a unui film subțire, dar puternic oxid.
Deoarece oxigenul atmosferic este reacționat la o temperatură cu mult peste 600 ° C pentru a forma TiO2. chips-uri de titan subțire cu ungere insuficientă poate lumina în timpul prelucrării. Atunci când o concentrație suficientă de oxigen în mediu și poate deteriora pelicula de oxid prin lovire sau frecare aprindere a metalului, la temperatura camerei și în bucăți relativ mari.
film de oxid nu protejează titan în stare lichidă de interacțiune cu oxigen (în contrast, de exemplu, aluminiu), și deci se topește și sudarea trebuie efectuată într-un vid, într-o atmosferă de gaz neutru sau scufundat. Titan are capacitatea de a absorbi gazele atmosferice și hidrogen, care formează aliaje casante improprii pentru utilizarea în practică; în prezența suprafeței activate a captării de hidrogen are loc la temperatura camerei, cu o rată mică care crește considerabil, la 400 ° C și peste. Solubilitatea hidrogenului în Titanul este reversibil, iar acest gaz poate fi îndepărtat aproape complet prin recoacere în vid. Titan reacționează cu azot la o temperatură de peste 700 ° C, tipul obținut nitruri TiN; sub formă de pulbere sau titan sârmă fină poate arde sub atmosferă de azot. Viteza de difuzie a azotului și oxigenului din titan este mult mai mică decât cea a hidrogenului. Interacțiunea rezultată cu aceste strat gazele diferă de duritate și friabilitate crescută și trebuie îndepărtate de pe suprafața articolelor de titan prin gravare sau prelucrare. Titan reacționează puternic cu halogeni uscat, în raport cu halogeni umed stabile, deoarece acționează ca inhibitor de umiditate.
stabil de metal în toate concentrațiile de acid azotic (cu excepția roșu de coroziune care cauzează fumans cracare Titan, reacția este uneori exploziv) în soluții diluate de acid sulfuric (până la 5% în greutate). Clorhidric, sulfuric fluorhidric, concentrate și acizi organici fierbinți: acidul oxalic, acidul formic și acidul tricloroacetic reacționează cu titan.
Noțiuni de bază Titan. Cea mai comună metodă de obținere a titanului metalic este metoda SML termic, adică reducerea tetraclorurii de titan cu magneziu metalic (cel puțin - sodiu):
În ambele cazuri, materiile prime prime sunt oxidul de minereuri Titan - rutil, ilmenit și altele. În cazul minereurilor de tip ilmenit sub formă de zgură de titan se separă de fier prin topire în cuptoare electrice. Zgură (precum și rutil) este clorurat în prezența de carbon pentru a forma tetraclorură de titan, care, după purificare alimentată în reactor de reducere cu o atmosferă neutră.
Cazan conform acestui procedeu se obține într-o formă de burete după măcinare și topite în cuptoarele cu arc în vid pentru lingourile la introducerea de dopanți, dacă este necesar pentru a primi aliaj. Magneziul metodă pentru a crea o producție industrială pe scară largă de titan, cu un circuit închis, deoarece produsul secundar care rezultă în reducerea - clorura de magneziu este direcționată către electroliza pentru magneziu și clor.
În unele cazuri, pentru producerea de produse de titan și aliajele sale este avantajos să se aplice metodele de metalurgia pulberilor. Pentru a obține un pulberi deosebit de fine (de exemplu, pentru electronică) poate utiliza reducerea oxidului de titan (IV) hidrură de calciu.
Aplicarea Titan. Principalele avantaje față de alte metale structurale Titan: o combinație de luminozitate, rezistență și rezistență la coroziune. aliaje de titan absolut, și mai ales la rezistență specifică (de ex., E. Rezistența împărțită la densitatea), sunt superioare aliaje mai pe bază de alte metale (de exemplu, fier sau nichel) la temperaturi cuprinse între -250 până la 550 ° C, în timp ce pe corozivitatea în comparație cu aliaje de metale nobile. Cu toate acestea, ca un titan independent material structural a fost folosit doar în anii '50 ai secolului 20 din cauza marilor dificultăți tehnice ale extracției sale din minereuri și de prelucrare (motiv pentru care titan atribuită în mod convențional pentru metale rare). Principalele componente ale titan se consumă la nevoile aeronavelor și a tehnologiei de rachete și a construcțiilor navale marine. Aliaje de titan-fier cunoscut sub numele de „Ferotitan“ (Titan 20-50%) din oțeluri de calitate din oțel și aliaje speciale sunt dopant și dezoxidant.
Titanium tehnic este utilizat pentru fabricarea containerelor, reactoare chimice, conducte, valve, pompe și alte produse, în medii agresive, de exemplu, în domeniul ingineriei chimice. In hidrometalurgie neferoasă aplicat echipamente de titan. Acesta este utilizat pentru acoperirea produselor din oțel. Utilizarea Titan oferă, în multe cazuri, un efect tehnic și economic mare nu numai prin creșterea duratei de viață a echipamentului, dar, de asemenea, posibilitatea de intensificare a proceselor (cum ar fi în hidrometalurgie de nichel). Inocuitatea biologic al Titan acesta un material excelent pentru fabricarea de echipamente pentru industria alimentară și în chirurgie reconstructiva face. În condițiile profunde titan rece crește rezistența menținând în același timp ductilitate bun, acesta poate fi folosit ca material structural pentru echipamente criogenice. Titanium se pretează bine la lustruire anodizare colorate sau alte metode de finisaj de suprafață și, prin urmare, este utilizat pentru a face o varietate de produse de artă în t. H. Și sculptura. Un exemplu este monumentul din Moscova, construit în onoarea lansarea primului satelit artificial Pământ. De o importanță practică compuși de titan sunt oxizi, halogenuri, siliciuri și utilizate în domeniu de temperaturi ridicate; boruri și aliajele lor utilizate ca moderatori în centralele nucleare din cauza refractarității lor și secțiune transversală mare de captare a neutronilor. carbură de titan având o duritate ridicată, o parte a uneltei de metal dur folosit pentru fabricarea scule și materiale abrazive de taiere.
oxid de titan (IV) și sunt baza ceramicii titanat de bariu titan, titanat de bariu și - feroelectrice cel mai important.
corp de titan. Titanul este mereu prezent în țesuturile plantelor și animalelor. La plantele terestre, concentrația sa - aproximativ 10 -4%. în marină - 1,2 × 10 -3-8 × 10 -2%, în țesuturile animale terestre - mai puțin de 2 x 10 -4%, marin - 2 × 10 -4 2 × 10 -2%. Se acumulează în vertebrate predominant formațiuni scuamoase, splina, glanda suprarenală, a glandei tiroide, placenta; Acesta este slab absorbit din tractul gastro-intestinal. La om, aportul zilnic de titan cu alimente și apă este de 0,85 mg; excretat în urină și fecale (0,33 și 0,52 mg, respectiv).