Titanium - metallet. titan egenskaper. Bruk av titan. Karakterer og kjemisk sammensetning av titan

Den evige, mystisk, plass, materialet i fremtiden - alle disse og mange andre skjellsord tildelt de ulike kilder til titan. Historien om oppdagelsen av dette metallet var ikke trivielt: på samme tid over frigjøringselementet i ren form jobbet flere forskere. Prosessen med å studere de fysiske og kjemiske egenskaper og definisjon av dens anvendelse er ikke ferdig i dag. Titanium - metall for fremtiden og dens plass i menneskelivet ennå ikke fullt ut definert, noe som gir moderne forskere et stort spillerom for kreativitet og vitenskapelig forskning.

funksjonen

Grunnstoff titan (titan) er angitt i den periodiske tabell D. I. Mendeleeva Ti symbol. I side undergruppe IV-gruppe av den fjerde periode, og har et serienummer 22. En enkel substans av titan - metall hvit og sølv, lette og holdbare. Den elektroniske konfigurasjon av atom har den følgende struktur: 22) 2) 8) 10) 2 , 1S 2S ^{2 2 2} 3 S ⁶ 2P 3P 3d ^{6 2 2} 4S. Følgelig titan har flere mulige oksidasjonstilstander 2, 3, 4, i de mest stabile forbindelser, er det fireverdig.

Titanium - legering eller metall?

Dette spørsmålet er av interesse for mange. I 1910, amerikansk kjemiker Hunter var den første ren titan. Metallet inneholdt bare 1% av urenheter, men mengden er ubetydelig, og viste seg ikke å gi mulighet for ytterligere undersøkelse av dens egenskaper. Duktiliteten av dette materialet ble oppnådd tolkopod høye temperaturer, under normale betingelser (romtemperatur), prøven var for sprø. Faktisk er dette elementet ikke interesserte forskere på grunn av bruken utsiktene virket for usikkert. Kompleksiteten til å skaffe og å undersøke ytterligere redusert potensial ved dets anvendelse. Bare i 1925, kjemikere fra Nederland J. de Boer og A. van Arkel fått titanmetall egenskapene som har tiltrukket seg oppmerksomheten til ingeniører og designere over hele verden. Historien til studiet av dette elementet begynner med 1790, det var på dette tidspunkt parallelt, uavhengig av hverandre, to forskere oppdager titan som et kjemisk element. Hver av dem får en forbindelse (oksid) middel, unnlater å gjenvinne metallet i ren form. Titanium regnes som en pioner innen den engelske munken mineralogist William Gregor. På territoriet sitt sogn, som ligger i den sørvestlige delen av England, begynte en ung forsker studerer svart sand Menakena Valley. Resultatene av forsøk med en magnet har vært tildeling av blanke korn, som er titanforbindelser. Samtidig tyske kjemikeren Martin Heinrich Klaproth identifisert den nye stoffet fra mineralet rutil. I 1797, han viste også at parallelt med de åpne elementene er like. Titandioksid er mer enn et århundre var en hemmelighet for mange kjemikere for å oppnå rent metall var ikke mulig selv for Berzelius. Nyeste teknologi av XX-tallet sterkt akselerert prosessen for læring av elementet og bestemme start retningen for sin bruk. I dette området er i stadig vekst. Begrense dens omfang kan bare kompleksiteten av prosessen med å skaffe et stoff slik som rent titan. Pris og metallegeringer er ganske høy, slik at det ikke kan forskyve den tradisjonelle jern og aluminium til dags dato.

Opprinnelsen til navnet

Menakin - det første navnet av titan, som ble brukt før 1795. Det er riktig, i henhold til territoriell tilknytning, heter det nye elementet W. Gregor. Martin Klaproth tildeler element i 1797 navnet "Titan". På denne tiden, hans franske kollega, ledet av ganske innflytelsesrik kjemiker A. L. Lavuaze tilby å ringe nylig oppdaget stoffet i samsvar med deres grunnleggende egenskaper. Tyske vitenskapsmannen var ikke enig med denne tilnærmingen, han med rette trodde at discovery fasen er ganske vanskelig å identifisere alle de egenskapene som ligger i et stoff, og å reflektere dem i tittelen. Imidlertid bør vi erkjenne at brukervalgt Klaproth sikt fullt tilsvarer metal - det er gjentatte ganger understreket moderne forskere. Det er to hovedteorier i navnet Titan. Metal kan bli utpekt til ære for alvenes dronning Titania (Character germansk mytologi). Dette navnet symboliserer både letthet og styrke agent. De fleste forskere er tilbøyelig til bruken av gresk mytologi, der Titans ble kalt sønner av den mektige jordgudinnen Gaia. Denne versjonen sier navnet på den tidligere åpne element - uran.

Å være i naturen

Av metaller, som i teknisk form av verdi for en person, en fjerde på omfanget av jordskorpen titan. En stor andel av natur er karakterisert kun jern, magnesium og aluminium. De fleste titaninnhold er angitt i basalt skallet litt mindre i sin granittsjikt. I sjøvann, er innholdet av stoffet lav - ca 0,001 mg / l. Grunnstoff titan er meget aktive, så i sin rene form er umulig å oppfylle. I de fleste tilfeller er det til stede i forbindelsene med oksygen, og har en valens på fire. Antall titan mineraler varierer 63-75 (fra ulike kilder), mens på det nåværende stadium av forskning, forskere fortsetter å oppdage nye former for forbindelser. For praktisk bruk, de viktigste er følgende mineraler:

1. Ilmenitt (FeTiO _3).
2. Rutil (TiO _2).
3. Titanitt (CaTiSiO _5).
4. Perovskitt (CaTiO _3).
5. Titanomagnetite (FeTiO ₃ + Fe _{3O 4)} og t. D.

Alle eksisterende titanmalm er delt inn i grunnleggende og placer. Dette elementet er svak migrant, det kan bare reise i et kalvings steiner eller steiner flytte silt nederst. I biosfæren, den største mengden av titan som inneholdes i algene. Representanter for den jord fauna element akkumuleres i vev av horn, hår. For en menneskekropp egenskap ved titan er til stede i milt, binyrer, morkake, skjoldbruskkjertelen.

fysiske egenskaper

Titanium - jernholdig metall med sølvhvit farge, ligner stål. Ved en temperatur på 0 ⁰ C en tetthet på 4,517 g / ^cm3. Stoffet har en lav termisk masse, noe som er karakteristisk for alkalimetaller (kadmium, natrium, litium, cesium). Tetthet titan inntar en mellomstilling mellom jern og aluminium, mens ytelsen er høyere enn den for begge elementer. De viktigste egenskaper til metaller, som anses for å bestemme omfanget av dens anvendelse er den konvensjonelle flytegrense og hardhet. Titan aluminium sterkere ved å 12 ganger, jern og kobber - 4 ganger, mens det er betydelig lettere. Duktiliteten av den rene substansen og dens flytegrense tillate behandling ved høye og lave temperaturverdier, som i tilfellet av andre metaller, t. E. Klinke teknikker, smiing, sveising, valsing. Det som særpreger titan - sin lave varmeledningsevne, og dermed er disse egenskaper bibeholdes ved forhøyede temperaturer opp til 500 ⁰ C. I et magnetisk felt er paramagnetisk titan element, det er ikke tiltrukket som jern, og er ikke kommet som kobber. Meget høye anti-korrosjonsytelse i tøffe miljøer og mekaniske effekter er unike. Mer enn 10 år for å være i sjøvann ble ikke endret av utseende og sammensettingen av titanplaten. Jern i dette tilfellet ville bli ødelagt helt korrodert.

Termodynamiske egenskapene til titan

1. Densitet (ved normale betingelser) er 4,54 g / ^cm3.
2. Atomnummer - 22.
3. Metaller Group - en ildfast, lys.
4. Atomvekten av titan - 47,0.
5. Kokepunkt ⁽⁰ ° C) - 3260.
6. Molare volum ^cm3 / mol - 10.6.
7. Smeltepunktet av titan ⁽⁰ ° C) - 1668.
8. Spesifikk fordampningsvarme (kJ / mol) - 422,6.
9. Den spesifikke motstand (ved 20 ⁰ C) ohm * cm * 10 ^-6-45.

kjemiske egenskaper

Forbedret korrosjonsmotstandselement på grunn av dannelsen på overflaten av oksydfilmen liten. Det forhindrer (under normale betingelser) kjemisk reaksjon med gasser (oksygen, hydrogen) som befinner seg i den omgivende atmosfæren av et element slik som metallisk titan. Dets egenskaper forandrer seg under påvirkning av temperatur. Når den er hevet til 600 ⁰ C, reaksjonen mellom oksygen, noe som resulterer i dannelsen av titanoksid _(TiO2). I tilfellet av absorpsjonen av atmosfæriske gasser dannes skjøre forbindelser som ikke har noen praktisk anvendelse på grunn av dette sveising og smelting av titan som produseres i vakuum. Er en reversibel reaksjon prosess med å oppløse hydrogen i metallet, det forekommer mer aktiv ved høyere temperaturer (400 ⁰ C og over). Titan, spesielt de fine partikler (en tynn plate eller et tråd) forbrennes under en nitrogenatmosfære. Den kjemiske reaksjon mellom bare mulig ved en temperatur fra 700 ⁰ C, hvorved det dannes et nitrid TiN. Med mange former svært harde metallegeringer er ofte legeringselement. Reaksjonen med halogener (krom, brom, jod) trer bare når nærvær av en katalysator (høy temperatur) og utsatt for interaksjon med en tørr substans. Dette gir en svært vanskelig ildfaste legeringer. Med løsninger av de fleste syrer og alkalier titan kjemisk aktiv unntak er konsentrert svovelsyre (forlenget koking), flussyre, varm organisk (maursyre, oksalsyre).

innskudd

Den vanligste naturlig forekommende ilmenitt malm - sine reserver er anslått til 800 millioner tonn. Avsetninger av rutil-innskudd er mye mer beskjeden, men det totale volum - samtidig som produksjonen opprettholdes vekst - bør gi menneskeheten for de neste 120 år, et metall slik som titan. Prisen på det endelige produktet vil avhenge av etterspørsel og økt produksjon støpelighet, men i gjennomsnitt varierte fra 1200 til 1800 rubler. / Kg. Med kontinuerlig tekniske forbedringer betydelig redusert kostnadene for alle produksjonsprosesser i sine rettidig oppgraderinger. De største reserver av titan malm har Kina og Russland, og mineralressursgrunnlaget er Japan, Sør-Afrika, Australia, Kasakhstan, India, Sør-Korea, Ukraina, Ceylon. Avsetninger av forskjellige produksjonsvolumer og prosentandelen av titan i malmen, blir geologiske undersøkelser fortsetter hele tiden, noe som gjør det mulig å anta en nedgang i markedsverdien av metall og dens videre anvendelse. Russland er den desidert største produsent av titan.

mottak

For fremstilling av titandioksyd, er det mest vanlig brukt, inneholdende en minimal mengde av urenheter. Den oppnås ved å anrike ilmenitt eller rutil malmkonsentrater. Den elektriske lysbueovn varmebehandlingen skjer malm, som er ledsaget av dannelsen av jern og adskillelse av slagg som inneholder et titanoksyd. Sulfat eller klorid metoden benyttes for behandling brøkdel fri for jern. Titanium oksid er et pulver av grå (se. Bildet). Titanmetall fremstilles ved sin gradvise behandling.

Den første fase er prosessen med slagg sintring med koks og klordamp eksponering. _TiCl4 er redusert resulterende magnesium eller natrium når den utsettes for en temperatur fra 850 ⁰ C titansvamp (porøs sammensmeltet masse) oppnådd ved kjemisk reaksjon, eller renses smeltet til barrer. Avhengig av videre bruk av omgivelsen, eller en metall-legering dannes i ren form (urenheter blir fjernet ved oppvarming til 1000 ⁰ C). For fremstilling av en substans med urenheter fraksjon 0,01% jodid anvendt metode. Den er basert på fordampning prosessen med titansvamp forbehandlet med halogen, dens damp.

Bruksområder

Smeltepunktet av titan er tilstrekkelig høy til at metallet er en uvurderlig fordel ved enkel bruk som et konstruksjonsmateriale. Derfor finner det størst anvendelse i skipsbyggingsindustrien, flyindustrien, produksjon missiler, kjemiske anlegg. Titan ofte blir brukt som et dopemiddel i forskjellige legeringer som viser forbedrede egenskaper ved varmemotstand og hardhet. Høy korrosjonsbestandighet og evne til å motstå de mest aggressive omgivelser, gjør dette metall er uunnværlig for den kjemiske industri. Titan (legeringer) er laget rørledninger, tanker, ventiler, filtere, som brukes for destillasjon og transport av syrer og andre kjemisk aktive stoffer. Han krevde ved oppretting av innretninger, som opererer ved forhøyet temperatur ytelse. De titanforbindelser brukt for å lage varige skjærende verktøy, maling, plast- og papirindustrien, kirurgiske instrumenter, implantater, smykker, dekorative materialer, som benyttes i næringsmiddelindustrien. Alle retninger er vanskelig å beskrive. Moderne medisin for full biologisk sikkerhet bruker ofte metall titan. Pris - dette er den eneste faktoren som påvirker den lange bredden i anvendelsen av dette elementet. Med rette hevde at titan - materialet i fremtiden, lære at menneskeheten går inn i en ny fase.