Titan je kovina. Lastnosti titana. Uporaba titana. Blagovne znamke in kemična sestava titana

Večni, skrivnostni, kozmični, material prihodnosti - vsi ti in mnogi drugi epiteti so v različnih virih prisotni v titanu. Zgodovina odkrivanja te kovine ni bila trivialna: več znanstvenikov je hkrati delalo na izolaciji elementa v čisti obliki. Proces preučevanja fizikalnih in kemijskih lastnosti ter določanje področij njene uporabe ni končano

Značilnosti

Kemijski element titan (titan) je v periodični tabeli DI Mendelejeva označen s simbolom Ti. Nahaja se v sekundarni podskupini skupine IV četrtega obdobja in ima redno številko 22. Enostavna snov titan - kovina bele srebra, lahka in trpežna. Elektronska konfiguracija atoma ima naslednjo strukturo: +22) 2) 8) 10) 2, 1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d²4S². Skladno s tem ima titan več možnih stopenj oksidacije: 2, 3, 4, v najbolj stabilnih spojinah je tetravalenten.

Je titan zlitina ali kovina?

To vprašanje ima veliko zanimanje. Leta 1910 je ameriški kemik Hunter prejel prvi čisti titan. Kovina je vsebovala le 1% nečistoč, vendar je bila njegova količina zanemarljiva in ni omogočala nadaljnje preiskave njegovih lastnosti. Plastičnost pridobljene snovi je bila dosežena le pod vplivom visokih temperatur, v normalnih pogojih (sobna temperatura) je bil vzorec preveč krhk. Dejansko ta element ni bil zanimiv za znanstvenike, saj so se možnosti za njegovo uporabo zdele preveč nejasne. Zapletenost pridobivanja in raziskav je dodatno zmanjšala možnosti za njegovo uporabo. Šele leta 1925 so kemiki iz Nizozemske I. de Boerja in A. van Arkela prejeli titanovo kovino, katere lastnosti so privabile inženirje in oblikovalce po vsem svetu. Zgodovina raziskav tega elementa se začne 1790, v tem času vzporedno, neodvisno drug od drugega, dva znanstvenika odprejo titan kot kemični element. Vsak od njih prejme spojino (oksid) snovi, ki ne ločuje kovine v svoji čisti obliki. Prvi odkriter titana je angleški mineralogistski menih William Gregor. Na ozemlju svoje župnije, ki se nahaja na jugozahodu Anglije, je mlad znanstvenik začel študirati črni pesek v dolini Menacan. Rezultat poskusov z magnetom je bil izbor sijajnih zrn, ki so bile spojine iz titana. Hkrati je v Nemčiji kemik Martin Heinrich Klaprot izpostavil novo snov iz mineralov rutila. Leta 1797 je dokazal tudi, da so vzporedni elementi analogni. Dioxide titana za več kot stoletje je bila skrivnost mnogim kemikom, niti Berzelius ni mogel dobiti čiste kovine. Najnovejše tehnologije 20. stoletja so močno pospešile proces preučevanja tega elementa in določile začetne smeri njegove uporabe. Hkrati se obseg uporabe nenehno širi. Omejitev njegovega obsega lahko le zapletenost procesa pridobivanja takšne snovi kot čisti titan. Cena zlitin in kovine je dovolj visoka, zato danes ne more zamenjati tradicionalnega železa in aluminija.

Poreklo imena

Menakin je prvo ime titana, ki je bil uporabljen do leta 1795. To je točno, glede na teritorialno pripadnost, ki se imenuje nov element U. Gregor. Martin Klaprot pripisuje elementu leta 1797 ime "titanium". V tem času, njegov francoski kolega, ki ga zelo vpliven kemik AL Lavoisier vodil ponujajo, da pokličete na novo odkrili snov, v skladu z njihovimi osnovnimi lastnostmi. Nemški znanstvenik ni strinjal s tem pristopom, je upravičeno mislil, da je faza odkritje zelo težko ugotoviti vse značilnosti, povezane s snovjo, in jih odraža v naslovu. Vendar pa je treba priznati, da intuitivno izbrani izraz Klaprot v celoti ustreza kovinam - to so večkrat poudarjali sodobni znanstveniki. Obstajata dve osnovni teoriji o izvoru imena titana. Metal se lahko imenuje v čast elven kraljice Titania (značaja nemške mitologije). To ime simbolizira lahkotnost in trdnost snovi. Večina učencev ponavadi uporablja različico antične grške mitologije, v kateri so titani imenovali močne sinove boginje dežele Gaeje. V prid tej različici je navedeno ime predhodno odkritega elementa - urana.

Biti v naravi

Od kovin, ki so tehnično koristne za ljudi, se titan uvršča na četrto glede na razširjenost v zemeljski skorji. Za velik odstotek v naravi je značilno le železo, magnezij in aluminij. Največja vsebnost titana najdemo v bazaltni lupini, nekoliko manj v granitnem sloju. V morski vodi je vsebnost te snovi nizka - približno 0,001 mg / l. Kemični element titana je precej aktiven, zato ga ni mogoče uresničiti v čisti obliki. Najpogosteje je prisotna v spojinah s kisikom, medtem ko ima štiričlansko valenco. Količina mineralov, ki vsebujejo titan, se giblje od 63 do 75 (v različnih virih), medtem ko znanstveniki na tej stopnji raziskav še vedno odkrivajo nove oblike svojih spojin. Za praktično uporabo so najpomembnejši naslednji minerali:

1. Ilmenit (FeTiO₃).
2. Rutil (TiO₂).
3. Titanit (CaTiSiO₅).
4. Perovskite (CaTiO₃).
5. Titanomagnetit (FeTiO₃+Fe₃O₄) in tako naprej.

Vse obstoječe rude, ki vsebujejo titan, so razdeljene na placer in osnovne. Ta element je šibek migrant, lahko potuje le v obliki zlomov kamna ali premikanja blatnih kamnin v spodnjem delu. V biosferi je v algah največja količina titana. Pri predstavnikih kopenske favne se element nabira v pohotnih tkivih, laseh. Za človeško telo je značilna prisotnost titana v vranici, nadledvičnih žlezah, placentah, ščitnični žlezi.

Fizične lastnosti

Titan - neželezna kovina, ki ima srebrno belo barvo, izgleda kot jeklo. Pri temperaturi 0 ⁰S svojo gostoto je 4,517 g / cm³. Snov ima nizko specifično težo, ki je značilna za alkalijske kovine (kadmij, natrij, litij, cezij). Glede na gostoto je titan zaseden vmesni položaj med železom in aluminijem, njene značilnosti pa so višje od obeh elementov. Glavne lastnosti kovin, ki jih upoštevamo pri določanju obsega njihove uporabe, so: izkoristek moči in trdoto. Titan je močnejši od aluminija 12-krat, železo in baker - 4-krat, medtem ko je veliko lažji. Duktilnost čiste snovi in ​​njene meje elastičnosti dovoli obdelavo pri visokih in nizkih vrednosti temperature, kot v primeru drugih kovin, t. E. kovičenje tehnike, kovanje, varjenje, valjanje. Odlikovalna značilnost titana je njegova nizka toplotna in električna prevodnost, medtem ko se te lastnosti ohranjajo pri povišanih temperaturah do 500 ⁰C. V magnetnem polju je titan paramagnetni element, ga ne privlači kot železo in ni iztisnjen kot baker. Zelo visoka antikorozijska učinkovitost v agresivnih okoljih in z mehanskimi vplivi je edinstvena. Več kot 10 let bivanja v morski vodi ni spremenilo videza in sestave plošče iz titana. V tem primeru bi železo popolnoma uničilo korozijo.

Termodinamične lastnosti titana

1. Gostota (pri normalnih pogojih) je 4,54 g / cm³.
2. Atomska številka je 22.
3. Skupina kovin - ognjevzdržna, lahka.
4. Atomska masa titana je 47,0.
5. Vrelišče (⁰C) - 3260.
6. Molarni volumen cm³/ mol je 10,6.
7. Tališče titana (⁰C) - 1668.
8. Specifična toplota izhlapevanja (kJ / mol) je 422,6.
9. Električna upornost (pri 20 ° C) ⁰C) Ohm * cm * 10^-6 - 45.

Kemijske lastnosti

Večja korozijska odpornost elementa je posledica tvorbe majhnega oksidnega filma na površini. Preprečuje (pod normalnimi pogoji) kemijske reakcije s plini (kisik, vodik), ki se nahajajo v okoliški atmosferi elementa, kot je titanov kovin. Njegove lastnosti se spreminjajo pod vplivom temperature. S povečanjem na 600 ⁰C reagira s kisikom, kar ima za posledico tvorbo titanovega oksida (TiO₂). V primeru absorpcije atmosferskih plinov nastanejo krhke spojine, ki nimajo praktične uporabe, zato se varjenje in taljenje titana izvaja pod vakuumskimi pogoji. Reverzibilna reakcija je proces raztapljanja vodika v kovine, je aktivnejši, ko se temperatura dvigne (od 400 ⁰C in višje). Titan, še posebej njeni drobni delci (tanka plošča ali žica), gorijo v atmosferi dušika. Reakcija kemijske interakcije je možna samo pri temperaturi 700 ⁰C, kar ima za posledico tvorbo TiN nitrida. Z veliko kovin tvori visoko trdne zlitine, pogosto doping element. Reakcijsko s halogeni (krom, bromo, jodo) začne le, če prisotnost katalizatorja (visoka temperatura), ob interakcije s suho snovjo. V tem primeru se oblikujejo trdne ognjevzdržne zlitine. Z raztopine večini kisline in baze titana kemično aktivni izjema je koncentrirana žveplova (s podaljšanim vrelišče), fluorovodikova, vroče organska (mravljinčna kislina, oksalna kislina).

Depoziti

Najpogostejši v naravi ilmenitne rude - njihove zaloge so ocenjene na 800 milijonov ton. Vloge rutilnih depozitov so veliko bolj skromne, vendar mora skupni obseg - ob ohranjanju rasti proizvodnje - zagotoviti človeštvo v naslednjih 120 letih s kovino, kot je titan. Cena končnega izdelka bo odvisna od povpraševanja in ravni izdelovalnosti, vendar se v povprečju giblje od 1200 do 1800 rubljev na kilogram. V pogojih stalnega tehničnega izboljšanja se stroški vseh proizvodnih procesov s časovno posodobitvijo bistveno zmanjšajo. Največje rezerve titanove rude Imajo Kitajsko in Rusijo, tudi mineralna baza ima Japonsko, Južno Afriko, Avstralijo, Kazahstan, Indijo, Južno Korejo, Ukrajino in Čile. Za depozite so značilne količine ekstrakcije in odstotka titana v rudi, geološka raziskovanja se ves čas nadaljujejo, zaradi česar je mogoče domnevati upad tržne vrednosti kovine in njegove širše uporabe. Rusija je daleč največji proizvajalec titana.

Prejemanje

Za proizvodnjo titana se najpogosteje uporablja njegov dioksid, ki vsebuje najmanjšo količino nečistoč. Pridobiva se z obogatitvijo koncentrata ilmenita ali rutilnih rud. V elektroobločni peči je toplotna obdelava, ki jo spremlja ločevanje železa in tvorba žlindre, ki vsebuje titanov oksid. Žveplova kislina ali kloridna metoda se uporablja za zdravljenje frakcije brez železa. Titanov oksid je siv prah (glej sliko). Kovinski titan se pridobiva s stopenjsko obdelavo.

Prva faza je postopek sintranja žlindre s koksom in izpostavljenostjo klorovim hlapom. Nastali TiCl₄ zmanjša magnezij ali natrij na 850 ⁰C. Titana goba (porozna taljena masa), dobljena kot posledica kemične reakcije, očistimo ali pretalimo v ingote. Odvisno od nadaljnje smeri uporabe je zlitina ali kovina oblikovana v čisti obliki (nečistoče odstranimo s segrevanjem na 1000 ⁰C). Metoda jodida se uporablja za proizvodnjo snovi z 0,01-odstotno nečistočo. Temelji na procesu izhlapevanja iz titanove gobice, predhodno obdelane s halogenom, njegovimi hlapi.

Aplikacije

Tališče titana je dovolj visoko, da je z lahkoto kovine neprecenljiva prednost uporabe kot strukturni material. Zato najde največjo vlogo v ladjedelništvu, letalski industriji, proizvodnji raket in kemični industriji. Titan se pogosto uporablja kot zlitinski aditiv v različnih zlitinah, ki imajo povečane lastnosti trdote in toplotne odpornosti. Visoka protikorozijska lastnost in sposobnost vzdrževanja najrevnejših medijev postane ta kovina nepogrešljiva za kemično industrijo. Titanove (zlitine) so narejene cevovodov, rezervoarji, ventili, filtri, ki se uporabljajo za destilacijo in prevoz kislin in drugih kemijsko aktivnih snovi. Zahteva se pri ustvarjanju naprav, ki delujejo v pogojih visokotemperaturnih indeksov. Titanov spojine uporabljajo za izdelavo trajnih rezalna orodja, barve, plastika in papir, kirurški instrumenti, vsadki, nakit, dekorativni material, ki se uporabljajo v prehrambeni industriji. Vse smeri je težko opisati. Sodobna medicina, zaradi popolne biološke varnosti, pogosto uporablja titanov kovin. Cena - to je edini dejavnik, ki še vedno vpliva na širino uporabe tega elementa. Res je, da je Titan stvarnost prihodnosti, ki jo bo človeštvo prešlo na novo stopnjo razvoja.