Titan je metal. Svojstva titana. Primjena titana. Robne marke i kemijski sastav titana

Vječni, tajanstveni, kozmički materijal budućnosti - svi ti i mnogi drugi epiteti prisvojeni su u raznim izvorima titanu. Povijest otkrića tog metala nije bila trivijalna: nekoliko znanstvenika istodobno je radilo na izolaciji elementa u čistom obliku. Proces proučavanja fizikalnih i kemijskih svojstava i određivanje područja njegove primjene nije gotov

svojstvo

Kemijski element titan (titan) označava se u periodičnoj tablici DI Mendeleyeva simbolom Ti. Nalazi se u sekundarnoj podskupini IV skupine četvrtog razdoblja i ima redni broj 22. Jednostavna tvar titan - metal bijele-srebrne boje, lagan i izdržljiv. Elektronska konfiguracija atoma ima sljedeću strukturu: +22) 2) 8) 10) 2, 1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d²4S². Prema tome, titan ima nekoliko mogućih stupnjeva oksidacije: 2, 3, 4, u najstabilnijim spojevima je četverovalentno.

Je li titan legura ili metal?

Ovo pitanje interesira mnoge. Godine 1910. američki kemičar Hunter dobio je prvi čisti titan. Metal je sadržavao samo 1% nečistoća, ali je njegova količina zanemariva i nije dopuštala daljnje ispitivanje njegovih svojstava. Plastičnost dobivene tvari postignuta je samo pod utjecajem visokih temperatura, u normalnim uvjetima (sobna temperatura) uzorak je bio previše krhki. Zapravo, ovaj element nije bio od interesa za znanstvenike, budući da su izgledi za njegovu upotrebu činili previše nejasni. Složenost dobivanja i istraživanja dodatno je smanjila potencijal za njegovu primjenu. Tek 1925. kemičari iz Nizozemske I. de Boer i A. van Arkel primili su metalni titan, čija je svojstva privukla pozornost inženjera i dizajnera širom svijeta. Povijest istraživanja ovog elementa započinje 1790. godine, u ovom trenutku paralelno, međusobno neovisno, dva znanstvenika otvaraju titan kao kemijski element. Svaki od njih prima spoj (oksid) tvari, ne odvajajući metal u čistom obliku. Prvi otkriće titana je engleski mineralogistički redovnik William Gregor. Na području njegove župe, smještene na jugozapadu Engleske, mladi znanstvenik počeo je proučavati crni pijesak Menacanske doline. Rezultat pokusa s magnetom bio je odabir sjajnih zrna, koji su bili spoj titana. Istovremeno u Njemačkoj kemičar Martin Heinrich Klaprot izdvojio je novu tvar iz minerala rutila. Godine 1797. također je dokazao da su elementi paralelno otvoreni analogni. Dioxid titana već više od jednog stoljeća bio je tajna mnogim kemičarima, nije ni Berzelius koji nije mogao dobiti čisti metal. Najnovije tehnologije 20. stoljeća znatno su ubrzale proces proučavanja ovog elementa i odredili početne smjernice njegove uporabe. Istovremeno, područje primjene stalno se širi. Ograničiti svoj opseg može samo složenost procesa dobivanja takve tvari kao čisti titan. Cijena legura i metala je dovoljno visoka pa danas ne može zamijeniti tradicionalno željezo i aluminij.

Podrijetlo imena

Menakin je prvi naziv titana, koji je korišten do 1795. To je točno, prema teritorijalnoj pripadnosti, nazvan novi element U. Gregor. Martin Klaprot dodjeljuje elementu 1797. naziv "titan". U to vrijeme, njegovi francuski kolege, na čelu s autoritativnim kemičarom AL Lavoisierom, sugeriraju da ih treba nazvati novootkrivenim tvarima u skladu s njihovim osnovnim svojstvima. Njemački znanstvenik se nije složio s tim pristupom, on je razumno vjerovao da je u fazi otkrića teško odrediti sve karakteristike karakteristične za tvar i odražavati ih u imenu. Međutim, valja prepoznati da intuitivno odabrani termin Klaprot u potpunosti odgovara metalu - to su više puta naglasili moderni znanstvenici. Postoje dvije osnovne teorije o podrijetlu naziva titana. Metal mogao biti određen u čast elven kraljica Titania (lik njemačke mitologije). Ovo ime simbolizira i lakoću i snagu tvari. Većina znanstvenika obično koristi verziju drevne grčke mitologije, u kojoj su titani zvali moćne sinove božice zemlje Gaee. U korist ove verzije, kaže ime prethodno otkrivenog elementa - urana.

Biti u prirodi

Od metala koji su tehnički vrijedni ljudima, titan se nalazi na četvrtom mjestu u smislu prevalencije u zemljinoj kora. Veliki postotak u prirodi karakterizira samo željezo, magnezij i aluminij. Najveći sadržaj titana nalazi se u bazaltnoj ljusci, nešto manje u granitnom sloju. U morskoj vodi sadržaj ove tvari je nizak - oko 0,001 mg / l. Kemijski element titana je vrlo aktivan, stoga ga je nemoguće ispuniti u čistom obliku. Najčešće je prisutan u spojevima s kisikom, a ima valenciju od četiri. Količina minerala koji sadrže titan varira od 63 do 75 (u različitim izvorima), dok u sadašnjem stadiju istraživanja znanstvenici i dalje otkrivaju nove oblike njegovih spojeva. Za praktičnu upotrebu najvažniji su sljedeći minerali:

1. Ilmenit (FeTiO₃).
2. Rutil (TiO₂).
3. Titanit (CaTiSiO₅).
4. Perovskite (CaTiO₃).
5. Titanomagnetit (FeTiO₃+fe₃O₄) i tako dalje.

Sve postojeće rude koje sadrže titan podijeljene su u placer i osnovne. Taj je element slab migrant, on može putovati samo u obliku lomnih lomova ili kretanja blatnih stijena na dnu. U biosferi najveća količina titana sadržana je u algama. U predstavnicima zemaljske faune, element se akumulira u uspaljenim tkaninama, kosi. Za ljudsko tijelo karakterizira prisutnost titana u slezeni, nadbubrežne žlijezde, posteljice, štitnjače.

Fizička svojstva

Titan - obojenih metala, srebrnasto-bijele boje, izgleda poput čelika. Na temperaturi od 0 ° C ⁰Sa svojom gustoćom 4,517 g / cm³. Tvar ima nisku specifičnu težinu, koja je karakteristična za alkalne metale (kadmij, natrij, litij, cezij). Što se tiče gustoće, titan zauzima srednji položaj između željeza i aluminija, a njegove karakteristike su viši od oba elementa. Glavna svojstva metala, koje se uzimaju u obzir pri određivanju opsega njihove primjene, jesu snagu prinosa i tvrdoću. Titan je jači od aluminija 12 puta, željezo i bakar - 4 puta, dok je puno lakši. Duktilnost čiste tvari i svoje granice donos omogućiti preradu pri visokim i niskim vrijednostima temperature, kao u slučaju drugih metala, t. E. zakivanje tehnikama, kovanje, zavarivanja, valjanje. Značajna karakteristika titana je njena niska toplinska i električna vodljivost, dok su ta svojstva sačuvala na povišenim temperaturama, do 500 ⁰C. U magnetskom polju, titan je paramagnetski element, nije privučen poput željeza, i nije gurnut poput bakra. Vrlo visoka antikorozivna učinkovitost u agresivnom okruženju i mehaničkim utjecajima je jedinstvena. Više od 10 godina boravka u morskoj vodi nije promijenilo izgled i sastav ploče od titana. Željezo u tom slučaju uništilo bi se korozijom.

Termodinamička svojstva titana

1. Gustoća (u normalnim uvjetima) iznosi 4,54 g / cm³.
2. Atomski broj je 22.
3. Grupa metala - vatrostalno, svjetlo.
4. Atomska masa titana je 47.0.
5. Točka vrenja (⁰C) - 3260.
6. Molarni volumen cm³/ mol je 10,6.
7. Talište titana (⁰C) - 1668.
8. Specifična toplina isparavanja (kJ / mol) je 422,6.
9. Električna otpornost (u 20 ⁰C) Ohm * cm * 10^-6 - 45.

Kemijska svojstva

Povećana otpornost na koroziju elementa je zbog formiranja malog oksidnog filma na površini. Sprječava (u normalnim uvjetima) kemijske reakcije s plinovima (kisik, vodik) koji se nalazi u okolnoj atmosferi elementa kao što je metal titana. Njegova svojstva se mijenjaju pod utjecajem temperature. Na njegovo povećanje na 600 ⁰C reagira s kisikom, što dovodi do stvaranja titan oksida (TiO₂). U slučaju apsorpcije atmosferskih plinova stvaraju se krhki spojevi koji nemaju praktičnu primjenu, zbog čega se zavarivanje i taljenje titana izvodi u vakuumskim uvjetima. Reverzibilna reakcija je proces otapanja vodika u metalu, on je aktivniji kada se temperatura povećava (od 400 ⁰C i više). Titan, naročito njezine fine čestice (tanka ploča ili žica), gori u atmosferi dušika. Reakcija kemijske interakcije moguće je samo na temperaturi od 700 ° C ⁰C, što je rezultiralo stvaranjem TiN nitrida. S mnogim metalima nastaju tvrde legure, često doping element. U reakciji s halogenom (krom, brom, jod) ulazi samo u prisutnosti katalizatora (visoka temperatura) i pod uvjetom interakcije sa suhom tvari. U tom slučaju nastaju vrlo tvrde vatrostalne legure. S otopinama većine lužina i kiselina, titan nije kemijski aktivan, osim koncentrirane sumporne kiseline (s produljenim vrenjem), fluorovodične, vruće organske (mravlja, oksalna).

depozit

Najčešći u prirodi ilmenite ruda - njihove rezerve se procjenjuju na 800 milijuna tona. Depoziti rutilnih naslaga su mnogo skromniji, ali ukupni volumen - uz održavanje rasta proizvodnje - treba osigurati čovječanstvo sljedećih 120 godina metalom kao što je titan. Cijena gotovog proizvoda ovisit će o potražnji i stupnju proizvedivosti, ali u prosjeku varira od 1200 do 1800 rubalja po kilogramu. U uvjetima stalnog tehničkog poboljšanja, trošak svih proizvodnih procesa znatno se smanjuje s pravodobnom modernizacijom. Najveće rezerve titanovih rudača posjeduju Kinu i Rusiju, a bazu mineralnih izvora imaju Japan, republika Južne Afrike, Australija, Kazahstan, Indija, Južna Koreja, Ukrajina, Cejlon. Depoziti su karakterizirani količinama ekstrakcije i postotkom titana u rude, a geološka istraživanja se nastavljaju cijelo vrijeme, što omogućuje pretpostavku smanjenja tržišne vrijednosti metala i njegove šire uporabe. Rusija je daleko najveći proizvođač titana.

recepcija

Za proizvodnju titana se najčešće koristi njegov dioksid, koji sadrži minimalnu količinu nečistoća. Dobiva se obogaćivanjem ilmenitnih koncentrata ili rutilnih ruda. U elektrolučne peći, ruda se toplinski obrađuje, praćeno odvajanjem željeza i formiranjem troske koja sadrži titan oksid. Metoda sumporne kiseline ili klorida koristi se za tretiranje frakcije bez željeza. Titan oksid je sivog praha (vidi sliku). Metalni titan se dobiva postupkom obrade po fazama.

Prva faza je proces sinteriranja troske s koksom i izlaganja klornoj paradi. Dobiveni TiCl₄ se reducira magnezijem ili natrijom na 850 ° C ⁰C. Titanska spužva (porozna spojena masa), dobivena kao rezultat kemijske reakcije, pročišćena je ili prešla na ingoti. Ovisno o daljnjem smjeru upotrebe, legura ili metal nastaju u čistom obliku (nečistoće se uklanjaju zagrijavanjem na 1000 ⁰C). Jodidna metoda se koristi za proizvodnju tvari s 0,01% -tnom frakcijom nečistoća. Temelji se na procesu isparavanja iz spužve titana, prethodno obrađenog halogenim, isparavanjem.

Područja primjene

Tocka taljenja titana je dovoljno visoka da, s lakoćom metala, to je neprocjenjiva prednost korištenja kao strukturni materijal. Zato je najveću primjenu u brodogradnji, zrakoplovnoj industriji, proizvodnji projektila i kemijskoj industriji. Titan se često koristi kao dodatak slitine u raznim legurama koje imaju povećanu karakteristiku tvrdoće i otpornosti na toplinu. Visoka anti-korozijska svojstva i sposobnost da izdrže najagresivnije medije čine ovaj metal neophodnim za kemijsku industriju. Titan (njegove legure) proizvodi cjevovode, spremnike, zaustavne ventile, filtre koji se koriste za destilaciju i transport kiselina i drugih reaktivnih tvari. Potreban je prilikom stvaranja uređaja koji rade u uvjetima indeksa visoke temperature. Titanski spojevi se koriste za izradu trajnih alata za rezanje, boja, plastike i papira, kirurških instrumenata, implantata, nakita, materijala za završnu obradu, koji se koriste u prehrambenoj industriji. Svi smjerovi teško je opisati. Moderna medicina, zbog pune biološke sigurnosti, često koristi titan metal. Cijena - to je jedini faktor koji još uvijek utječe na širinu primjene ovog elementa. Istina je da je Titan materijal budućnosti, proučavajući što, čovječanstvo će proći u novu fazu razvoja.