Titani - el metall. propietats de titani. Ús del titani. Graus i composició química de titani

L'eterna, misteriós, espai, material del futur - tots aquests i molts altres epítets assignats a les diverses fonts de titani. Història del descobriment d'aquest metall no era trivial: al mateix temps sobre l'element d'alliberament en forma pura va treballar diversos científics. El procés d'estudi de les propietats físiques i químiques i la definició de la seva aplicació no ha acabat avui. Titani - el metall del futur i el seu lloc en la vida humana encara no està completament definit, donant als investigadors moderns un ampli marge per a la creativitat i la investigació científica.

característica

titani Element químic (titani) es designa en el símbol de la taula periòdica D. I. Mendeleeva Tu. Situat al grup IV subgrup costat del quart període, i té un número de sèrie 22. Una substància simple de titani - blanc de metall i plata, lleuger i durador. La configuració electrònica de l'àtom té la següent estructura: 22) 2) 8) 10) 2 , 1S 2S ^{2 2 2} 3S ^juny 2P 3P 3d ^{6 2 2} 4S. En conseqüència, el titani té diversos estats d'oxidació possibles 2, 3, 4, en els compostos més estables, és tetravalent.

Titani - aliatge o metall?

Aquesta pregunta és d'interès per a molts. El 1910, el químic nord-americà Hunter va ser el primer de titani pur. El metall només contenia 1% d'impureses, però la quantitat és insignificant i no va resultar donar la possibilitat d'una major investigació de les seves propietats. La ductilitat d'aquest material s'aconsegueix tolkopod altes temperatures, en condicions normals (temperatura ambient), la mostra era massa fràgil. De fet, aquest article no està científics interessats per les seves prospectes d'ús semblaven massa incert. La complexitat de l'obtenció i seguir investigant redueix el potencial de la seva aplicació. Només en 1925, els químics dels Països Baixos J. de Boer i A. van Arkel van rebre metall de titani, les propietats han atret l'atenció dels enginyers i dissenyadors de tot el món. La història de l'estudi d'aquest element comença amb 1790, va ser en aquest moment en paral·lel, independentment un de l'altre, dos científics descobreixen de titani com un element químic. Cada un d'ells rep un compost (òxid) agent, no recuperar el metall en forma pura. El titani és considerat un pioner del monjo mineralogista anglès William Gregor. En el territori de la seva parròquia, situada a la part sud-oest d'Anglaterra, un jove científic va començar a estudiar la sorra negre Menakena Vall. Els resultats d'experiments amb un imant ha estat l'assignació dels grans brillants, que són compostos de titani. Alhora, el químic alemany Martin Heinrich Klaproth va identificar la nova substància des de l'rútil mineral. En 1797, es va demostrar també que els elements paral·lels oberts són similars. El diòxid de titani és més d'un segle era un misteri per a molts químics per obtenir metall pur no era possible fins i tot per Berzelius. Les últimes tecnologies del segle XX es va accelerar en gran mesura el procés d'aprenentatge d'aquest element i determinar la direcció inicial del seu ús. En aquest àmbit està en constant expansió. Limitar el seu abast només pot complexitat del procés d'obtenció d'una substància tal com titani pur. Preu i aliatges de metalls és bastant alt, de manera que no poden desplaçar al tradicional de ferro i alumini fins a la data.

Origen del nom

Menakin - el primer nom de titani, que es va utilitzar fins a 1795. Que el dret, d'acord amb l'afiliació territorial, anomenat el nou element W. Gregor. Martin Klaproth assigna element en 1797 el nom "Titan". En aquest moment, el seu homòleg francès, encapçalat pel químic molt influents AL Lavoisier ofereixen a trucar a la substància acabada de descobrir d'acord amb les seves propietats bàsiques. científic alemany no estava d'acord amb aquest enfocament, amb raó, que pensava que la fase de descobriment és bastant difícil identificar totes les característiques inherents a una substància, i reflectir-les en el títol. No obstant això, hem de reconèixer que l'usuari seleccionat Klaprot terme correspon totalment al metall - és repetidament emfatitzat moderna científics. Hi ha dues teories principals del nom de Tità. De metall podria ser designat en honor a la reina Titania èlfica (personatge mitologia germànica). Aquest nom simbolitza tant la lleugeresa i agent de resistència. La majoria dels científics s'inclinen per l'ús de la mitologia grega, en la qual els Titans van ser cridats els fills de la deessa de la terra poderosa Gaia. Aquesta versió diu que el nom de l'element prèviament oberta - urani.

Estar a la natura

Dels metalls, que en termes tècnics de valor d'una persona, el titani és el quart de l'extensió de l'escorça terrestre. Una gran proporció a la natura es caracteritzen només ferro, magnesi i alumini. La majoria del contingut de titani es va assenyalar en basalt closca lleugerament més petit en la seva capa de granit. En aigua de mar, el contingut de la substància és baixa - aproximadament 0,001 mg / l. element de titani química és molt activa, de manera que en la seva forma pura és impossible de complir. En la majoria dels casos, està present en els compostos amb oxigen, i té una valència de quatre. Nombre de minerals titaníferos varia de 63 a 75 (de diverses fonts), mentre que en l'estat actual de la investigació, els científics segueixen descobrint noves formes de compostos. Per a l'ús pràctic, els més importants són els següents minerals:

1. La ilmenita (FeTiO _3).
2. Rútil (TiO _2).
3. Titanita (CaTiSiO _5).
4. Perovskita _(CaTiO3).
5. Titanomagnetita (FeTiO ₃ + Fe ₃ O ₄₎ i t. D.

Tot el mineral que conté titani existent es divideix en bàsic i de plaer. Aquest element és feble migrant, només pot viatjar en un pedres de part o roques es mouen inferior llim. En la biosfera, la major quantitat de titani contingut en les algues. Els representants de la fauna element terrestre s'acumula en els teixits de la botzina, de pèl. Per una característica humana cos de titani present a la melsa, les glàndules suprarenals, placenta, glàndula tiroide.

propietats físiques

Titani - de metall ferrós que té de color blanc platejat, s'assembla acer. A una temperatura de 0 ⁰ C té una densitat de 4,517 g / cm ^3. La substància té una massa tèrmica baixa, que és característica dels metalls alcalins (cadmi, sodi, liti, cesi). titani Densitat ocupa una posició intermèdia entre el ferro i l'alumini, mentre que el seu rendiment és més gran que el de tots dos elements. Les principals propietats dels metalls, que es consideren en determinar l'abast de la seva aplicació són el límit elàstic i la duresa. d'alumini de titani més forta per 12 vegades, ferro i coure - 4 vegades, mentre que és considerablement més fàcil. La ductilitat de la substància pura i el seu límit de rendiment permetre el processament a valors d'alta i baixa temperatura, com en el cas d'altres metalls, t. I. tècniques de reblat, forja, soldadura, laminats. La característica distintiva de titani - la seva baixa conductivitat de calor i, per tant, aquestes propietats es mantenen a temperatures elevades de fins a 500 ⁰ C. En un camp magnètic és un element de titani paramagnètic, no és atret com el ferro, i no s'expulsa com el coure. rendiment molt alta contra la corrosió en ambients hostils i els efectes mecànics són únics. Més de 10 anys d'estar en l'aigua de mar no va canviar l'aspecte i la composició de la placa de titani. Ferro en aquest cas seria destruït completament corroïda.

propietats termodinàmiques de titani

1. Densitat (en condicions normals) és 4,54 g / ^cm3.
2. Nombre atòmic - 22.
3. Grup Metalls - un refractari, llum.
4. La massa atòmica de titani - 47,0.
5. Punt d'ebullició ⁽⁰ C) - 3260.
6. Molar volum ^cm3 / mol - 10.6.
7. El punt de fusió de titani ⁽⁰ C) - 1668.
8. Específica calor de vaporització (kJ / mol) - 422.6.
9. La resistivitat elèctrica (a 20 ⁰ C) Ohm * cm * 10 ^-6-45.

propietats químiques

Millora d'element de resistència a la corrosió a causa de la formació en la superfície de la pel·lícula d'òxid petita. Impedeix (en condicions normals) reacció química amb gasos (oxigen, hidrogen), ubicat a l'atmosfera circumdant d'un element tal com el titani metall. Les seves propietats canvien sota la influència de la temperatura. Quan es va elevar a 600 ⁰ C, la reacció entre l'oxigen, el que resulta en la formació d'òxid de titani _(TiO2). En el cas de l'absorció dels gasos atmosfèrics es formen compostos fràgils que no tenen cap ús pràctic per aquesta raó la soldadura i fusió del titani produït en el buit. És una reacció reversible procés de dissolució d'hidrogen en el metall, es produeix més actiu a temperatures més altes (400 ⁰ C i superiors). Titani, especialment les partícules fines (una placa prima o un filferro) es crema en una atmosfera de nitrogen. La reacció química entre només és possible a una temperatura de 700 ⁰ C, formant d'aquesta manera un TiN nitrur. Amb moltes formes aliatges metàl·lics altament dur és sovint element d'aliatge. La reacció amb halògens (crom, brom, iode) entra només quan la presència d'un catalitzador (alta temperatura) i subjecte a interaccions amb una substància seca. Això produeix un aliatges refractàries molt durs. Amb les solucions de la majoria d'àcids i àlcalis de titani químicament actiu excepció és sulfúric concentrat (perllongada ebullició), fluorhídric, calenta orgànics (àcid fòrmic, àcid oxàlic).

dipòsit

El mineral d'ilmenita natural més comú - les seves reserves s'estimen en 800 milions de tones. Els dipòsits dels dipòsits de rutil són molt més modest, però el volum total - temps que es manté el creixement de la producció - ha de proporcionar la humanitat per als propers 120 anys, un metall tal com titani. El preu del producte final dependrà de la demanda i l'augment de capacitat de treball de producció, però de mitjana va variar de 1200 a 1800 rubles. / Kg. Amb la millora contínua tècnica redueix significativament el cost de tots els processos de producció en les seves actualitzacions oportunes. Les majors reserves de minerals de titani tenen la Xina i Rússia, i la base de recursos minerals són Japó, Sud-àfrica, Austràlia, Kazakhstan, Índia, Corea del Sud, Ucraïna, Ceilan. Els dipòsits de diferents volums de producció i el percentatge de titani en el mineral, els estudis geològics continuen constantment, el que fa que sigui possible suposar una disminució en el valor de mercat del metall i la seva aplicació més àmplia. Rússia és, de llarg, el major productor de titani.

recepció

Per a la producció de diòxid de titani, que és més comunament utilitzat, que conté la quantitat mínima d'impureses. S'obté mitjançant l'enriquiment d'ilmenita o mineral de rútil concentrats. El tractament de calor del forn d'arc elèctric es produeix mineral, que s'acompanya de la formació de ferro i la separació de l'escòria que conté un òxid de titani. Sulfat o clorur de mètode s'utilitza per a la fracció de processament lliure de ferro. L'òxid de titani és una pols de color gris (veure. La foto). metall de titani s'obté pel seu tractament gradual.

La primera fase és el procés de sinterització de l'escòria amb l'exposició de coc i clor vapor. TiCl ₄ està reduït resultant de magnesi o de sodi quan se sotmet a una temperatura de 850 ⁰ C. titani esponja (porós massa fosa) obtingut per reacció química, o purificat fos en lingots. Depenent de l'ús addicional de destinacions, o un aliatge de metall es forma en forma pura (impureses s'eliminen per escalfament a 1000 ⁰ C). Per a la producció d'una substància amb la fracció d'impureses 0,01% de iodur mètode utilitzat. Es basa en el procés d'evaporació de l'esponja de titani prèviament tractada amb halogen, el seu vapor.

Els camps d'aplicació

El punt de titani de fusió és prou alta perquè el metall és un avantatge inestimable de la facilitat d'ús com a material estructural. Per tant, es troba major aplicació en la indústria de la construcció naval, indústria de l'aviació, míssils de fabricació, plantes químiques. Titanium amb freqüència s'utilitza com un dopant en diversos aliatges que exhibeixen característiques millorades de resistència a la calor i duresa. Alta resistència a la corrosió i capacitat per resistir els ambients més agressius fan d'aquest metall és indispensable per a la indústria química. Titani (aliatges) es fan canonades, tancs, vàlvules, filtres, que s'utilitza per a la destil·lació i el transport d'àcids i altres substàncies químicament actives. Va exigir a crear dispositius que funcionin a un rendiment elevat de la temperatura. Els compostos de titani usats per fer eines de tall duradors, pintures, plàstics i paper, instruments quirúrgics, implants, joieria, materials decoratius, utilitzats en la indústria alimentària. Totes les adreces és difícil de descriure. La medicina moderna per a la seguretat biològica completa sovint utilitza el titani metàl·lic. Preu - aquest és l'únic factor que afecta la llarga amplitud d'aplicació d'aquest element. Amb raó afirmar que el titani - un material del futur, aprenent que la humanitat entrarà en una nova etapa de desenvolupament.