eseuri. Rezumate. Rapoarte
Eşti aici: » »

Care este cea mai mare stare de oxidare a titanului. Titanul este un metal. Proprietățile titanului. Aplicarea titanului. Clasele și compoziția chimică a titanului. Sub formă de conexiuni

DEFINIŢIE

Titan situat în a patra perioadă a grupei IV a subgrupei secundare (B) a Tabelului periodic. Denumirea – Ti. In forma substanță simplă Titanul este un metal alb-argintiu.

Se referă la metale ușoare. Refractar. Densitate - 4,50 g/cm3. Punctele de topire și de fierbere sunt 1668 o C și, respectiv, 3330 o C.

Titanul este rezistent la coroziune în aer la temperaturi obișnuite, ceea ce se explică prin prezența unei pelicule protectoare de compoziție TiO2 pe suprafața sa. Stabil din punct de vedere chimic în multe medii agresive (soluții de sulfați, cloruri, apă de mare etc.).

Starea de oxidare a titanului în compuși

Titanul poate exista sub forma unei substanțe simple - un metal, iar starea de oxidare a metalelor în stare elementară este egală cu zero, deoarece distribuția densității electronilor în ele este uniformă.

În compușii săi, titanul este capabil să prezinte stări de oxidare (+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) și (+4) (Ti +4 F4, Ti +4 H4, Ti +4 CI4, Ti +4 Br4).

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercita Azotul prezintă valenţa III şi starea de oxidare (-3) în compusul: a) N2H4; b) NH3; c) NH4CI; d) N2O5
Soluţie Pentru a da răspunsul corect la întrebarea pusă, vom determina alternativ valența și starea de oxidare a azotului în compușii propuși.

a) valența hidrogenului este întotdeauna egală cu I. Numărul total de unități de valență a hidrogenului este egal cu 4 (1 × 4 = 4). Să împărțim valoarea obținută la numărul de atomi de azot din moleculă: 4/2 = 2, prin urmare, valența azotului este II. Această opțiune de răspuns este incorectă.

b) valența hidrogenului este întotdeauna egală cu I. Numărul total de unități de valență a hidrogenului este egal cu 3 (1 × 3 = 3). Să împărțim valoarea obținută la numărul de atomi de azot din moleculă: 3/1 = 2, prin urmare, valența azotului este III. Gradul de oxidare a azotului din amoniac este (-3):

Acesta este răspunsul corect.
Răspuns Opțiunea (b).

EXEMPLUL 2

Exercita Același grad oxidarea clorului are loc în fiecare dintre cei doi compuși:

a) FeCl3 şi CI205;

b) KCl03 şi CI205;

c) NaCI şi HClO;

d) KClO2 și CaCl2.
Soluţie Pentru a da răspunsul corect la întrebarea pusă, vom determina alternativ starea de oxidare a clorului în fiecare pereche de compuși propuși.

a) Starea de oxidare a fierului este (+3), iar cea a oxigenului este (-2). Să luăm valoarea stării de oxidare a clorului ca „x” și „y” în clorura de fier (III) și respectiv oxidul de clor:

y ×2 + (-2) × 5 = 0;

Răspunsul este incorect.

b) Stările de oxidare ale potasiului și ale oxigenului sunt (+1) și respectiv (-2). Să luăm valoarea stării de oxidare a clorului ca „x” și „y” în compușii propuși:

1 + x + (-2)×3 = 0;

y ×2 + (-2) × 5 = 0;

Răspunsul este corect.
Răspuns Opțiunea (b).

Zirconiul și hafniul formează compuși în starea de oxidare +4, de asemenea, titanul este capabil să formeze compuși în starea de oxidare +3.

Compuși cu stare de oxidare +3. Compușii de titan (III) sunt obținuți prin reducerea compușilor de titan (IV). De exemplu:

1200 ºС 650 ºС

2TiO2 + H2¾® Ti2O3 + H2O; 2TiCl4 + H2¾® 2TiCl3 + 2HCI

Compușii de titan (III) au culoarea violet. Oxidul de titan este practic insolubil în apă și prezintă proprietăți de bază. Săruri de oxid, clorură, Ti 3+ - agenți reducători puternici:

4Ti +3 Cl 3 + O 2 + 2H 2 O = 4Ti +4 OCl 2 + 4HCl

Pentru compușii de titan (III), sunt posibile reacții de disproporționare:

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

Odată cu încălzirea suplimentară, clorura de titan (II) de asemenea disproporționează:

2Ti +2 Cl 2 (t) = Ti 0 (t) + Ti +4 Cl 4 (g)

Compuși cu stare de oxidare +4. Oxizii de titan (IV), zirconiu (IV) și hafniu (IV) sunt substanțe refractare, mai degrabă inerte din punct de vedere chimic. Ei prezintă proprietățile oxizilor amfoteri: reacţionează lent cu acizii în timpul fierberii prelungite și interacționează cu alcalii în timpul fuziunii:

Ti02 + 2H2S04 = Ti(S04)2 + 2H20;

TiO2 + 2NaOH = Na2TiO3 + H2O

Oxidul de titan TiO 2 este utilizat pe scară largă ca umplutură în producția de vopsele, cauciuc și materiale plastice. Oxidul de zirconiu ZrO 2 este utilizat pentru fabricarea creuzetelor și plăcilor refractare.

Hidroxizi titanul(IV), zirconiul(IV) și hafniul(IV) sunt compuși amorfi cu compoziție variabilă - EO 2 ×nH 2 O. Substanțele proaspăt obținute sunt destul de reactive și se dizolvă în acizi, hidroxidul de titan este solubil și în alcalii. Sedimentele îmbătrânite sunt extrem de inerte.

Halogenuri(cloruri, bromuri și ioduri) Ti(IV), Zr(IV) și Hf(IV) au o structură moleculară, sunt volatile și reactive și sunt ușor hidrolizate. Când sunt încălzite, iodurile se descompun pentru a forma metale, care sunt utilizate în producția de metale de înaltă puritate. De exemplu:

TiI 4 = Ti + 2I 2

Fluorurile de titan, zirconiu și hafniu sunt polimerice și slab reactive.

Săruri elementele subgrupului de titan în starea de oxidare +4 sunt puține la număr și instabile hidrolitic. De obicei, atunci când oxizii sau hidroxizii reacţionează cu acizii, nu se formează săruri intermediare, ci derivaţi oxo sau hidroxo. De exemplu:

Ti02 + 2H2S04 = TiOS04 + H20; Ti(OH)4 + 2HCI = TiOCl2 + H20

Au fost descrise un număr mare de complexe anionice de titan, zirconiu și hafniu. Cei mai stabili în soluții și ușor formați sunt compușii cu fluor:

EO2 + 6HF = H2[EF6] + 2H20; EF 4 + 2KF = K 2 [EF 6 ]

Titanul și analogii săi sunt caracterizați prin compuși de coordonare în care rolul ligandului este jucat de anionul peroxid:

E(SO4)2 + H2O2 = H2 [E(O2)(SO4)2]

În acest caz, soluțiile de compuși de titan (IV) capătă o culoare galben-portocalie, ceea ce face posibilă detectarea analitică a cationilor de titan (IV) și a peroxidului de hidrogen.

Hidrururile (EN 2), carburile (ES), nitrururile (EN), siliciurile (ESi 2) și borurile (EV, EV 2) sunt compuși de compoziție variabilă, asemănătoare metalelor. Compușii binari au proprietăți valoroase, ceea ce le permite să fie utilizați în tehnologie. De exemplu, un aliaj de 20% HfC și 80% TiC este unul dintre cele mai refractare, p.t. 4400 ºС.

Etern, misterios, cosmic - toate acestea și multe alte epitete sunt atribuite titanului din diverse surse. Istoria descoperirii acestui metal nu a fost banală: mai mulți oameni de știință au lucrat simultan la izolarea elementului în forma sa pură. Procesul de studiere a proprietăților fizice, chimice și de determinare a domeniilor de aplicare a acestuia astăzi. Titanul este metalul viitorului, locul său în viața umană nu a fost încă determinat, ceea ce oferă cercetătorilor moderni spatiu imens pentru creativitate și cercetare științifică.

Caracteristică

Elementul chimic este desemnat în tabelul periodic al lui D.I Mendeleev prin simbolul Ti. Este situat într-un subgrup secundar al grupului IV al perioadei a patra și are un număr de serie 22. Titanul este un metal alb-argintiu, ușor și durabil. Configuratie electronica atomul are următoarea structură: +22)2)8)10)2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. În consecință, titanul are mai multe stări de oxidare posibile: 2, 3, 4 în cei mai stabili compuși este tetravalent.

Titan - aliaj sau metal?

Această întrebare îi interesează pe mulți. În 1910, chimistul american Hunter a obținut pentru prima dată titan pur. Metalul conținea doar 1% impurități, dar cantitatea sa s-a dovedit a fi neglijabilă și nu a făcut posibilă studierea în continuare a proprietăților sale. Plasticitatea substanței rezultate a fost realizată numai sub influența temperaturilor ridicate în condiții normale (temperatura camerei), proba a fost prea fragilă; De fapt, oamenii de știință nu au fost interesați de acest element, deoarece perspectivele pentru utilizarea lui păreau prea incerte. Dificultatea în obținerea și cercetarea a redus și mai mult potențialul său de utilizare. Abia în 1925, chimiștii din Țările de Jos I. de Boer și A. Van Arkel au obținut titan metal, ale cărui proprietăți au atras atenția inginerilor și designerilor din întreaga lume. Istoria studiului acestui element începe în 1790, în acest moment, în paralel, independent unul de celălalt, doi oameni de știință au descoperit titanul ca element chimic. Fiecare dintre ele primește un compus (oxid) al substanței, incapabil să izoleze metalul în forma sa pură. Descoperitorul titanului este considerat a fi călugărul mineralog englez William Gregor. Pe teritoriul parohiei sale, situată în partea de sud-vest a Angliei, tânărul om de știință a început să studieze nisipul negru al Văii Menacan. Rezultatul a fost eliberarea de boabe strălucitoare, care erau un compus de titan. În același timp, în Germania, chimistul Martin Heinrich Klaproth a izolat o nouă substanță din mineralul rutil. În 1797, el a mai dovedit că elementele deschise în paralel sunt asemănătoare. Dioxidul de titan a fost un mister pentru mulți chimiști de mai bine de un secol, chiar și Berzelius nu a putut obține metal pur. Cele mai noi tehnologii Secolul XX a accelerat semnificativ procesul de studiu a elementului menționat și a determinat directii initiale utilizarea acestuia. În același timp, domeniul de aplicare este în continuă extindere. Domeniul său de aplicare poate fi limitat doar de complexitatea procesului de obținere a unei substanțe precum titanul pur. Prețul aliajelor și metalului este destul de mare, așa că astăzi nu poate înlocui fierul și aluminiul tradițional.

Originea numelui

Menakin a fost primul nume pentru titan, care a fost folosit până în 1795. Este exact ceea ce W. Gregor a numit noul element, pe baza apartenenței sale teritoriale. Martin Klaproth a atribuit elementului numele „titan” în 1797. În acest moment, colegii săi francezi, în frunte cu chimistul destul de autoritar A.L. Lavoisier, au propus să redenumească substanțe deschiseîn conformitate cu proprietăţile lor de bază. Omul de știință german nu a fost de acord cu această abordare, a crezut în mod rezonabil că în stadiul de descoperire este destul de dificil să se determine toate caracteristicile inerente unei substanțe și să le reflecte în nume. Cu toate acestea, trebuie recunoscut că termenul ales intuitiv de Klaproth corespunde pe deplin metalului - acest lucru a fost subliniat în mod repetat de oamenii de știință moderni. Există două teorii principale despre originea numelui de titan. Metalul ar fi putut fi desemnat astfel în onoarea reginei elfilor Titania (un personaj din mitologia germană). Acest nume simbolizează atât ușurința, cât și puterea substanței. Majoritatea oamenilor de știință sunt înclinați să folosească versiunea mitologiei grecești antice, în care puternicii fii ai zeiței pământului Gaia erau numiți titani. Această versiune este susținută și de numele elementului descoperit anterior - uraniu.

Fiind în natură

Dintre metalele care sunt valoroase din punct de vedere tehnic pentru oameni, titanul ocupă locul patru în ceea ce privește abundența în scoarța terestră. Doar fierul, magneziul și aluminiul au un procent mare în natură. Cel mai mare conținut de titan a fost observat în învelișul de bazalt, puțin mai puțin în stratul de granit. ÎN apa de mare conținutul acestei substanțe este scăzut - aproximativ 0,001 mg/l. Elementul chimic titan este destul de activ, așa că este imposibil să-l găsești în forma sa pură. Cel mai adesea este prezent în compuși cu oxigen și are o valență de patru. Numărul de minerale care conțin titan variază de la 63 la 75 (în diverse surse), în timp ce scena modernă Oamenii de știință continuă să descopere noi forme ale compușilor săi. Pentru utilizare practică cea mai mare valoare au urmatoarele minerale:

  1. Ilmenit (FeTiO3).
  2. Rutil (TiO2).
  3. Titanit (CaTiSiO 5).
  4. Perovskit (CaTiO3).
  5. Titanomagnetita (FeTiO 3 + Fe 3 O 4), etc.

Toate minereurile existente care conțin titan sunt împărțite în minereuri de placer și minereuri de bază. Acest element este un migrant slab; poate călători doar sub formă de pietre sparte sau de mișcarea rocilor de fund mâloasă. În biosferă cel mai mare număr Titanul se găsește în alge. La reprezentanții faunei terestre, elementul se acumulează în țesuturile cornoase și păr. Pentru corpul uman Prezența titanului în splină, glandele suprarenale, placentă și glanda tiroidă este tipică.

Proprietăți fizice

Titanul este un metal neferos cu o culoare alb-argintie, care seamănă cu oțelul. La o temperatură de 0 0 C densitatea sa este de 4,517 g/cm 3 . Substanța are o greutate specifică scăzută, care este tipică pentru metalele alcaline (cadmiu, sodiu, litiu, cesiu). Din punct de vedere al densității, titanul ocupă o poziție intermediară între fier și aluminiu, în timp ce caracteristicile sale de performanță sunt mai mari decât cele ale ambelor elemente. Principalele proprietăți ale metalelor care sunt luate în considerare la determinarea domeniului de aplicare a acestora sunt duritatea. Titanul este de 12 ori mai puternic decât aluminiul, de 4 ori mai puternic decât fierul și cuprul, dar este mult mai ușor. Plasticitatea și limita de curgere îi permit să fie prelucrat la temperaturi scăzute și înalte, așa cum este cazul altor metale, adică prin metode de nituire, forjare, sudare și laminare. O caracteristică distinctivă a titanului este conductivitatea sa termică și electrică scăzută, în timp ce aceste proprietăți sunt păstrate la temperaturi ridicate, până la 500 0 C. Într-un câmp magnetic, titanul este un element paramagnetic nu este atras ca fierul și nu este împins afară; ca cuprul. Performanța anti-coroziune foarte ridicată în medii agresive și sub solicitări mecanice este unică. Mai bine de 10 ani de stat în apa mării nu s-au schimbat aspectși compoziția plăcii de titan. În acest caz, fierul ar fi complet distrus de coroziune.

Proprietățile termodinamice ale titanului

  1. Densitatea (în condiții normale) este de 4,54 g/cm3.
  2. Numărul atomic - 22.
  3. Grup de metale - refractare, ușoare.
  4. Masa atomică a titanului este de 47,0.
  5. Punct de fierbere (0 C) - 3260.
  6. Volumul molar cm 3 /mol - 10,6.
  7. Punctul de topire al titanului (0 C) este 1668.
  8. Căldura specifică de evaporare (kJ/mol) - 422,6.
  9. Rezistenta electrica (la 20 0 C) Ohm*cm*10 -6 - 45.

Proprietăți chimice

Rezistența crescută la coroziune a elementului se explică prin formarea unui mic film de oxid pe suprafață. Previne (în condiții normale) gazele (oxigen, hidrogen) găsite în atmosfera înconjurătoare a unui element precum titanul metal. Proprietățile sale se modifică sub influența temperaturii. Când crește la 600 0 C, are loc o reacție cu oxigenul, având ca rezultat formarea oxidului de titan (TiO 2). În cazul absorbției gazelor atmosferice se formează compuși fragili care nu au aplicație practică, motiv pentru care sudarea și topirea titanului se realizează în condiții de vid. O reacție reversibilă este procesul de dizolvare a hidrogenului în metal care are loc mai activ cu creșterea temperaturii (de la 400 0 C și mai sus). Titanul, în special particulele sale mici (placă subțire sau sârmă), arde într-o atmosferă de azot. Reacția chimică este posibilă numai la o temperatură de 700 0 C, rezultând formarea nitrurii de TiN. Formează aliaje foarte dure cu multe metale și este adesea un element de aliere. Reacționează cu halogenii (crom, brom, iod) numai în prezența unui catalizator (temperatura ridicată) și supus interacțiunii cu o substanță uscată. În acest caz, se formează aliaje foarte dure, refractare. Titanul nu este activ chimic cu soluțiile majorității alcaline și acizilor, cu excepția acidului sulfuric concentrat (cu fierbere prelungită), acidului fluorhidric și acizilor organici fierbinți (acid formic, acid oxalic).

Depozite

Minereurile ilmenite sunt cele mai comune în natură - rezervele lor sunt estimate la 800 de milioane de tone. Depozitele de zăcăminte de rutil sunt mult mai modeste, dar volumul total – menținând în același timp creșterea producției – ar trebui să ofere omenirii un metal precum titanul pentru următorii 120 de ani. Prețul produsului finit va depinde de cerere și de o creștere a nivelului de fabricabilitate a producției, dar variază în medie în intervalul de la 1200 la 1800 de ruble/kg. În condiții de îmbunătățire tehnică constantă, costul tuturor proceselor de producție este redus semnificativ odată cu modernizarea lor în timp util. China și Rusia au cele mai mari rezerve Japonia, Africa de Sud, Australia, Kazahstan, India, Coreea de Sud, Ucraina și Ceylon au, de asemenea, baze de resurse minerale. Zăcămintele diferă în volume de producție și procentul de titan din minereu sunt în curs de desfășurare, ceea ce face posibilă presupunerea unei scăderi a valorii de piață a metalului și a utilizării pe scară largă a acestuia. Rusia este de departe cel mai mare producător de titan.

chitanta

Pentru a produce titan, cel mai des este folosit dioxid de titan, care conține o cantitate minimă de impurități. Se obține prin îmbogățirea concentratelor de ilmenit sau a minereurilor rutilice. Într-un cuptor cu arc electric, minereul este tratat termic, care este însoțit de separarea fierului și formarea de zgură care conține oxid de titan. Metoda acidului sulfuric sau a clorurii este utilizată pentru a trata fracția fără fier. Oxidul de titan este o pulbere gri (vezi fotografia). Titanul metalic este obținut prin prelucrarea sa pas cu pas.

Prima fază este procesul de sinterizare a zgurii cu cocs și expunerea la vapori de clor. TiCl4 rezultat este redus cu magneziu sau sodiu atunci când este expus la o temperatură de 850 0 C. Burete de titan (masă topită poroasă) obţinută ca rezultat reacție chimică, rafinat sau topit în lingouri. În funcție de direcția ulterioară de utilizare, se formează un aliaj sau un metal pur (impuritățile sunt îndepărtate prin încălzire la 1000 0 C). Pentru a produce o substanță cu o fracție de impurități de 0,01%, se utilizează metoda iodurii. Se bazează pe procesul de evaporare a vaporilor săi dintr-un burete de titan pretratat cu halogen.

Domenii de aplicare

Punctul de topire al titanului este destul de ridicat, ceea ce, având în vedere ușurința metalului, este un avantaj neprețuit al folosirii acestuia ca material structural. Prin urmare, se găsește cea mai mare utilizare în construcțiile navale, industria aviației, producția de rachete și producția chimică. Titanul este adesea folosit ca aditiv de aliaj în diferite aliaje care au caracteristici crescute de duritate și rezistență la căldură. Proprietățile anticorozive ridicate și capacitatea de a rezista la cele mai agresive medii fac acest metal indispensabil pentru industria chimică. Țevile, recipientele, supapele de închidere, filtrele utilizate la distilarea și transportul acizilor și a altor substanțe chimice sunt fabricate din titan (aliajele sale). substanțe active. Este solicitat atunci când se creează dispozitive care funcționează la temperaturi ridicate. Compușii de titan sunt utilizați pentru a face instrumente de tăiere durabile, vopsele, materiale plastice și hârtie, instrumente chirurgicale, implanturi, bijuterii, materiale de finisare și sunt utilizați în industria alimentară. Toate direcțiile sunt greu de descris. Medicina modernă folosește adesea metalul de titan datorită siguranței biologice complete. Prețul este singurul factor care afectează până acum amploarea de aplicare a acestui element. Este corect să spunem că titanul este materialul viitorului, studiind la ce se va trece omenirea noua etapă dezvoltare.

Descoperirea TiO 2 a fost făcută aproape simultan și independent unul de celălalt de către englezul W. Gregor și chimistul german M. G. Klaproth. W. Gregor, studiind compoziția nisipului feruginos magnetic (Creed, Cornwall, Anglia, 1789), a izolat un nou „pământ” (oxid) dintr-un metal necunoscut, pe care l-a numit menaken. În 1795, chimistul german Klaproth a descoperit un nou element în mineralul rutil și l-a numit titan, mai târziu a stabilit că rutilul și pământul menaken sunt oxizi ai aceluiași element. Prima mostră de titan metal a fost obținută în 1825 de J. Ya Berzelius. O probă pură de Ti a fost obținută de olandezii A. van Arkel și I. de Boer în 1925 prin descompunerea termică a vaporilor de iodură de titan TiI 4

Proprietăți fizice:

Titanul este un metal alb-argintiu ușor. Plastic, sudabil în atmosferă inertă.
Are o vâscozitate ridicată și, în timpul prelucrării, este predispus să se lipească de unealta de tăiere și, prin urmare, necesită aplicarea de acoperiri speciale pe unealtă și diferiți lubrifianți.

Proprietăți chimice:

La temperaturi obișnuite este acoperit cu o peliculă de pasivizare protectoare de oxid și este rezistent la coroziune, dar atunci când este zdrobit în pulbere arde în aer. Praful de titan poate exploda (punct de aprindere 400°C). Când este încălzit în aer la 1200°C, titanul arde cu formarea de faze de oxid cu compoziție variabilă TiOx.
Titanul este rezistent la soluțiile diluate ale multor acizi și alcalii (cu excepția HF, H 3 PO 4 și H 2 SO 4 concentrat), totuși, reacţionează cu ușurință chiar și cu acizi slabi în prezența agenților de complexare, de exemplu, cu acid fluorhidric HF formează un anion complex 2-.
Când este încălzit, titanul interacționează cu halogenii. Cu azot peste 400°C, titanul formează nitrură TiN x (x=0,58-1,00). Când titanul interacționează cu carbonul, se formează carbură de titan TiC x (x=0,49-1,00).
Titanul absoarbe hidrogenul, formând compuși cu compoziție variabilă TiHx. Când sunt încălzite, aceste hidruri se descompun, eliberând H2.
Titanul formează aliaje cu multe metale.
În compuși, titanul prezintă stări de oxidare +2, +3 și +4. Cea mai stabilă stare de oxidare este +4.

Cele mai importante conexiuni:

Dioxid de titan, Ti02. Pulbere albă, galbenă la încălzire, densitate 3,9-4,25 g/cm3. Amfoter. În H2SO4 concentrat se dizolvă numai cu încălzire prelungită. Atunci când este fuzionat cu sodă de Na 2 CO 3 sau K 2 CO 3 potasiu, oxidul de TiO 2 formează titanați:
TiO2 + K2CO3 = K2TiO3 + CO2
Hidroxid de titan (IV)., TiO(OH)2 *xH2O, se precipită din soluţii de săruri de titan prin calcinarea cu grijă a acestuia, se obţine oxid de TiO2; Hidroxidul de titan (IV) este amfoter.
tetraclorura de titan, TiCl 4 , în condiții normale, este un lichid gălbui care emană puternic fum în aer, ceea ce se explică prin hidroliza puternică a TiCl 4 de către vaporii de apă și formarea de picături minuscule de HCI și o suspensie de hidroxid de titan. Apa clocotită se hidrolizează în acid titanic (??). Clorura de titan(IV) se caracterizează prin formarea de produși de adiție, de exemplu TiCl4*6NH3, TiCl4*8NH3, TiCl4*PCl3 etc. Când clorura de titan (IV) este dizolvată în HCI, se formează acid complex H2, care este necunoscut în stare liberă; sărurile sale Me 2 cristalizează bine și sunt stabile în aer.
Prin reducerea TiCl 4 cu hidrogen, aluminiu, siliciu și alți agenți reducători puternici, se obțin triclorura și diclorura de titan TiCl 3 și TiCl 2 - solide cu puternice proprietăți de restaurare.
Nitrură de titan- reprezinta faza interstitiala cu o regiune larga de omogenitate, cristale cu reteaua centrata pe fata cubica. Preparare - nitrurare de titan la 1200 °C sau alte metode. Este folosit ca material rezistent la căldură pentru a crea acoperiri rezistente la uzură.

Aplicație:

Sub formă de aliaje. Metalul este utilizat în industria chimică (reactoare, conducte, pompe), aliaje ușoare și osteoproteze. Este cel mai important material structural în avioane, rachete și construcții navale.
Titanul este un aditiv de aliaj în unele clase de oțel.
Nitinolul (nichel-titan) este un aliaj cu memorie de formă, folosit în medicină și tehnologie.
Aluminurile de titan sunt foarte rezistente la oxidare și rezistente la căldură, ceea ce a determinat, la rândul său, utilizarea lor în producția de aviație și de automobile ca materiale structurale.
Sub formă de conexiuni Dioxidul de titan alb este utilizat în vopsele (de exemplu, alb de titan), precum și în producția de hârtie și materiale plastice. Aditiv alimentar E171.
Compușii organo-titan (de exemplu, tetrabutoxititan) sunt utilizați ca catalizator și întăritor în industria chimică și a vopselelor și a lacurilor.
Compușii anorganici de titan sunt utilizați în industria electronică chimică și în industria fibrei de sticlă ca aditivi.

Matigorov A.V.
Universitatea de Stat HF ​​Tyumen

1941 Punct de fierbere 3560 Ud.  căldură de fuziune 18,8 kJ/mol Ud.  căldură de vaporizare 422,6 kJ/mol Capacitate de căldură molară 25,1 J/(K mol) Volumul molar 10,6 cm³/mol Rețea cristalină dintr-o substanță simplă
Structura de zăbrele hexagonal compact (α-Ti) Parametrii rețelei a=2,951 s=4,697 (α-Ti)/Atitudine 1,587 c 380 o Debye temperatura Alte caracteristici Conductivitate termică 7440-32-6

(300 K) 21,9 W/(m K)

Și așa reacționează pulberea fină de titan cu oxigenul atmosferic. Datorită unei astfel de arderi colorate, titanul și-a găsit aplicație în pirotehnică.

Pa! Poveste Descoperirea TiO 2 a fost făcută aproape simultan și independent de un englez

W. Gregor?! și chimistul german M. G. Klaproth. W. Gregor, studiind compoziția nisipului feruginos magnetic (Creed, Cornwall, Anglia), a izolat un nou „pământ” (oxid) dintr-un metal necunoscut, pe care l-a numit menaken. În 1795, chimistul german Klaproth a descoperit un nou element în mineralul rutil și l-a numit titan. Doi ani mai târziu, Klaproth a stabilit că pământul rutil și menaken sunt oxizi ai aceluiași element, ceea ce a dat naștere denumirii „titan” propusă de Klaproth. Zece ani mai târziu, titanul a fost descoperit pentru a treia oară. Omul de știință francez L. Vauquelin a descoperit titanul în anatază și a demonstrat că rutilul și anataza sunt oxizi de titan identici. Prima mostră de titan metalic a fost obținută în 1825 de J. Ya. Datorită ridicat

activitate chimică

titanul și dificultatea purificării sale, o probă pură de Ti a fost obținută de olandezii A. van Arkel și I. de Boer în 1925 prin descompunerea termică a vaporilor de iodură de titan TiI 4 .

Originea numelui

Titanul se află pe locul 10 în ceea ce privește prevalența în natură. Conținutul în scoarța terestră este de 0,57% din masă, în apa de mare - 0,001 mg/l. În roci ultramafice 300 g/t, în roci bazice - 9 kg/t, în roci acide 2,3 kg/t, în argile și șisturi 4,5 kg/t. În scoarța terestră, titanul este aproape întotdeauna tetravalent și este prezent doar în compușii de oxigen. Nu se găsește în formă liberă. În condiții de intemperii și precipitații, titanul are afinitate geochimică cu Al2O3. Este concentrat în bauxite ale crustei de intemperii și în sedimentele argiloase marine. Titanul este transportat sub formă de fragmente mecanice de minerale și sub formă de coloizi. Până la 30% TiO2 în greutate se acumulează în unele argile. Mineralele de titan sunt rezistente la intemperii și formează concentrații mari în placeri. Sunt cunoscute peste 100 de minerale care conțin titan. Cele mai importante dintre ele sunt: ​​rutil TiO 2 , ilmenit FeTiO 3 , titanomagnetit FeTiO 3 + Fe 3 O 4, perovskit CaTiO 3, titanit CaTiSiO 5. Există minereuri primare de titan - ilmenit-titanomagnetit și minereuri aluvionare - rutil-ilmenit-zircon.

Depozite

Zăcămintele de titan sunt situate în Africa de Sud, Rusia, Ucraina, China, Japonia, Australia, India, Ceylon, Brazilia, Coreea de Sud și Kazahstan. În țările CSI, primele locuri în rezervele explorate de minereuri de titan sunt ocupate de Federația Rusă (58,5%) și Ucraina (40,2%). Cel mai mare depozit din Rusia este Yaregskoye.

Rezerve și producție

Din 2002, 90% din titanul extras a fost folosit pentru a produce dioxid de titan TiO2. Producția mondială de dioxid de titan a fost de 4,5 milioane de tone pe an. Rezervele confirmate de dioxid de titan (excluzând Rusia) sunt de aproximativ 800 de milioane de tone În 2006, conform US Geological Survey, în ceea ce privește dioxidul de titan și excluzând Rusia, rezervele de minereuri de ilmenit se ridică la 603-673 de milioane de tone și minereuri de rutil. - 49, 7-52,7 milioane tone. Astfel, la ritmul actual de producție, rezervele dovedite de titan din lume (cu excepția Rusiei) vor dura mai mult de 150 de ani.

Rusia are a doua cea mai mare rezervă de titan din lume, după China. Baza de resurse minerale de titan din Rusia constă din 20 de zăcăminte (dintre care 11 sunt primare și 9 aluviale), distribuite destul de uniform în toată țara. Cel mai mare dintre depozitele explorate (Yaregskoye) este situat la 25 km de orașul Ukhta (Republica Komi). Rezervele zăcământului sunt estimate la 2 miliarde de tone de minereu cu un conținut mediu de dioxid de titan de aproximativ 10%.

Cel mai mare producător de titan din lume - firma ruseasca„VSMPO-AVISMA”.

Chitanță

De regulă, materialul de pornire pentru producția de titan și compușii săi este dioxidul de titan cu o cantitate relativ mică de impurități. În special, poate fi un concentrat de rutil obținut din îmbogățirea minereurilor de titan. Cu toate acestea, rezervele de rutil din lume sunt foarte limitate, iar așa-numita rutil sintetică sau zgura de titan, obținută din prelucrarea concentratelor de ilmenit, este mai des folosită. Pentru a obține zgura de titan, concentratul de ilmenit este redus într-un cuptor cu arc electric, în timp ce fierul este separat în faza metalică (fontă), iar oxizii și impuritățile de titan nereduși formează faza de zgură. Zgura bogată este prelucrată prin metoda clorurii sau acidului sulfuric.

Concentratul de minereu de titan este supus acidului sulfuric sau procesării pirometalurgice. Produsul tratamentului cu acid sulfuric este pulbere de dioxid de titan TiO2. Prin metoda pirometalurgică, minereul este sinterizat cu cocs și tratat cu clor, producând vapori de tetraclorură de titan 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)))

Vaporii de TiCl4 rezultați se reduc cu magneziu la 850 °C:

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)))

În plus, așa-numitul proces FFC Cambridge, numit după dezvoltatorii săi Derek Fray, Tom Farthing și George Chen, și Universitatea din Cambridge, unde a fost creat, începe acum să câștige popularitate. Acest proces electrochimic permite reducerea directă și continuă a titanului din oxidul său într-un amestec topit de clorură de calciu și var nestins. Acest proces folosește o baie electrolitică umplută cu un amestec de clorură de calciu și var, cu un anod de sacrificiu (sau neutru) din grafit și un catod dintr-un oxid reductibil. Când curentul trece prin baie, temperatura ajunge rapid la ~1000-1100°C, iar topitura de oxid de calciu se descompune la anod în oxigen și calciu metalic:

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

Oxigenul rezultat oxidează anodul (în cazul utilizării grafitului), iar calciul migrează în topitură către catod, unde reduce titanul din oxid:

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)))

Oxidul de calciu rezultat se disociază din nou în oxigen și calciu metalic, iar procesul se repetă până când catodul este complet transformat într-un burete de titan sau oxidul de calciu este epuizat. În acest proces, clorura de calciu este utilizată ca electrolit pentru a conferi conductivitate electrică topiturii și mobilității ionilor activi de calciu și oxigen. Când se folosește un anod inert (de exemplu, oxid de staniu), în loc de dioxid de carbon, oxigenul molecular este eliberat la anod, ceea ce provoacă mai puțină poluare mediu, cu toate acestea, procesul în acest caz devine mai puțin stabil și, în plus, în anumite condiții, descompunerea clorurii mai degrabă decât a oxidului de calciu devine mai favorabilă din punct de vedere energetic, ceea ce duce la eliberarea de clor molecular.

„Buretele” de titan rezultat este topit și curățat. Titanul este rafinat folosind metoda iodurii sau electroliza, separând Ti de TiCl4. Pentru a obține lingouri de titan, se utilizează prelucrarea cu arc, fascicul de electroni sau plasmă.

Proprietăți fizice

Titanul este un metal alb-argintiu ușor. Există în două modificări cristaline: α-Ti cu o rețea compactă hexagonală (a=2,951 Å; c=4,679 Å; z=2; grup spațial C6mmc), β-Ti cu împachetare centrată pe corp cubic (a=3,269 Å; z=2; grup spațial Im3m), temperatura tranziției α↔β este de 883 °C, ΔH a tranziției este de 3,8 kJ/mol. Punct de topire 1660±20 °C, punctul de fierbere 3260 °C, densitatea α-Ti și β-Ti, respectiv, egală cu 4,505 (20 °C) și 4,32 (900 °C) g/cm³, densitate atomică 5,71⋅10 22 at /cm³ [ ] . Plastic, sudabil în atmosferă inertă. Rezistivitate 0,42 µOhm m la 20 °C

Are o vâscozitate ridicată, în timpul prelucrării este predispus să se lipească de unealta de tăiere și, prin urmare, necesită aplicarea de acoperiri speciale pe unealtă și diferiți lubrifianți.

La temperaturi obișnuite, este acoperit cu o peliculă de pasivizare protectoare de oxid de TiO 2, făcându-l rezistent la coroziune în majoritatea mediilor (cu excepția celor alcaline).

Praful de titan tinde să explodeze. Punct de aprindere - 400 °C. Pilitura de titan reprezintă un pericol de incendiu.

Titanul, împreună cu oțelul, tungstenul și platina, are o stabilitate ridicată în vid, ceea ce, împreună cu ușurința sa, îl face foarte promițător la proiectare. nave spațiale.

Proprietăți chimice

Titanul este rezistent la soluțiile diluate ale multor acizi și alcalii (cu excepția H 3 PO 4 și a H 2 SO 4 concentrat).

Reacționează ușor chiar și cu acizi slabi în prezența agenților de complexare, de exemplu, interacționează cu acidul fluorhidric datorită formării unui anion complex 2−. Titanul este cel mai susceptibil la coroziune în mediile organice, deoarece în prezența apei se formează o peliculă pasivă densă de oxizi și hidrură de titan pe suprafața unui produs de titan. Cea mai vizibilă creștere a rezistenței la coroziune a titanului este vizibilă atunci când conținutul de apă într-un mediu agresiv crește de la 0,5 la 8,0%, ceea ce este confirmat de studiile electrochimice ale potențialelor electrozilor titanului în soluții de acizi și alcalii în amestec apos-organic. mass-media.

Când este încălzit în aer la 1200 ° C, Ti se aprinde cu o flacără albă strălucitoare cu formarea de faze de oxid cu compoziție variabilă TiO x. Hidroxidul de TiO(OH)2xH2O este precipitat din soluții de săruri de titan, iar calcinarea atentă a cărora produce oxid de TiO2. Hidroxidul de TiO(OH)2 xH2O și dioxidul de TiO2 sunt amfoter.

Aplicație

În formă pură și sub formă de aliaje

  • Titanul sub formă de aliaje este cel mai important material structural în avioane, rachete și construcții navale.
  • Metalul este utilizat în: industria chimică (reactoare, conducte, pompe, fitinguri pentru conducte), industria militară (blindaje, blindaje și bariere antifoc în aviație, corpuri de submarin), procese industriale (instalații de desalinizare, procese de celuloză și hârtie), industria auto , industria agricola, industria alimentara, bijuterii piercing, industria medicala (proteze, osteoproteze), instrumente dentare si endodontice, implanturi dentare, articole sportive, bijuterii, telefoane mobile, aliaje usoare etc.
  • Turnarea titanului se realizează în cuptoare cu vid în matrițe de grafit. Se folosește și turnarea cu ceară pierdută în vid. Din cauza dificultăți tehnologice Este folosit într-o măsură limitată în turnarea artistică. Prima sculptură monumentală turnată realizată din titan în practica mondială este monumentul lui Iuri Gagarin de pe piața care îi poartă numele din Moscova.
  • Titanul este un aditiv de aliaj în multe oțeluri aliate și în majoritatea aliajelor speciale [ care?] .
  • Nitinolul (nichel-titan) este un aliaj cu memorie de formă utilizat în medicină și tehnologie.
  • Aluminurile de titan sunt foarte rezistente la oxidare și rezistente la căldură, ceea ce, la rândul său, a determinat utilizarea lor în producția de aviație și de automobile ca materiale structurale.
  • Titanul este unul dintre cele mai comune materiale getter utilizate în pompele de vid înalt.

Sub formă de conexiuni

  • Dioxidul de titan alb (TiO 2 ) este utilizat în vopsele (ex. alb de titan) și în producția de hârtie și materiale plastice. Aditiv alimentar E171.
  • Compușii organo-titan (de exemplu, tetrabutoxititan) sunt utilizați ca catalizator și întăritor în industria chimică și a vopselei.
  • Compușii anorganici de titan sunt utilizați în industria electronică chimică și în industria fibrei de sticlă ca aditivi sau acoperiri.
  • Carbura de titan, diborura de titan, carbonitrura de titan sunt componente importante ale materialelor superdure pentru prelucrarea metalelor.
  • Nitrura de titan este folosită pentru a acoperi instrumentele, cupolele bisericii și în producția de bijuterii, deoarece are o culoare asemănătoare cu aurul.
  • Titanatul de bariu BaTiO3, titanatul de plumb PbTiO3 și o serie de alți titanați sunt feroelectrici.

Există multe aliaje de titan cu diferite metale. Elementele de aliere sunt împărțite în trei grupe, în funcție de efectul lor asupra temperaturii transformării polimorfe: stabilizatori beta, stabilizatori alfa și întăritori neutri. Primele scad temperatura de transformare, a doua o maresc, a treia nu o afecteaza, dar duc la intarirea solutiei a matricei. Exemple de stabilizatori alfa: aluminiu, oxigen, carbon, azot. Stabilizatori beta: molibden, vanadiu, fier, crom, nichel. Întăritori neutri: zirconiu, staniu, siliciu. Stabilizatorii beta, la rândul lor, sunt împărțiți în beta izomorfi și beta formatori de eutectoizi.

Cel mai comun aliaj de titan este aliajul Ti-6Al-4V (in clasificare rusă- VT6).

Analiza pietelor de consum

Puritatea și gradul de titan brut (burete de titan) este de obicei determinată de duritatea acestuia, care depinde de conținutul de impurități. Cele mai comune mărci sunt TG100 și TG110 [ ] .

Acțiune fiziologică

După cum am menționat mai sus, titanul este folosit și în stomatologie. Trăsătură distinctivă Utilizarea titanului nu constă numai în rezistență, ci și în capacitatea metalului însuși de a fuziona cu osul, ceea ce face posibilă asigurarea naturii cvasi-monolitice a bazei dintelui.

Izotopi

Titanul natural constă dintr-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%).

Sunt cunoscuți izotopi radioactivi artificiali 45 Ti (T ½ = 3,09 h), 51 Ti (T ½ = 5,79 min) și alții.

Note

  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. Greutăți atomice ele elementelor 2011 (Raport tehnic IUPAC) (engleză) // Chimie și aplicată pură. - 2013. - Vol. 85, nr. 5. - P. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. Echipa de redacție: Zefirov N. S. (editor șef). Enciclopedie chimică: 5 volume - Moscova: Enciclopedia sovietică, 1995. - T. 4. - P. 590-592. - 639 p. - 20.000 de exemplare.
  3. Titan- ISBN 5-85270-039-8.
  4. - articol din Enciclopedia fizică
  5. J.P. Riley și Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  6. J.P. Riley și Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  7. Depozit de titan.
  8. Titan Ilmenit, rutil, titanomagnetit - 2006 (nedefinit)
  9. . Centrul de informare și analiză „Mineral”. Consultat la 19 noiembrie 2010. Arhivat la 21 august 2011.
  10. Corporația VSMPO-AVISMA
  11. Koncz, St. Szanto, St.; Waldhauser, H., Der Sauerstoffgehalt von Titan-jodidstäben, Naturwiss. 42 (1955) p. 368-369 Titanul este metalul viitorului.
  12. (rusă)
  13. Titan - articol din Enciclopedia chimică Ilmenit, rutil, titanomagnetit - 2006 Influența apei asupra procesului de pasivizare a titanului - 26 februarie 2015 - Chimie și tehnologie chimică în viață
  14. . www.chemfive.ru. Preluat la 21 octombrie 2015.
  15. Arta turnării în secolul XX

Pe piața mondială a titanului, prețurile s-au stabilizat în ultimele două luni (recenzie)

  • Legături
Titanul în Biblioteca Populară a Elementelor Chimice H
El Li Fi B C N O F
Ne N / A Mg Al Si P


S Goncharov I.A.
Titlu: