Titan - metal. proprietăți de titan. Utilizarea de titan. Note și compoziția chimică a titanului

Etern, misterios, spațiu, materialul viitorului - toate acestea și multe alte epitete atribuite diferitelor surse de titan. Istoria descoperirii acestui metal nu a fost banal: în același timp, peste elementul de eliberare în formă pură a lucrat mai mulți oameni de știință. Procesul de a studia proprietățile fizice și chimice și definirea aplicării sale nu este terminat astăzi. Titan - metalul viitorului și locul ei în viața umană nu a fost încă pe deplin definit, oferind cercetătorilor moderni un domeniu de aplicare foarte mare pentru creativitate și de cercetare științifică.

trăsătură

element chimic titan (titan) este desemnat în simbolul Tabelul Periodic al D. I. Mendeleeva Ti. Situat în grupa IV subgrupă parte a patra perioadă, și are un număr de serie 22. O substanță simplă de titan - alb metalic si argintiu, ușor și durabil. Configurația electronică a atomului are următoarea structură: +22) 2) 8) 10) 2 , 1S 2S ^{2 2} 3S ^{2 6} 2P 3P 3d ^{6 2 2} 4S. În consecință, titan are mai multe posibile stări de oxidare 2, 3, 4, în compușii cei mai stabili, acesta este tetravalent.

Titan - aliaj sau metal?

Această întrebare este de interes pentru mulți. In 1910, chimistul american Hunter a fost primul titan pur. Metalul conținea doar 1% impurități, dar cantitatea este neglijabilă și nu s-au dovedit a da posibilitatea de a analiza ulterioara a proprietatilor sale. Ductilitatea acestui material a fost atins tolkopod temperaturi ridicate, în condiții normale (temperatura camerei), proba era prea fragil. De fapt, acest articol nu este oamenii de știință interesați, din cauza perspectivelor sale de utilizare părea prea nesigură. Complexitatea obținerii și investigarea în continuare a redus potențialul aplicării sale. Numai în 1925, chimiști din Olanda J. de Boer și A. van Arkel a primit de metal de titan, ale căror proprietăți au atras atenția inginerilor și designerilor din întreaga lume. Istoria studiului acestui element incepe cu 1790, a fost în acest moment, în paralel, independent unul față de celălalt, doi oameni de știință descoperi titan ca element chimic. Fiecare dintre ei primește (oxid) agent compus, nereușind să recupereze metalul în formă pură. Titan este considerat un pionier al călugăr mineralog englez William Gregor. Pe teritoriul parohiei sale, situat în partea de sud-vest a Angliei, un tânăr om de știință a început să studieze nisip negru Menakena Valley. Rezultatele experimentelor cu un magnet a fost alocarea de boabe lucioase, care sunt compuși de titan. În același timp, chimist german Martin Heinrich Klaproth a identificat noua substanță din rutil minerale. În 1797, el a dovedit, de asemenea, că în paralel cu elementele deschise sunt similare. Dioxidul de titan este mai mult de un secol a fost un mister pentru multi chimisti pentru a obține de metal pur nu a fost posibil, chiar și pentru Berzelius. Cele mai noi tehnologii ale secolului XX accelerat considerabil procesul de învățare a elementului menționat și de a determina direcția inițială a utilizării sale. În acest domeniu de aplicare este în continuă expansiune. Să limiteze domeniul de aplicare poate doar complexitatea procesului de obținere a unei substanțe, cum ar fi titan pur. Prețul și aliaje metalice este destul de mare, astfel încât nu se poate deplasa fierul de călcat tradițional și aluminiu până în prezent.

Originea numelui

Menakin - primul nume de titan, care a fost utilizat până la 1795. Așa e, în funcție de apartenența teritorială, numit noul element W. Gregor. Martin Klaproth atribuie element din 1797 numele "Titan". În acest moment, omologul său francez, condus de destul de influent chimist A. L. Lavuaze oferta pentru a apela substanța nou descoperite, în conformitate cu proprietățile lor de bază. om de știință german nu au fost de acord cu această abordare, el a crezut în mod corect că faza de descoperire este destul de dificil de a identifica toate caracteristicile inerente unei substanțe, și să le reflecte în titlu. Cu toate acestea, ar trebui să recunoască faptul că termenul selectat de utilizator Klaproth corespunde pe deplin metal - este subliniat în mod repetat, oamenii de știință moderni. Există două teorii principale ale numelui Titan. Metal ar putea fi desemnat în onoarea titanului regina elfilor (Caracter mitologia germanica). Acest nume simbolizează atât luminozitate și agent de rezistență. Cei mai mulți oameni de știință sunt înclinați la utilizarea mitologia greacă, în care titanii au fost numiți fiii zeiței pământului puternic Gaia. Această versiune spune numele elementului deschis anterior - uraniu.

Fiind în natură

Dintre metale, care, în termeni tehnici de valoare pentru o persoană, titan ocupă locul patru pe măsura scoarța terestră. O mare proporție în natură sunt caracterizate doar de fier, magneziu și aluminiu. Cele mai multe conținut de titan menționat în bazalt coajă ușor mai mici în stratul de granit. In apa de mare, conținutul substanței este scăzut - aproximativ 0,001 mg / l. element chimic titan este foarte activ, astfel încât, în forma sa pură este imposibil de îndeplinit. In cele mai multe cazuri, este prezentă în compușii cu oxigen și are o valență de patru. Numărul de minerale titanifere variază 63-75 (din diverse surse), în timp ce în stadiul actual al cercetării, oamenii de știință continuă să descopere noi forme de compuși. Pentru utilizarea practică, cele mai importante sunt următoarele minerale:

1. Ilmenit (FeTiO _3).
2. Rutil (TiO _2).
3. Titanite (CaTiSiO _5).
4. Perovskit (cație _3).
5. Titanomagnetic (FeTiO ₃ + Fe ₃ O ₄₎ și t. D.

Toate titanifer de minereu existent este împărțit în bază și placer. Acest element este migrant slab, acesta poate călători doar în pietre fatare sau roci muta aluviuni de fund. În biosferă, cea mai mare cantitate de titan conținută în alge. Reprezentanții elementului faunei terestre se acumulează în țesuturile din corn, păr. Pentru o caracteristică umană corp de titan prezentă în splină, glandele suprarenale, placenta, glanda tiroidă.

proprietățile fizice

Titan - metale feroase având culoare alb-argintiu, seamănă cu oțel. La o temperatură de 0 ⁰ C , o densitate de 4.517 g / ^cm3. Substanța are o masă termică redusă, ceea ce este caracteristic metalelor alcaline (cadmiu, sodiu, litiu, cesiu). Densitate titan ocupă o poziție intermediară între fier și aluminiu, în timp ce performanța sa este mai mare decât cea a ambelor elemente. Principalele proprietăți ale metalelor, care sunt considerate în determinarea domeniului de aplicare a acesteia sunt rezistența la curgere și duritatea. Titan-aluminiu, mai puternic de 12 ori, fier si cupru - 4 ori, în timp ce este considerabil mai ușoară. Ductilitatea substanței pure și limita sa de curgere permite prelucrarea la valori de temperatură înaltă și joasă, ca și în cazul altor metale, t. E. tehnici nituit, forjare, sudura, laminare. Caracteristica distinctivă a titaniu - conductivitatea termică scăzută și, prin urmare, aceste proprietăți sunt păstrate la temperaturi ridicate de până la 500 ⁰ C. într - un câmp magnetic este element de titan paramagnetic, nu este atras de fier, și nu este expulzată în cupru. performanță foarte mare anti-coroziune în medii dure și efecte mecanice sunt unice. Mai mult de 10 ani de a fi în apă de mare nu a schimbat aspectul și compoziția plăcii de titan. Fier, în acest caz, ar fi distrus complet corodate.

Proprietățile termodinamice ale titan

1. Densitate (la condiții normale) este 4,54 g / ^cm3.
2. Numărul atomic - 22.
3. Metale Group - un material refractar, lumina.
4. Greutatea atomică de titan - 47.0.
5. Punct de fierbere ⁽⁰ C) - 3260.
6. volum Molar ^cm3 / mol - 10.6.
7. Punctul de topire al titan ⁽⁰ C) - 1668.
8. Căldura specifică a vaporizării (kJ / mol) - 422.6.
9. Rezistivitatea (la 20 ⁰ C) ohmi * cm * 10 ^-6-45.

chimice

Improved element de rezistență la coroziune datorită formării pe suprafața filmului de oxid mic. Previne (în condiții normale) reacție chimică cu gaze (oxigen, hidrogen) situate în atmosfera înconjurătoare a unui element , cum ar fi titan metalic. Proprietățile sale schimba sub influența temperaturii. Atunci când este ridicată la 600 ⁰ C, reacția dintre oxigen, având ca rezultat formarea de oxid de titan (TiO _2). În cazul absorbției gazelor atmosferice se formează compuși fragile care nu au nici o utilizare practică pentru acest motiv, sudarea și topirea titanului produs în vacuum. Este un proces de reacție reversibilă a hidrogenului dizolvare în metal, apare mai activă la temperaturi mai ridicate (400 ⁰ C și mai sus). Titan, în special particulele fine (o placă subțire sau un fir) este arsă sub atmosferă de azot. Reacția chimică între posibilă numai la o temperatură de 700 ⁰ C, formând astfel o TiN nitrură. Cu multe forme aliaje metalice extrem de dure este adesea elementul de aliere. Reacția cu halogeni (crom, brom, iod) intră numai atunci când prezența unui catalizator (temperatură înaltă) și supuse interacțiunilor cu o substanță uscată. Acest lucru produce o foarte greu aliaje refractare. Cu soluțiile de majoritatea acizilor si titan alcali chimic excepție activă este sulfuric concentrat (fierbere prelungită), organice (acid formic, acid oxalic) fluorhidric, fierbinte.

depozit

Cele mai frecvente care apar în mod natural minereului de ilmenit - rezervele sale sunt estimate la 800 de milioane de tone. Depozitele depozitelor rutil sunt mult mai modeste, dar volumul total - menținând în același timp creșterea producției - ar trebui să ofere omenirii pentru următorii 120 de ani, un metal cum ar fi titan. Prețul produsului final va depinde de cerere și creșterea lucrabilitate de producție, dar pe intervale medii de la 1200 la 1800 de ruble. / Kg. Odată cu îmbunătățirea tehnică continuă a redus semnificativ costul tuturor proceselor de producție în upgrade-urile lor în timp util. Cele mai mari rezerve de minereuri de titan au China și Rusia, precum și o bază de resurse minerale sunt Japonia, Africa de Sud, Australia, Kazahstan, India, Coreea de Sud, Ucraina, Ceylon. Depozite de volume diferite de producție și procentul de titan din minereu, studii geologice continuă în mod constant, ceea ce face posibil să se presupună o scădere a valorii de piață a metalului și a aplicării sale mai largă. Rusia este de departe cel mai mare producător de titan.

recepție

Pentru producerea de dioxid de titan, este utilizat cel mai frecvent, care conține cantitatea minimă de impurități. Este obținut prin îmbogățirea ilmenit sau minereu rutil concentrate. Arc electric cuptor tratament termic are loc de minereu, care este însoțită de formarea de fier și separarea zgurii care conține un oxid de titan. Sulfat sau clorură de metoda utilizată pentru procesarea fracției libere de fier. Oxidul de titan este o pulbere de culoare gri (vezi. Fotografia). titan metalic se obține prin tratare graduală a acestuia.

Prima etapă este procesul de sinterizare a zgurii cu expunerea la cocs și clor vapori. _TiCI4 este redus de magneziu sau de sodiu care rezultă atunci când este supus la o temperatură de 850 ⁰ C. titan spongios (masa poroasă topit) obținut prin reacție chimică sau purificat topit în lingouri. În funcție de utilizarea ulterioară a destinațiilor, sau un aliaj metalic este format în formă pură (impuritățile sunt îndepărtate prin încălzire la 1000 ⁰ C). Pentru producerea unei substanțe cu impurități fracție 0,01% iodură de metoda utilizată. Ea se bazează pe procesul de evaporare de burete de titan pretratate cu halogen, vaporii săi.

Domenii de aplicare

Punctul de topire a titanului este suficient de mare ca metalul este un avantaj neprețuit de ușurința de utilizare ca material structural. Prin urmare, se găsește cea mai mare cerere în industria navală, industria de aviație, rachete de fabricație, uzine chimice. Titanium frecvent este utilizat ca dopant în diferite aliaje care prezintă caracteristici îmbunătățite de rezistență la căldură și duritate. rezistență la coroziune ridicată și capacitatea de a rezista la mediile cele mai agresive fac din acest metal este indispensabil pentru industria chimică. Titan (aliaje) sunt realizate conducte, rezervoare, supape, filtre, utilizate pentru distilarea și transportul acizilor și a altor substanțe active chimic. El a cerut la crearea de dispozitive care funcționează la performanțe la temperatură ridicată. Compușii de titan folosit pentru a face instrumente de tăiere durabile, vopsele, materiale plastice și hârtie, instrumente chirurgicale, implanturi, bijuterii, materiale decorative, utilizate în industria alimentară. Toate direcțiile este greu de descris. Medicina modernă pentru securitate biologică completă folosește adesea titan metalic. Preț - acesta este singurul factor care afectează lățimea lung de aplicare a acestui element. afirmă în mod justificat că titan - material al viitorului, de învățare că omenirea va intra o nouă etapă de dezvoltare.