Titan je kov. Vlastnosti titanu. Aplikace titanu. Značky a chemické složení titanu

Věčný, tajemný, kosmický, materiál budoucnosti - všichni tito a mnoho dalších epitetů jsou v různých zdrojích přiděleni titánu. Historie objevu tohoto kovu nebyla triviální: několik vědců současně pracovalo na izolaci prvku v čisté podobě. Proces studování fyzikálních a chemických vlastností a určení oblastí jeho aplikace nedokončeno

Charakteristiky

Chemický prvek titan (titan) je v periodické tabulce DI Mendeleyev označen symbolem Ti. Je umístěn v sekundární podskupině skupiny IV čtvrtého období a má pořadové číslo 22. Jednoduchá látka titan - kov bílo-stříbrné barvy, lehký a odolný. Elektronická konfigurace atomu má následující strukturu: +22) 2) 8) 10) 2, 1S²2S²2P^6.3S²3P^6.3d²4S². Proto titan má několik možných stupňů oxidace: 2, 3, 4, u nejstabilnějších sloučenin to je čtyřmocný.

Je titan slitinou nebo kovem?

Tato otázka se týká mnoha. V roce 1910 přijal americký chemik Hunter první čistý titan. Kov obsahoval pouze 1% nečistot, jeho množství však bylo zanedbatelné a neumožňovalo další zkoumání jeho vlastností. Plastičnost získané látky byla dosažena pouze za vysokých teplot, při normálních podmínkách (pokojová teplota) byl vzorek příliš křehký. Ve skutečnosti tento prvek nebyl pro vědce zajímavý, protože vyhlídky na jeho použití se zdály příliš vágní. Složitost získávání a výzkumu dále snižuje potenciál jeho použití. Teprve v roce 1925 dostali chemici z Nizozemska I. de Boer a A. van Arkel titanový kov, jehož vlastnosti přitahovaly pozornost inženýrů a designérů po celém světě. Historie výzkumu tohoto prvku začíná v roce 1790, v tomto okamžiku souběžně, nezávisle na sobě, dva vědci otevřou titan jako chemický prvek. Každá z nich obdrží sloučeninu (oxid) látky, nedokáže oddělit kov v čisté formě. Prvním objevitelem titanu je anglický minerální mnich William Gregor. Na území své farnosti, která se nachází na jihozápadě Anglie, mladý vědec začal studovat černý písek v údolí Menacan. Výsledkem experimentů s magnetem byl výběr lesklých zrn, které byly složkou titanu. Současně v Německu chemik Martin Heinrich Klaprot vybral z rutilu minerál novou látku. V roce 1797 také prokázal, že paralelně otevřené prvky jsou analogické. Dioxid titanu po více než sto let byl tajemstvím mnoha chemiků, nebylo to ani Berzelius, který nemohl získat čistý kov. Nejnovější technologie 20. století značně urychlily proces studování tohoto prvku a určily počáteční směry jeho použití. Zároveň se rozsah použití neustále rozšiřuje. Omezit jeho rozsah může pouze složitost procesu získání takové látky jako čistého titanu. Cena slitin a kovu je dostatečně vysoká, takže dnes nemůže přemístit tradiční železo a hliník.

Původ názvu

Menakin je první název titanu, který byl používán až do roku 1795. To je přesně podle územní příslušnosti nazýváno novým prvkem U. Gregora. Martin Klapret přiřadí prvek v roce 1797 název "titan". Jeho francouzští kolegové, v čele s autoritním chemikem AL Lavoisierem, navrhli, aby se podle jejich základních vlastností nazývaly nově objevenými látkami. Německý vědec nesouhlasil s tímto přístupem, věrohodně věřil, že ve fázi objevování je obtížné určit všechny vlastnosti charakteristické pro látku a odrážet je ve jménu. Je však třeba si uvědomit, že intuitivně zvolený termín Klaprot plně odpovídá kovu - to opakovaně zdůrazňují moderní vědci. Existují dvě základní teorie o původu názvu titanu. Kov může být označen na počest elitní královny Titania (charakter německé mytologie). Tento název symbolizuje jak lehkost, tak pevnost látky. Většina učenců má tendenci používat verzi starověké řecké mytologie, v níž titáni říkali mocné syny bohyně země Gaea. Ve prospěch této verze říká název dříve objeveného prvku - uran.

Bytí v přírodě

Z kovů, které technicky mají hodnotu pro člověka, se titan řadí k čtvrté z hlediska prevalence zemské kůry. Velké procento přírody je charakterizováno pouze železem, hořčíkem a hliníkem. Největší obsah titanu se nachází v bazaltové skořápce, poněkud méně v žulové vrstvě. V mořské vodě je obsah této látky nízký - přibližně 0,001 mg / l. Chemický prvek titanu je poměrně aktivní, proto je nemožné splnit jeho čistou podobu. Nejčastěji se vyskytuje ve sloučeninách s kyslíkem, zatímco má čtyři valence. Množství minerálů obsahujících titan se pohybuje od 63 do 75 (v různých zdrojích), zatímco v současné době výzkumu vědci stále objevují nové formy svých sloučenin. Pro praktické použití jsou nejdůležitější minerály:

1. Ilmenit (FeTiO₃).
2. Rutil (TiO₂).
3. Titanit (CaTiSiO₅).
4. Perovskit (CaTiO₃).
5. Titanomagnetit (FeTiO₃+Fe₃O₄) a tak dále.

Všechny existující rudy obsahující titan jsou rozděleny na plazory a základní. Tento prvek je slabým migrantem, může cestovat pouze ve formě kamenných zlomenin nebo pohybu blátivých dnových skal. V biosféře je největší množství titanu obsaženo v řasách. U zástupců suchozemské fauny se prvek hromadí v horních tkáních, vlasy. Pro lidské tělo se vyznačuje přítomností titanu v slezině, nadledvinách, placentě, štítné žláze.

Fyzikální vlastnosti

Titan - neželezný kov, který má stříbřitě bílou barvu, vypadá jako ocel. Při teplotě 0 ° C ⁰S hustotou 4,517 g / cm³. Látka má nízkou měrnou hmotnost, která je charakteristická pro alkalické kovy (kadmium, sodík, lithium, cesium). Pokud jde o hustotu, titan zaujímá mezilehlou pozici mezi železem a hliníkem, zatímco jeho výkonnostní charakteristiky jsou vyšší než u obou prvků. Hlavní vlastnosti kovů, které se berou v úvahu při určování rozsahu jejich použití, jsou mez kluzu a tvrdost. Titanu a hliníku větší o 12 krát, železa a mědi - 4 krát, i když je podstatně jednodušší. Tažnost čisté látky a její mez kluzu umožňují zpracování na hodnoty vysokých a nízkých teplot, jako je tomu v případě jiných kovů, t. E. Nýtovací techniky, kování, svařování, válcování. Charakteristická v titanu - nízká tepelná vodivost, a proto tyto vlastnosti jsou zachovány při zvýšených teplotách až 500 ⁰C. V magnetickém poli je titan paramagnetický prvek, není přitahován jako železo a není vytlačován jako měď. Velmi vysoká antikorozní účinnost v agresivních prostředích as mechanickými vlivy je jedinečná. Více než 10 let pobytu v mořské vodě nemění vzhled a složení desky vyrobené z titanu. Železo v tomto případě by bylo úplně zničeno korozí.

Termodynamické vlastnosti titanu

1. Hustota (za normálních podmínek) je 4,54 g / cm³.
2. Atomové číslo je 22.
3. Skupina kovů - žáruvzdorná, lehká.
4. Atomová hmotnost titanu činí 47,0.
5. Bod varu (⁰C) - 3260.
6. Molární objem cm³/ mol je 10,6.
7. Teplota tání titanu (⁰C) - 1668.
8. Specifické teplo odpařování (kJ / mol) je 422,6.
9. Elektrické rezistivity (při 20 ⁰C) Ohm * cm * 10^-6. - 45.

Chemické vlastnosti

Zvýšená odolnost prvku proti korozi je způsobena tvorbou malého oxidu na povrchu. Zabraňuje (za normálních podmínek) chemické reakce s plyny (kyslík, vodík) umístěné v okolní atmosféře prvku, jako je kov titanu. Jeho vlastnosti se mění pod vlivem teploty. Při jeho zvýšení na 600 ⁰C reaguje s kyslíkem, což vede k tvorbě oxidu titaničitého (TiO₂). V případě absorpce atmosférických plynů se vytvářejí křehké sloučeniny, které nemají žádnou praktickou aplikaci, proto se svařování a tavení titanu provádí za vakuových podmínek. Reverzibilní reakcí je proces rozpouštění vodíku v kovu, je aktivnější, když teplota stoupá (od 400 ⁰C a vyšší). Titan, zejména jeho jemné částice (tenká deska nebo drát), hoří v atmosféře dusíku. Reakce chemické interakce je možná pouze při teplotě 700 ° C ⁰C, což vede k tvorbě nitridu TiN. S mnoha kovy tvoří vysoce tvrdé slitiny, často dopingový prvek. V reakci s halogeny (chróm, brom, jod) vstupuje pouze za přítomnosti katalyzátoru (vysoké teploty) a za podmínek interakce se suchou hmotou. V tomto případě se tvoří velmi tvrdá žáruvzdorná slitina. S roztoky většiny kyselin a zásad titanu chemicky aktivní Výjimkou je koncentrována sírová (prodloužené varu), fluorovodíková, horké organické (kyselina mravenčí, kyselina šťavelová).

Vklady

Nejběžnější přírodní ilmenitové rudy - jejich zásoby se odhadují na 800 milionů tun. Vklady rutilových ložisek jsou mnohem skromnější, ale celkový objem - při zachování růstu produkce - by měl lidstvu poskytnout lidem za dalších 120 let kov, jako je titan. Cena hotového výrobku bude záviset na poptávce a úrovni výroby, avšak v průměru se bude pohybovat od 1200 do 1800 rublů na kilogram. V podmínkách neustálého technického zlepšení jsou náklady na všechny výrobní procesy výrazně sníženy díky jejich včasné modernizaci. Největší zásoby titanové rudy mají Čína a Rusko, také základy nerostných surovin mají Japonsko, Jihoafrická republika, Austrálie, Kazachstán, Indie, Jižní Korea, Ukrajina, Ceylon. Vklady jsou charakterizovány objemy těžby a procento titanu v rudě, geologický průzkum pokračuje po celou dobu, což umožňuje předpokládat pokles tržní hodnoty kovu a jeho širší využití. Rusko je zdaleka největším výrobcem titanu.

Příjem

Pro výrobu titanu je nejčastěji používán jeho oxid, který obsahuje minimální množství nečistot. Získává se obohacením ilmenitových koncentrátů nebo rutinových rud. V elektrické obloukové peci se ruda tepelně zpracovává, což je doprovázeno separací železa a tvorbou strusky obsahující oxid titanu. Kyselina sírová nebo chloridová metoda se používá k léčbě frakce bez železa. Oxid titaničitý je šedý prášek (viz foto). Kovový titan se získává jeho postupným zpracováním.

První fází je proces slinování strusky s koksem a vystavení účinkům chlóru. Výsledný TiCl₄ je redukován hořčíkem nebo sodíkem při 850 ° C ⁰C. Titanová houba (porézní tavená hmota), získaná v důsledku chemické reakce, se čistí nebo přetaví na ingoty. V závislosti na dalším směru použití se vytvoří slitina nebo kov v čisté formě (nečistoty se odstraní zahřátím na 1000 ⁰C). Jodidová metoda se používá k výrobě látky s 0,01% frakcí nečistot. Je založen na procesu odpařování z titanové houby, předběžně zpracované halogenem, jeho páry.

Aplikace

Teplota tání titanu je dostatečně vysoká, že díky snadnému kovu je neocenitelnou výhodou jeho použití jako konstrukčního materiálu. Proto nalézá největší uplatnění v oblasti stavby lodí, leteckého průmyslu, výroby střel a chemického průmyslu. Titan je často používán jako legovací přísada v různých slitinách, které mají zvýšené vlastnosti tvrdosti a tepelné odolnosti. Vysoké antikorozní vlastnosti a schopnost odolávat většině agresivních médií činí tento kov nepostradatelný pro chemický průmysl. Titan (jeho slitiny) vyrábí potrubí, nádrže, uzavírací ventily, filtry používané pro destilaci a dopravu kyselin a jiných reaktivních látek. Je to požadavek při vytváření zařízení pracujících v podmínkách indexů vysoké teploty. Sloučeniny titanu se používají k výrobě odolných řezných nástrojů, barev, plastů a papíru, chirurgických nástrojů, implantátů, šperků, dokončovacích materiálů používaných v potravinářském průmyslu. Všechny směry jsou obtížné popsat. Moderní medicína, díky plné biologické bezpečnosti často používá titan kov. Cena - je to jediný faktor, který stále ovlivňuje šířku použití tohoto prvku. Je pravda, že Titanium je materiálem budoucnosti, studiem kterého, lidstvo projde novou etapou vývoje.