ОПРЕДЕЛЕНИЕ
титаннамира се в четвъртия период от група IV на вторичната (В) подгрупа на Периодичната таблица. Обозначение - Ti. Под формата на просто вещество титанът е сребристо-бял метал.
Отнася се за леки метали. Огнеупорен. Плътност - 4,50 g/cm 3 . Точките на топене и кипене са съответно 1668 o C и 3330 o C.
Титанът е устойчив на корозия, когато е изложен на въздух при нормална температура, което се обяснява с наличието на защитен филм от състав TiO 2 върху повърхността му. Химически стабилен в много агресивни среди (разтвори на сулфати, хлориди, морска вода и др.).
Степента на окисление на титана в съединенията
Титанът може да съществува под формата на просто вещество - метал, а степента на окисление на металите в елементарно състояние е нула, тъй като разпределението на електронната плътност в тях е равномерно.
В своите съединения титанът е в състояние да проявява окислителни състояния (+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) и (+4) (Ti +4 F 4 , Ti +4 H 4 , Ti +4 Cl 4 , Ti +4 Br 4).
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
| Упражнение | Валентност III и степен на окисление (-3) азотът показва в съединението: а) N 2 H 4; б) NH3; в) NH4CI; г) N 2 O 5 |
| Решение | За да дадем правилен отговор на поставения въпрос, ще определим последователно валентността и степента на окисление на азота в предложените съединения. а) валентността на водорода винаги е равна на I. Общият брой на водородните валентни единици е 4 (1 × 4 = 4). Разделете получената стойност на броя на азотните атоми в молекулата: 4/2 \u003d 2, следователно, валентността на азота е II. Този отговор е неправилен. б) валентността на водорода винаги е равна на I. Общият брой на водородните валентни единици е 3 (1 × 3 = 3). Разделяме получената стойност на броя на азотните атоми в молекулата: 3/1 \u003d 2, следователно, валентността на азота е III. Степента на окисление на азота в амоняка е (-3): Това е правилният отговор. |
| Отговор | Вариант (б). |
ПРИМЕР 2
| Упражнение | Хлорът има една и съща степен на окисление във всяко от двете съединения: а) FeCl3 и Cl2O5; b) KClO3 и Cl2O5; в) NaCl и HClO; г) KClO 2 и CaCl 2. |
| Решение | За да дадем правилен отговор на поставения въпрос, ще определим последователно степента на окисление на хлора във всяка двойка от предложените съединения. а) Степента на окисление на желязото е (+3), а на кислорода - (-2). Да вземем стойността на степента на окисление на хлора като "x" и "y" съответно в железен (III) хлорид и хлорен оксид: y×2 + (-2)×5 = 0; Отговорът е неправилен. б) Степените на окисление на калия и кислорода са съответно (+1) и (-2). Нека вземем стойността на степента на окисление на хлора като "x" и "y" в предложените съединения: 1 + x + (-2)×3 = 0; y×2 + (-2)×5 = 0; Отговорът е правилен. |
| Отговор | Вариант (б). |
Цирконий и хафний образуват съединения в степен на окисление +4, титанът също е способен да образува съединения в степен на окисление +3.
Съединения със степен на окисление +3. Съединенията на титан(III) се получават чрез редукция на титаниеви(IV) съединения. Например:
1200 ºС 650 ºС
2TiO 2 + H 2 ¾® Ti 2 O 3 + H 2 O; 2TiCl 4 + H 2 ¾® 2TiCl 3 + 2HCl
Съединенията на титан (III) са лилави. Титановият оксид практически не се разтваря във вода, той проявява основни свойства. Оксид, хлорид, Ti 3+ соли са силни редуциращи агенти:
4Ti +3 Cl 3 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4Ti +4 OCl 2 + 4HCl
За съединенията на титан(III) са възможни реакции на диспропорциониране:
2Ti +3 Cl 3 (t) ¾® Ti +4 Cl 4 (g) + Ti +2 Cl 2 (t)
При по-нататъшно нагряване титаниевият (II) хлорид също е непропорционален:
2Ti +2 Cl 2 (t) \u003d Ti 0 (t) + Ti +4 Cl 4 (g)
Съединения със степен на окисление +4.Оксидите на титан (IV), цирконий (IV) и хафний (IV) са огнеупорни, химически по-скоро инертни вещества. Те проявяват свойствата на амфотерните оксиди: бавно реагират с киселини при продължително кипене и взаимодействат с основи по време на сливане:
TiO 2 + 2H 2 SO 4 = Ti (SO 4) 2 + 2H2O;
TiO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 TiO 3 + H 2 O
Титановият оксид TiO 2 намира най-широко приложение, използва се като пълнител в производството на бои, каучук и пластмаси. Циркониевият оксид ZrO 2 се използва за производството на огнеупорни тигли и плочи.
Хидроксидититан (IV), цирконий (IV) и хафний (IV) - аморфни съединения с променлив състав - EO 2 × nH 2 O. Прясно получените вещества са доста реактивни и се разтварят в киселини, титановият хидроксид също е разтворим в основи. Отлежалите седименти са изключително инертни.
Халогениди(хлориди, бромиди и йодиди) Ti(IV), Zr(IV) и Hf(IV) имат молекулярна структура, са летливи и реактивни и лесно се хидролизират. При нагряване йодидите се разлагат, за да образуват метали, което се използва при производството на метали с висока чистота. Например:
TiI 4 = Ti + 2I 2
Титан, цирконий и хафниеви флуориди са полимерни и слабо реактивни.
солелементите от подгрупата на титан в степен на окисление +4 са малко и хидролитично нестабилни. Обикновено, когато оксиди или хидроксиди взаимодействат с киселини, се образуват не средни соли, а оксо- или хидроксо производни. Например:
TiO 2 + 2H 2 SO 4 = TiOSO 4 + H 2 O; Ti (OH) 4 + 2HCl \u003d TiOСl 2 + H 2 O
Описани са голям брой анионни комплекси от титан, цирконий и хафний. Най-стабилни в разтвори и лесно образувани флуорни съединения:
EO 2 + 6HF \u003d H 2 [EF 6] + 2H 2O; EF 4 + 2KF \u003d K 2 [EF 6]
Титанът и неговите аналози се характеризират с координационни съединения, в които пероксидният анион играе ролята на лиганд:
E (SO 4) 2 + H 2 O 2 \u003d H 2 [E (O 2) (SO 4) 2]
В този случай разтворите на титаниеви (IV) съединения придобиват жълто-оранжев цвят, което прави възможно аналитично откриване на титаниеви (IV) катиони и водороден прекис.
Хидридите (EN 2), карбидите (ES), нитридите (EN), силицидите (ESi 2) и боридите (EV, EV 2) са съединения с променлив състав, подобни на метали. Бинарните съединения имат ценни свойства, които им позволяват да се използват в технологиите. Например, сплав от 20% HfC и 80% TiC е една от най-огнеупорните, т.т. 4400 ºС.
Вечен, мистериозен, космически - всички тези и много други епитети се приписват на титана в различни източници. Историята на откриването на този метал не беше тривиална: в същото време няколко учени работиха върху изолирането на елемента в чистата му форма. Процесът на изследване на физичните, химичните свойства и определяне на областите на неговото приложение днес. Титанът е металът на бъдещето, неговото място в човешкия живот все още не е окончателно определено, което дава на съвременните изследователи огромно поле за творчество и научни изследвания.
Характеристика
Химическият елемент е обозначен в периодичната таблица на Д. И. Менделеев със символа Ti. Намира се във вторичната подгрупа на IV група от четвърти период и има сериен номер 22. Титанът е бяло-сребрист метал, лек и издръжлив. Електронната конфигурация на атома има следната структура: +22)2)8)10)2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. Съответно титанът има няколко възможни степени на окисление: 2, 3, 4; в най-стабилните съединения той е четиривалентен.
Титан - сплав или метал?
Този въпрос интересува мнозина. През 1910 г. американският химик Хънтър получава първия чист титан. Металът съдържаше само 1% примеси, но в същото време количеството му се оказа незначително и не направи възможно по-нататъшното изследване на неговите свойства. Пластичността на полученото вещество се постига само под въздействието на високи температури; при нормални условия (стайна температура) пробата е твърде крехка. Всъщност този елемент не интересуваше учените, тъй като перспективите за неговото използване изглеждаха твърде несигурни. Трудността при получаването и изследването допълнително намали потенциала за неговото приложение. Едва през 1925 г. химиците от Холандия И. де Бур и А. Ван Аркел получават метален титан, чиито свойства привличат вниманието на инженери и дизайнери по целия свят. Историята на изследването на този елемент започва през 1790 г., точно по това време, успоредно, независимо един от друг, двама учени откриват титана като химичен елемент. Всеки от тях получава съединение (оксид) на вещество, което не успява да изолира метала в чиста форма. Откривателят на титана е английският минералог монах Уилям Грегор. На територията на своята енория, разположена в югозападната част на Англия, младият учен започва да изучава черния пясък на долината Менакен. Резултатът беше освобождаването на лъскави зърна, които бяха титаниево съединение. В същото време в Германия химикът Мартин Хайнрих Клапрот изолира ново вещество от минерала рутил. През 1797 г. той също доказва, че елементите, отворени паралелно, са подобни. Титановият диоксид е мистерия за много химици повече от век и дори Берцелиус не успява да получи чист метал. Най-новите технологии на 20-ти век значително ускориха процеса на изучаване на споменатия елемент и определиха първоначалните насоки за неговото използване. В същото време обхватът на приложение непрекъснато се разширява. Само сложността на процеса на получаване на такова вещество като чист титан може да ограничи неговия обхват. Цената на сплавите и метала е доста висока, така че днес не може да измести традиционните желязо и алуминий.
произход на името
Менакин е първото име за титан, което се използва до 1795 г. Така по териториална принадлежност В. Грегор нарече новия елемент. Мартин Клапрот дава на елемента името "титан" през 1797 г. По това време неговите френски колеги, водени от доста реномиран химик A. L. Lavoisier, предложиха да се назоват новооткритите вещества в съответствие с техните основни свойства. Германският учен не беше съгласен с този подход, той съвсем разумно смяташе, че на етапа на откриване е доста трудно да се определят всички характеристики, присъщи на дадено вещество, и да се отразят в името. Трябва обаче да се признае, че терминът, интуитивно избран от Клапрот, напълно съответства на метала - това многократно е подчертавано от съвременните учени. Има две основни теории за произхода на името титан. Металът би могъл да бъде обозначен в чест на елфийската кралица Титания (персонаж от германската митология). Това име символизира както лекотата, така и силата на веществото. Повечето учени са склонни да използват версията за използването на древногръцката митология, в която могъщите синове на богинята на земята Гея са наречени титани. Името на открития по-рано елемент, уран, също говори в полза на тази версия.
Да бъдеш сред природата
От металите, които са технически ценни за хората, титанът е четвъртият най-разпространен в земната кора. Само желязо, магнезий и алуминий се характеризират с голям процент в природата. Най-високо съдържание на титан се отбелязва в базалтовата черупка, малко по-малко в гранитния слой. В морската вода съдържанието на това вещество е ниско - приблизително 0,001 mg / l. Химическият елемент титан е доста активен, така че не може да се намери в чиста форма. Най-често той присъства в съединения с кислород, докато има валентност от четири. Броят на минералите, съдържащи титан, варира от 63 до 75 (в различни източници), докато на настоящия етап на изследване учените продължават да откриват нови форми на неговите съединения. За практическа употреба следните минерали са от най-голямо значение:
- Илменит (FeTiO 3).
- Рутил (TiO 2).
- Титанит (CaTiSiO 5).
- Перовскит (CaTiO 3).
- Титаномагнетит (FeTiO 3 + Fe 3 O 4) и др.
Всички съществуващи руди, съдържащи титан, са разделени на разсипни и основни. Този елемент е слаб мигрант, той може да се движи само под формата на скални фрагменти или движещи се тинести дънни скали. В биосферата най-голямо количество титан се намира в водораслите. При представителите на сухоземната фауна елементът се натрупва в роговите тъкани, косата. Човешкото тяло се характеризира с наличието на титан в далака, надбъбречните жлези, плацентата, щитовидната жлеза.
Физически свойства
Титанът е цветен метал със сребристо-бял цвят, който прилича на стомана. При температура от 0 0 C, неговата плътност е 4,517 g / cm 3. Веществото има ниско специфично тегло, което е характерно за алкалните метали (кадмий, натрий, литий, цезий). По плътност титанът заема междинна позиция между желязото и алуминия, докато производителността му е по-висока от тази на двата елемента. Основните свойства на металите, които се вземат предвид при определяне на обхвата на тяхното приложение, са твърдостта. Титанът е 12 пъти по-здрав от алуминия, 4 пъти по-здрав от желязото и медта, като същевременно е много по-лек. Пластичността и границата на провлачване позволяват обработка при ниски и високи температури, както в случая на други метали, т.е. занитване, коване, заваряване, валцуване. Отличителна характеристика на титана е неговата ниска топло- и електрическа проводимост, като тези свойства се запазват при повишени температури, до 500 0 C. В магнитно поле титанът е парамагнитен елемент, не се привлича като желязо и не се изтласква навън като мед. Много високата антикорозионна ефективност в агресивна среда и при механично натоварване е уникална. Повече от 10 години престой в морска вода не промениха външния вид и състава на титаниевата плоча. Желязото в този случай ще бъде напълно унищожено от корозия.
Термодинамични свойства на титана
- Плътността (при нормални условия) е 4,54 g/cm 3 .
- Атомният номер е 22.
- Група метали - огнеупорни, леки.
- Атомната маса на титана е 47,0.
- Точка на кипене (0 С) - 3260.
- Моларен обем cm 3 / mol - 10,6.
- Точката на топене на титана (0 С) е 1668.
- Специфична топлина на изпаряване (kJ / mol) - 422,6.
- Електрическо съпротивление (при 20 0 C) Ohm * cm * 10 -6 - 45.
Химични свойства
Повишената устойчивост на корозия на елемента се обяснява с образуването на малък оксиден филм върху повърхността. Той предотвратява (при нормални условия) газове (кислород, водород) в заобикалящата атмосфера на елемент като титан метал. Неговите свойства се променят под въздействието на температурата. Когато се повиши до 600 0 C, настъпва реакция на взаимодействие с кислород, което води до образуването на титанов оксид (TiO 2). При абсорбция на атмосферни газове се образуват крехки съединения, които нямат практическо приложение, поради което заваряването и топенето на титан се извършват във вакуумни условия. Обратимата реакция е процесът на разтваряне на водорода в метала, протича по-активно с повишаване на температурата (от 400 0 С и повече). Титанът, особено малките му частици (тънка плоча или тел), изгаря в азотна атмосфера. Химична реакция на взаимодействие е възможна само при температура 700 0 С, което води до образуването на TiN нитрид. Образува силно твърди сплави с много метали, често като легиращ елемент. Реагира с халогени (хром, бром, йод) само в присъствието на катализатор (висока температура) и подлежи на взаимодействие със сухо вещество. В този случай се образуват много твърди огнеупорни сплави. С разтвори на повечето алкали и киселини титанът не е химически активен, с изключение на концентрирана сярна (с продължително кипене), флуороводородна, гореща органична (мравчена, оксалова).
Място на раждане
Илменитовите руди са най-разпространени в природата – запасите им се оценяват на 800 милиона тона. Находките на рутил са много по-скромни, но общият обем - при запазване на растежа на производството - трябва да осигури на човечеството за следващите 120 години такъв метал като титан. Цената на готовия продукт ще зависи от търсенето и повишаването на нивото на технологичност, но средно варира в диапазона от 1200 до 1800 рубли/кг. В условията на постоянно техническо усъвършенстване, цената на всички производствени процеси се намалява значително с тяхната навременна модернизация. Китай и Русия имат най-големи запаси, Япония, Южна Африка, Австралия, Казахстан, Индия, Южна Корея, Украйна, Цейлон също имат минерална база. Находките се различават по обема на добив и процентното съдържание на титан в рудата, продължават геоложки проучвания, което дава възможност да се предположи намаляване на пазарната стойност на метала и по-широкото му използване. Русия е най-големият производител на титан.
Касова бележка
За производството на титан най-често се използва титанов диоксид, който съдържа минимално количество примеси. Получава се чрез обогатяване на илменитни концентрати или рутилови руди. В електродъговата пещ се извършва термичната обработка на рудата, която е придружена от отделяне на желязо и образуване на шлака, съдържаща титанов оксид. Сулфатният или хлоридният метод се използва за обработка на фракцията без желязо. Титановият оксид е сив прах (виж снимката). Металът титан се получава чрез поетапна обработка.
Първата фаза е процесът на синтероване на шлаката с кокс и излагане на хлорни пари. Полученият TiCl 4 се редуцира с магнезий или натрий, когато се излага на температура от 850 0 С. Титаниевата гъба (порьозна стопена маса), получена в резултат на химическа реакция, се пречиства или стопява на блокове. В зависимост от по-нататъшната посока на използване се образува сплав или чист метал (примесите се отстраняват чрез нагряване до 1000 0 C). За производството на вещество със съдържание на примеси 0,01% се използва йодидният метод. Той се основава на процеса на изпаряване на неговите пари от титаниева гъба, предварително обработена с халоген.
Приложения
Температурата на топене на титана е доста висока, което, като се има предвид лекотата на метала, е безценно предимство при използването му като конструктивен материал. Затова намира най-голямо приложение в корабостроенето, авиационната индустрия, производството на ракети и химическата промишленост. Титанът доста често се използва като легираща добавка в различни сплави, които имат повишени характеристики на твърдост и устойчивост на топлина. Високите антикорозионни свойства и способността да издържа на повечето агресивни среди правят този метал незаменим за химическата индустрия. Титанът (негови сплави) се използва за направата на тръбопроводи, контейнери, клапани, филтри, използвани при дестилацията и транспортирането на киселини и други химически активни вещества. Той е в търсенето при създаване на устройства, работещи в условия на повишени температурни показатели. Титановите съединения се използват за направата на издръжливи режещи инструменти, бои, пластмаси и хартия, хирургически инструменти, импланти, бижута, довършителни материали и се използват в хранително-вкусовата промишленост. Всички посоки са трудни за описание. Съвременната медицина, поради пълната биологична безопасност, често използва метален титан. Цената е единственият фактор, който засега влияе върху широчината на приложение на този елемент. Справедливо е да се каже, че титанът е материалът на бъдещето, изучавайки който човечеството ще премине към нов етап на развитие.
Откриването на TiO 2 е направено почти едновременно и независимо от англичанина В. Грегор и немския химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, изучавайки състава на магнитния железен пясък (Крийд, Корнуол, Англия, 1789 г.), изолира нова "земя" (оксид) от неизвестен метал, който той нарече менакен. През 1795 г. немският химик Клапрот открива нов елемент в минерала рутил и го нарича титан, а по-късно установява, че рутилът и менакен земята са оксиди на един и същи елемент. Първата проба от метален титан е получена през 1825 г. от Й. Я. Берцелиус. Проба от чист Ti е получена от холандците A. van Arkel и J. de Boer през 1925 г. чрез термично разлагане на парите на титанов йодид TiI 4.
Физически свойства:
Титанът е лек, сребристо-бял метал. Пластмаса, заварена в инертна атмосфера.
Той има висок вискозитет, по време на механична обработка е склонен към залепване към режещия инструмент и поради това е необходимо прилагането на специални покрития върху инструмента, различни смазки.
Химични свойства:
При нормална температура той е покрит със защитен пасивиращ оксиден филм, устойчив на корозия, но когато се натроши на прах, той изгаря на въздух. Титаниевият прах може да експлодира (точка на възпламеняване 400°C). При нагряване на въздух до 1200°C титанът изгаря с образуването на оксидни фази с променлив състав TiO x .
Титанът е устойчив на разредени разтвори на много киселини и основи (с изключение на HF, H 3 PO 4 и концентрирана H 2 SO 4), но лесно реагира дори със слаби киселини в присъствието на комплексообразуващи агенти, например с флуороводородна киселина HF образува комплексен анион 2-.
При нагряване титанът взаимодейства с халогени. С азот над 400°C титанът образува нитрида TiN x (x=0,58-1,00). Когато титанът взаимодейства с въглерода, се образува титанов карбид TiC x (x=0,49-1,00).
Титанът абсорбира водород, образувайки съединения с променлив състав TiH x . При нагряване тези хидриди се разлагат с отделянето на Н 2 .
Титанът образува сплави с много метали.
В съединенията титанът проявява степен на окисление +2, +3 и +4. Най-стабилната степен на окисление е +4.
Най-важните връзки:
Титанов диоксид, TiO 2 . Бял прах, жълт при нагряване, плътност 3,9-4,25 g/cm 3 . Амфотерен. В концентрирана H 2 SO 4 се разтваря само при продължително нагряване. Когато се слее със сода Na 2 CO 3 или поташ K 2 CO 3, TiO 2 оксидът образува титанати:
TiO 2 + K 2 CO 3 \u003d K 2 TiO 3 + CO 2
Титанов(IV) хидроксид, TiO(OH) 2 *xH 2 O, се утаява от разтвори на титанови соли, внимателно се калцинира до получаване на TiO 2 оксид. Титановият (IV) хидроксид е амфотерен.
Титанов тетрахлорид, TiCl 4 , при нормални условия - жълтеникава, силно димяща течност във въздуха, което се обяснява със силната хидролиза на TiCl 4 с водни пари и образуването на малки капчици HCl и суспензия от титанов хидроксид. Вряща вода хидролизира до титанова киселина (??). Титановият(IV) хлорид се характеризира с образуването на присъединителни продукти, например TiCl 4 *6NH 3, TiCl 4 * 8NH 3, TiCl 4 *PCl 3 и др. Когато титаниев(IV) хлорид се разтваря в НС1, се образува комплексна киселина Н2, която е неизвестна в свободно състояние; неговите Me 2 соли кристализират добре и са стабилни на въздух.
При редуциране на TiCl 4 с водород, алуминий, силиций и други силни редуциращи агенти се получава титанов трихлорид и дихлорид TiCl 3 и TiCl 2 - твърди вещества със силни редуциращи свойства.
Титаниев нитрид- е интерстициална фаза с широка област на хомогенност, кристали с кубична лицево-центрирана решетка. Получаване - чрез азотиране на титан при 1200°C или по други методи. Използва се като топлоустойчив материал за създаване на устойчиви на износване покрития.
Приложение:
под формата на сплави.Металът се използва в химическата промишленост (реактори, тръбопроводи, помпи), леки сплави, остеопротези. Той е най-важният конструктивен материал в самолетостроенето, ракетостроенето и корабостроенето.
Титанът е легираща добавка в някои марки стомана.
Нитинол (никел-титан) е сплав с памет на формата, използвана в медицината и технологиите.
Титановите алуминиди са много устойчиви на окисляване и топлоустойчиви, което от своя страна обуславя използването им в авиацията и автомобилната индустрия като конструкционни материали.
Под формата на връзкиБял титанов диоксид се използва в бои (например титаново бяло), както и в производството на хартия и пластмаси. Хранителна добавка Е171.
Органотитаниеви съединения (напр. тетрабутоксититан) се използват като катализатор и втвърдител в химическата и бояджийната промишленост.
Неорганичните титанови съединения се използват в химическата, електронната промишленост, производството на фибростъкло като добавка.
Матигоров A.V.
HF Тюменски държавен университет
плътно уплътнен (α-Ti)
Енциклопедичен YouTube
1 / 5
✪ Титан / Титан. Химията е лесна
✪ Титанът е НАЙ-СИЛНИЯТ МЕТАЛ НА ЗЕМЯТА!
✪ Химия 57. Елементът е титан. Елемент Меркурий - Академия на развлекателните науки
✪ Производство на титан. Титанът е един от най-здравите метали в света!
✪ Иридий - Най-РЕДКИят метал на Земята!
Субтитри
Здравейте всички! Александър Иванов е с вас и това е проектът “Химията е проста” А сега ще го осветим малко с титан! Ето как изглеждат няколко грама чист титан, които са добити преди много време в университета в Манчестър, когато още не е бил университет.Тази проба е от същия музей.Така е основният минерал от който титанът се извлича, изглежда така.Това е рутил.съдържа титан През 1867 г. всичко, което хората знаеха за титана, се побира в учебник на 1 страница До началото на 20-ти век нищо реално не се променя През 1791 г. английският химик и минералог Уилям Грегор открива нов елемент в минерала менакинит и го нарече "менакин" Малко по-късно, през 1795 г., немският химик Мартин Клапрот открива нов химичен елемент в друг минерал - рутил. Титанът получава името си от Клапрот, който го нарече в чест на кралицата на елфите Титания.Според друга версия обаче името на елемента идва от титаните, могъщите синове на богинята на земята - Гейс Въпреки това, през 1797 г. се оказва, че Грегор и Клапрот са открили един и същ химически елемент Но името този, който Клапрот даде, остана.Но нито Грегор, нито Клапрот успяха да получат метален титан.Получиха бял кристален прах, който беше титанов диоксид.За първи път метален титан е получен от руския учен Д.К. Кирилов през 1875 г. Но тъй като това се случва без подходящо покритие, работата му не е забелязана. След това чист титан е получен от шведите L. Nilsson и O. Peterson, както и от французина Moissan. И едва през 1910 г. американският химик М. Хънтър подобри предишните методи за производство на титан и получи няколко грама чист 99% титан.Ето защо в повечето книги именно Хънтър посочва как ученият, получил метален титан Никой не е пророкувал голямо бъдеще на титана, тъй като най-малките примеси в състава си го прави много крехък и крехък, което не позволява механична обработка. Ето защо някои титанови съединения са намерили широко приложение преди самия метал.Титанов тетрахлорид е бил използван през Първата световна война за създаване на димни завеси.На открито титанът тетрахлорид хидролизира, за да образува титанови оксихлориди и титанов оксид.Белият дим, който виждаме, е частиците от оксихлориди и титанов оксид Какви точно са тези частици Можем да потвърдим, ако капнем няколко капки титанов тетрахлорид във вода. Титанов тетрахлорид в момента се използва за получаване на метален титан. Методът за получаване на чист титан не се е променил от сто години. Първо, титанов диоксид се превръща с хлор в титанов тетрахлорид , за който говорихме по-рано. След това с помощта на магнезиева термия се получава метален титан от титанов тетрахлорид, който се образува под формата на гъба. Този процес се извършва при температура 900 ° C в стоманени реторти Поради тежките условия на реакция, за съжаление нямаме възможност да покажем този процес.В резултат се получава титаниева гъба, която се топи в компактен метал.За получаване на свръхчист титан се използва метод за рафиниране на йодид, който ще обсъдете подробно във видеото за циркония.Както вече забелязахте титанов тетрахлорид е прозрачна, безцветна течност при нормални условия.Но ако вземем титанов трихлорид е твърдо лилаво нещо. Състояние Само един хлорен атом по-малко в молекулата и вече различно състояние Титановият трихлорид е хигроскопичен. Следователно можете да работите с него само в инертна атмосфера.Титанов трихлорид се разтваря добре в солна киселина.Вие сега наблюдавате този процес.В разтвора се образува комплексен йон 3.Какво са комплексните йони ще ви кажа някой друг път следващият път. Междувременно просто се ужасете :) Ако добавите малко азотна киселина към получения разтвор, тогава се образува титанов нитрат и се отделя кафяв газ, което всъщност виждаме.Има качествена реакция към титанови йони.Капваме водороден прекис Както можете да видите, протича реакция с образуването на ярко оцветено съединение Това е пертитанова киселина През 1908 г. титанов диоксид е използван в Съединените щати за производството на бяло, което замества бялото, което се основава на олово и цинк . Титановото бяло е много по-добро по качество в сравнение с оловото и цинка. Също така, титановият оксид се използва за производство на емайл, който се използва за метални и дървени покрития в корабостроенето. В момента титановият диоксид се използва в хранителната промишленост като бяло багрило - това е добавка E171, която може да се намери в пръчици от раци, зърнени закуски, майонеза, дъвки, млечни продукти и др. Също така титанов диоксид се използва в козметиката - той влиза в sos със слънцезащитен крем "Всичко, което блести, не е злато" - познаваме тази поговорка от детството И по отношение на съвременната църква и титана тя работи в буквалния смисъл И изглежда какво общо може да има между църквата и титана? И ето какво: всички съвременни куполи на църкви, които блестят със злато, всъщност нямат нищо общо със злато.Всъщност всички куполи са покрити с титанов нитрид.Също така металните бормашини са покрити с титанов нитрид.Едва през 1925г. -получен е титан с чистота, което направи възможно изследването му.физични и химични свойства И те се оказаха фантастични.Оказа се, че титанът, като е почти два пъти по-лек от желязото, превъзхожда много стомани по здравина. Освен това, въпреки че титанът е един и половина пъти по-тежък от алуминия, той е шест пъти по-здрав от него и запазва здравината си до 500 ° C. - поради високата си електрическа проводимост и немагнетизъм, титанът представлява голям интерес в електротехниката Титанът има висока устойчивост на корозия Благодарение на своите свойства титанът се превърна в материал за космическите технологии В Русия, във Верхняя Салда, има корпорация VSMPO-AVISMA, която произвежда титан за световната космическа индустрия От Верхне Салда титанът произвежда Boeings, Airbuses, Rolls -Ро кубчета лед, различно химическо оборудване и много други скъпи боклуци Въпреки това, всеки от вас може да закупи лопата или лост от чист титан! И това не е шега! И ето как фино диспергираният титанов прах реагира с атмосферния кислород Благодарение на такова цветно горене титанът намери приложение в пиротехниката И това е всичко, абонирайте се, сложете пръст нагоре, не забравяйте да подкрепите проекта и да кажете на приятелите си! Чао!
История
Откриването на TiO 2 е направено почти едновременно и независимо от англичанин W. Грегър?!и немският химик M. G. Klaproth. У. Грегор, изучавайки състава на магнитния железен пясък (Крийд, Корнуол, Англия,), изолира нова "земя" (оксид) от неизвестен метал, който той нарече менакен. През 1795 г. немският химик Клапрот открива нов елемент в минерала рутил и го нарича титан. Две години по-късно Клапрот установява, че рутилът и менакен земята са оксиди на един и същи елемент, зад който остава името "титан", предложено от Клапрот. След 10 години откриването на титана става за трети път. Френският учен L. Vauquelin открива титан в анатаза и доказва, че рутилът и анатазът са идентични титанови оксиди.
Първата проба от метален титан е получена през 1825 г. от Й. Я. Берцелиус. Поради високата химическа активност на титана и сложността на неговото пречистване, холандците А. ван Аркел и И. де Боер получават чиста проба от Ti през 1925 г. чрез термично разлагане на парите на титанов йодид TiI 4 .
произход на името
Металът получи името си в чест на титаните, героите от древногръцката митология, децата на Гея. Името на елемента е дадено от Мартин Клапрот в съответствие с неговите възгледи за химическата номенклатура, за разлика от френската школа по химия, където се опитват да назоват елемента по неговите химични свойства. Тъй като самият немски изследовател отбеляза невъзможността да се определят свойствата на нов елемент само от неговия оксид, той избра име за него от митологията, по аналогия с урана, открит от него по-рано.
Да бъдеш сред природата
Титанът е 10-ият най-разпространен в природата. Съдържанието в земната кора е 0,57% от масата, в морската вода - 0,001 mg / l. 300 g/t в ултраосновни скали, 9 kg/t в основни скали, 2,3 kg/t в кисели скали, 4,5 kg/t в глини и шисти. В земната кора титанът почти винаги е четиривалентен и присъства само в кислородни съединения. Не се среща в свободна форма. Титанът при условия на изветряне и валежи има геохимичен афинитет към Al 2 O 3 . Съсредоточен е в боксити от кората на изветряне и в морски глинести седименти. Прехвърлянето на титан се извършва под формата на механични фрагменти от минерали и под формата на колоиди. В някои глини се натрупва до 30% TiO 2 от теглото. Титановите минерали са устойчиви на атмосферни влияния и образуват големи концентрации в разсипи. Известни са повече от 100 минерала, съдържащи титан. Най-важните от тях са: рутил TiO 2 , илменит FeTiO 3 , титаномагнетит FeTiO 3 + Fe 3 O 4 , перовскит CaTiO 3 , титанит CaTiSiO 5 . Има първични титанови руди - илменит-титаномагнетит и разсип - рутил-илменит-циркон.
Място на раждане
Титанови находища се намират на територията на Южна Африка, Русия, Украйна, Китай, Япония, Австралия, Индия, Цейлон, Бразилия, Южна Корея, Казахстан. В страните от ОНД Руската федерация (58,5%) и Украйна (40,2%) заемат водещо място по проучени запаси от титанови руди. Най-голямото находище в Русия е Ярегское.
Резерви и производство
През 2002 г. 90% от добивания титан е използван за производството на титанов диоксид TiO 2 . Световното производство на титанов диоксид е 4,5 милиона тона годишно. Потвърдените запаси от титанов диоксид (без Русия) са около 800 млн. т. За 2006 г., според Геоложката служба на САЩ, по отношение на титанов диоксид и без Русия, запасите от илменитови руди възлизат на 603-673 млн. т, а рутил - 49, 7-52,7 милиона тона. Така при сегашните темпове на производство световните доказани запаси от титан (с изключение на Русия) ще бъдат достатъчни за повече от 150 години.
Русия има вторият по големина титан в света след Китай. Минерално-ресурсната база на титан в Русия се състои от 20 находища (от които 11 първични и 9 алувиални), доста равномерно разпръснати в цялата страна. Най-голямото от проучените находища (Ярегское) се намира на 25 км от град Ухта (Република Коми). Запасите на находището се оценяват на 2 милиарда тона руда със средно съдържание на титанов диоксид около 10%.
Най-големият производител на титан в света е руската компания VSMPO-AVISMA.
Касова бележка
Като правило изходният материал за производството на титан и неговите съединения е титанов диоксид с относително малко количество примеси. По-специално, това може да бъде рутилов концентрат, получен по време на обогатяването на титанови руди. Въпреки това запасите от рутил в света са много ограничени и по-често се използва т. нар. синтетичен рутил или титанова шлака, получена при преработката на илменит концентрати. За да се получи титанова шлака, илменитовият концентрат се редуцира в електрическа дъгова пещ, докато желязото се разделя на метална фаза (чугун), а нередуцираните титанови оксиди и примеси образуват шлакова фаза. Богатата шлака се обработва по метода на хлорид или сярна киселина.
Концентратът от титанови руди се подлага на сярна киселина или пирометалургична обработка. Продуктът от обработката със сярна киселина е титанов диоксид на прах TiO 2 . Използвайки пирометалургичния метод, рудата се синтерува с кокс и се обработва с хлор, като се получава двойка титанов тетрахлорид 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)))TiCl 4 парите, образувани при 850 ° C, се редуцират с магнезий:
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)))В допълнение, така нареченият процес FFC Cambridge, кръстен на своите разработчици Дерек Фрей, Том Фартинг и Джордж Чен, и Университета в Кеймбридж, където е създаден, сега започва да набира популярност. Този електрохимичен процес позволява директно непрекъснато редуциране на титан от оксид в стопена смес от калциев хлорид и негасена вар. Този процес използва електролитна вана, пълна със смес от калциев хлорид и вар, с графитен жертвен (или неутрален) анод и катод, направен от оксид, който се редуцира. Когато ток преминава през банята, температурата бързо достига ~1000–1100°C и стопилката на калциевия оксид се разлага на анода на кислород и метален калций:
2 C a O → 2 C a + O 2 (\displaystyle (\mathsf (2CaO\rightarrow 2Ca+O_(2))))Полученият кислород окислява анода (в случай на използване на графит) и калцият мигрира в стопилката към катода, където възстановява титана от оксид:
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)))Полученият калциев оксид отново се дисоциира в кислород и калциев метал и процесът се повтаря до пълното превръщане на катода в титаниева гъба или до изчерпване на калциевия оксид. Калциевият хлорид в този процес се използва като електролит за придаване на електрическа проводимост на стопилката и подвижност на активните калциеви и кислородни йони. Когато се използва инертен анод (например калаен оксид), вместо въглероден диоксид на анода се отделя молекулен кислород, който замърсява по-малко околната среда, но процесът в този случай става по-малко стабилен и освен това при определени условия , разлагането на хлорида става енергийно по-благоприятно, а не на калциевия оксид, което води до освобождаване на молекулен хлор.
Получената титаниева "гъба" се разтопява и пречиства. Титанът се рафинира по йодидния метод или чрез електролиза, като се отделя Ti от TiCl 4 . За получаване на титанови блокове се използва дъга, електронен лъч или плазмена обработка.
Физически свойства
Титанът е лек, сребристо бял метал. Той съществува в две кристални модификации: α-Ti с хексагонална плътно опакована решетка (a=2,951 Å; c=4,679 Å; z=2; пространствена група C6mmc), β-Ti с кубична плътно центрирана опаковка (a=3,269 Å; z=2; пространствена група Im3m), температура на преход α↔β 883 °C, ΔH преход 3,8 kJ/mol. Точка на топене 1660 ± 20 °C, точка на кипене 3260 °C, плътност на α-Ti и β-Ti е съответно 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) g/cm³, атомна плътност 5,71⋅/10 см³ [ ] . Пластмаса, заварена в инертна атмосфера. Съпротивление 0,42 µOhm mв 20 °C
Има висок вискозитет, по време на механична обработка е склонен към залепване към режещия инструмент и затова е необходимо да се нанасят специални покрития върху инструмента, различни смазки.
При нормална температура той е покрит със защитен пасивиращ филм от TiO 2 оксид, поради което е устойчив на корозия в повечето среди (с изключение на алкална).
Титаниевият прах има тенденция да експлодира. Температура на възпламеняване - 400 °C. Титановите стърготини са запалими.
Титанът, заедно със стоманата, волфрама и платината, е силно устойчив на вакуум, което, наред с неговата лекота, го прави много обещаващ за проектиране на космически кораби.
Химични свойства
Титанът е устойчив на разредени разтвори на много киселини и основи (с изключение на H 3 PO 4 и концентрирана H 2 SO 4).
Лесно реагира дори със слаби киселини в присъствието на комплексообразуващи агенти, например с флуороводородна киселина, взаимодейства поради образуването на комплексен анион 2-. Титанът е най-податлив на корозия в органични среди, тъй като в присъствието на вода върху повърхността на титанов продукт се образува плътен пасивен филм от оксиди и титанов хидрид. Най-забележимото увеличение на корозионната устойчивост на титана се забелязва с увеличаване на съдържанието на вода в агресивна среда от 0,5 до 8,0%, което се потвърждава от електрохимични изследвания на електродните потенциали на титана в разтвори на киселини и основи в смесена вода -органична среда.
При нагряване на въздух до 1200°C, Ti се запалва с ярък бял пламък с образуването на оксидни фази с променлив състав TiO x . Хидроксид TiO(OH) 2 ·xH 2 O се утаява от разтвори на титанови соли, при внимателно калциниране на които се получава оксид TiO 2. TiO(OH) 2 хидроксид xH 2 O и TiO 2 диоксид са амфотерни.
Приложение
В чист вид и под формата на сплави
- Титанът под формата на сплави е най-важният конструктивен материал в самолетостроенето, ракетостроенето и корабостроенето.
- Металът се използва в: химическа промишленост (реактори, тръбопроводи, помпи, тръбопроводни фитинги), военна промишленост (броня, броня и противопожарни прегради в авиацията, корпуси на подводници), промишлени процеси (обезсоляване, целулоза и хартиени процеси), автомобилна промишленост , селскостопанска индустрия, хранително-вкусова промишленост, бижута за пиърсинг, медицинска индустрия (протези, остеопротези), дентални и ендодонтски инструменти, зъбни импланти, спортни стоки, бижута, мобилни телефони, леки сплави и др.
- Титановото леене се извършва във вакуумни пещи в графитни форми. Използва се и вакуумно инвестиционно леене. Поради технологични трудности при художественото отливане се използва в ограничена степен. Първата монументална отлята титанова скулптура в света е паметникът на Юрий Гагарин на площада на негово име в Москва.
- Титанът е легираща добавка в много легирани стомани и повечето специални сплави [ Какво?] .
- Нитинол (никел-титан) е сплав с памет на формата, използвана в медицината и технологиите.
- Титановите алуминиди са много устойчиви на окисляване и топлоустойчиви, което от своя страна определя тяхното използване в авиацията и автомобилната индустрия като конструкционни материали.
- Титанът е един от най-разпространените геттерни материали, използвани във високовакуумните помпи.
Под формата на връзки
- Бял титанов диоксид (TiO 2 ) се използва в бои (като титаниево бяло), както и в производството на хартия и пластмаси. Хранителна добавка E171 .
- Органотитаниеви съединения (например тетрабутоксититан) се използват като катализатор и втвърдител в химическата и бояджийната промишленост.
- Неорганичните титанови съединения се използват в химическата, електронната промишленост, индустриите от стъклени влакна като добавки или покрития.
- Титаниевият карбид, титаниевият диборид, титаниевият карбонитрид са важни компоненти на свръхтвърдите материали за обработка на метали.
- Титановият нитрид се използва за покриване на инструменти, църковни куполи и при производството на бижута, тъй като има цвят, подобен на злато.
- Бариев титанат BaTiO 3, оловен титанат PbTiO 3 и редица други титанати са фероелектрици.
Има много титаниеви сплави с различни метали. Легиращите елементи се разделят на три групи в зависимост от ефекта им върху температурата на полиморфна трансформация: бета стабилизатори, алфа стабилизатори и неутрални втвърдители. Първите понижават температурата на трансформация, вторите я повишават, а вторите не я влияят, а водят до втвърдяване на разтвора на матрицата. Примери за алфа стабилизатори: алуминий, кислород, въглерод, азот. Бета стабилизатори: молибден, ванадий, желязо, хром, никел. Неутрални втвърдители: цирконий, калай, силиций. Бета стабилизаторите от своя страна се делят на бета-изоморфни и бета-евтектоид-образуващи.
Най-разпространената титанова сплав е сплавта Ti-6Al-4V (в руската класификация - VT6).
Анализ на потребителските пазари
Чистотата и степента на грубия титан (титаниева гъба) обикновено се определя от неговата твърдост, която зависи от съдържанието на примеси. Най-често срещаните марки са TG100 и TG110 [ ] .
Физиологично действие
Както бе споменато по-горе, титанът се използва и в стоматологията. Отличителна черта на използването на титан се крие не само в здравината, но и в способността на самия метал да расте заедно с костта, което прави възможно осигуряването на квази-твърдостта на основата на зъба.
изотопи
Естественият титан се състои от смес от пет стабилни изотопа: 46 Ti (7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5, 34%).
Известни са изкуствени радиоактивни изотопи 45 Ti (T ½ = 3,09 h), 51 Ti (T ½ = 5,79 min) и други.
Бележки
- Майкъл Е. Визер, Норман Холдън, Тайлър Б. Коплен, Джон К. Бьолке, Майкъл Берглунд, Уили А. Бранд, Пол Де Биевр, Манфред Грьонинг, Робърт Д. Лос, Юрис Мейя, Такафуми Хирата, Томас Прохаска, Рони Шьонберг, Гленда О'Конър, Томас Валчик, Шиге Йонеда, Сян-Кун Джу.Атомни тегла на елементите 2011 (IUPAC технически доклад) (английски) // Чиста и приложна химия. - 2013. - Кн. 85, бр. 5 . - С. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
- Редакционен състав: Зефиров Н. С. (главен редактор).Химическа енциклопедия: в 5 т. - Москва: Съветска енциклопедия, 1995. - Т. 4. - С. 590-592. - 639 стр. - 20 000 екземпляра. - ISBN 5-85270-039-8.
- титан- статия от Физическата енциклопедия
- J.P. Райли и Скироу Г. Химическа океанография V. 1, 1965
- Депозит титан.
- Депозит титан.
- Илменит, рутил, титаномагнетит - 2006 г.
- титан (неопределено) . Информационно-аналитичен център "Минерал". Извлечено на 19 ноември 2010 г. Архивирано от оригинала на 21 август 2011 г.
- Корпорация ВСМПО-АВИСМА
- Koncz, St; Санто, Св.; Waldhauser, H., Der Sauerstoffgehalt von Titan-jodidstäben, Naturwiss. 42 (1955) стр.368-369
- Титан - метал на бъдещето (Руски).
- Титан - статия от Химическата енциклопедия
- Влияние вода върху процеса пасивация титан - 26 февруари 2015 - Химия и химическа технология в живота (неопределено) . www.chemfive.ru Изтеглено на 21 октомври 2015 г.
- Изкуство леене през XX век
- На световния пазар титан за последните два месеца цените стабилизирани (преглед)
Връзки
- Титан в Популярната библиотека на химическите елементи
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
