Titanium - kovina. titan lastnosti. Uporaba titana. Stopenj in kemična sestava titana

Večna, skrivnostno, prostor, material prihodnosti - vse te in še mnoge druge epiteta dodeljene različnim virom titana. Zgodovina odkritju te kovine ni nepomembno: v istem času kot element za sprostitev v čisti obliki delal več znanstvenikov. Proces študij fizikalne in kemijske lastnosti in opredelitev svoje vloge ni končal danes. Titanium - kovina prihodnosti in njeno mesto v človeškem življenju še ni v celoti opredeljen, kar sodobni raziskovalci, veliko možnosti za ustvarjalnost in znanstvenih raziskav.

funkcija

Kemični element titanov (Titan), ki je določena v simbolom Periodni D. I. Mendeleeva Ti. Nahaja se v IV skupini strani podskupine četrto obdobje, in ima serijsko številko 22. Preprosta snovi iz titana - kovinska bela in srebrna, lahka in vzdržljiva. Elektronska konfiguracija atoma ima naslednjo strukturo: +22) 2) 8) 10) 2 , 1S 2S ^{2 2} 3S ^{2 6} 2P 3P 3d ^{6 2 2} 4S. Zato, titanov ima več možnih oksidacijska stanja 2, 3, 4, v najbolj stabilnih spojinah je tetravalentna.

Titanov - zlitino ali kovine?

To vprašanje je v interesu, da veliko. Leta 1910 je ameriški kemik Hunter prvi čisti titan. Kovinska vsebuje le 1% nečistoč, vendar pa količina zanemarljiva in izkazalo daje možnost nadaljnje preiskave njegovih lastnosti. Duktilnost tega materiala je bila dosežena tolkopod visoki temperaturi, pri normalnih pogojih (sobna temperatura), je vzorec preveč krhki. V bistvu se ta postavka ne zanima znanstveniki zaradi njegove možnosti uporabe zdelo preveč negotova. Kompleksnost pridobivanje in nadaljnjo preiskavo zmanjšala možnosti njene uporabe. Šele leta 1925, kemiki iz nizozemske J. de Boer in A. van Arkel prejeli titana, lastnosti katerih so pritegnil pozornost inženirji in oblikovalci po vsem svetu. Zgodovina študije tega elementa se začne z 1790, je bila v tem času vzporedno, neodvisno drug od drugega, sta znanstveniki odkrili titana kot kemijski element. Vsak od njih prejme (oksid) sredstvo spojine, ni opomore kovine v čisti obliki. Titanium velja za pionirja angleškega meniha mineralog William Gregor. Na območju njegove župnije, ki se nahaja v jugozahodnem delu Anglije, mlad znanstvenik začel študirati črn pesek Menakena dolino. Rezultati poskusov z magnetom je bila dodelitev svetlečih zrn, ki so titanove spojine. Hkrati nemški kemik Martin Heinrich Klaproth opredelila novo snov iz mineralne rutil. Leta 1797 se je tudi izkazalo, da so vzporedno z odprtimi elementi podobno. titanov dioksid več kot stoletje, je skrivnost za mnoge kemikov za pridobitev čiste kovine ni bilo mogoče celo za Berzelius. Najnovejše tehnologije XX stoletja močno pospešila proces učenja omenjenega elementa in določiti začetno smer njegove uporabe. V tem okviru se nenehno širi. Omejiti njen obseg lahko le zapletenost postopka za pridobitev snovi, kot so čisti titan. Cena in kovinske zlitine je precej visoka, tako da ne more izpodriniti tradicionalni železa in aluminija na dan.

Izvor imena

Menakin - prvo ime iz titana, ki je bila uporabljena do leta 1795. To je pravica, po teritorialni pripadnosti, ki se imenuje nov element W. Gregor. Martin Klaproth dodeli element je leta 1797 ime "Titan". V tem času, njegov francoski kolega, ki ga zelo vpliven kemik A. L. Lavuaze 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 moramo priznati, da je uporabnik izbran Klaproth izraz popolnoma ustreza kovine - je večkrat poudaril sodobnih znanstvenikov. Obstajata dve glavni teorije ime Titan. Metal se lahko imenuje v čast vilinska kraljica Titanija (znakov germanski mitologiji). To ime simbolizira tako lahkotnost in moč sredstvo. Večina znanstvenikov so nagnjeni k uporabi grške mitologije, v kateri so bili Titani imenovano sinove mogočne zemlje boginja Gaia. Ta različica pravi, da ime že odprtega elementa - urana.

Biti v naravi

Od kovine, ki je s tehničnega vidika vrednosti za osebe, titanov uvršča na četrto mesto po obsegu zemeljske skorje. Velik del narave značilno le železa, magnezija in aluminija. Najbolj vsebnost titanovega navedeno v bazalta lupini nekoliko manjši v granit plasti. V morski vodi, vsebnost snovi je nizka - okoli 0,001 mg / L. Kemični element titana je zelo aktivna, tako da v je njen čisti obliki ni mogoče izpolniti. V večini primerov je prisotna v spojinah s kisikom, in ima valenco štiri. Število titaniferous mineralov giblje 63-75 (iz različnih virov), medtem ko je v sedanji fazi raziskav, znanstveniki še vedno odkrivajo nove oblike spojin. Za praktično uporabo, so najpomembnejši naslednji minerali:

1. Ilmenita (FeTiO _3).
2. Rutilni (TiO _2).
3. Titanit (CaTiSiO _5).
4. Perovskita (CaTiO _3).
5. Titanomagnetite (FeTiO ₃ + Fe ₃ O ₄₎ in t. D.

Vse obstoječe titaniferous rude je razdeljen na osnovni in ravninsko namestilno. Ta element je šibka migrant, lahko potujejo le v telitvi kamni ali skale premakniti mulja na dnu. V biosfero, največja količina titana iz alg. Predstavniki kopenske favne element kopiči v tkivih roga, las. Za človeško telo lastnosti titanovega prisotnega v vranici, nadledvične žleze, posteljice, žleze ščitnice.

fizikalne lastnosti

Titanium - železne kovine, ki ima srebrno-bele barve, podobna jekla. Pri temperaturi 0 ⁰ ° C gostoto 4.517 g / ^cm3. Snov ima nizko toplotno maso, ki je značilna za alkalijskih kovin (kadmij, natrij, litij, cezijev). Gostota titanov zavzema vmesni položaj med železom in aluminija, medtem ko je izvedba je višja od obeh elementov. Glavne lastnosti kovin, ki se upoštevajo pri določitvi obsega njegovo izvajanje je napetost tečenja in trdnost. Titanov aluminij močnejši za 12-krat, železa in bakra - 4-krat, pri čemer je bistveno lažje. 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. Registracijska značilnost titana - nizka toplotna prevodnost, in zato so te lastnosti hranijo pri povišanih temperaturah do 500 ⁰ C v magnetnem polju je paramagnetno titan element, da se ne privlači kot železo, in se ne izvrže kot baker. Zelo visoka zmogljivost protikorozijska v težkih okoljih in mehanskimi vplivi so edinstveni. Več kot 10 let pa v morski vodi ni spremenil videz in sestavo titanovega plošče. Železo v tem primeru bi bila uničena popolnoma razjeden.

Termodinamske lastnosti titana

1. Gostota (pri normalnih pogojih) je 4,54 g / ^cm3.
2. Atomska številka - 22.
3. Kovine Group - odporna, lahka.
4. Atomska masa titana - 47.0.
5. Vrelišče ⁽⁰ ° C) - 3260.
6. Molska prostornina ^cm3 / mol - 10.6.
7. Tališče titana ⁽⁰ ° C) - 1668.
8. Specifična toplota izparevanja (kJ / mol) - 422,6.
9. Upornost (pri 20 ⁰ C) ohmov * cm x 10 ^-6 - 45.

kemijske lastnosti

Izboljšano korozijsko odpornostjo element zaradi tvorbe na površini filma oksida majhna. To preprečuje (pri normalnih pogojih) kemično reagira s plini (kisik, vodik), ki se nahajajo v okoliški atmosferi elementa, kot kovinskega titana. Njegove lastnosti spremenijo pod vplivom temperature. Ko se dvigne na 600 ⁰ C, z reakcijo med kisikom, kar vodi k nastanku titanovega oksida (TiO _2). Pri absorpcije atmosferskimi plini se tvorijo občutljive spojine, ki je praktično uporabno Iz tega razloga varjenje in taljenje titana, proizvedenega v vakuumu. Je reverzibilna reakcija Postopek po raztapljanje vodika v kovino, se pojavlja bolj aktiven pri višjih temperaturah (400 ⁰ C in več). Titanov, predvsem drobni delci (tanka plošča ali žica) žgemo v dušikovi atmosferi. Kemijska reakcija med možna le pri temperaturi 700 ⁰ C, s čimer se tvori nitrida kositra. Z veliko oblik zelo trdih kovinskih zlitin se pogosto zlitinski element. Reakcijsko s halogeni (krom, bromo, jodo) začne le, če prisotnost katalizatorja (visoka temperatura), ob interakcije s suho snovjo. To povzroči zelo trdo ognjevzdržnih zlitine. Z raztopine večini kisline in baze titana kemično aktivni izjema je koncentrirana žveplova (s podaljšanim vrelišče), fluorovodikova, vroče organska (mravljinčna kislina, oksalna kislina).

Skladišče

Najpogostejši naravni ilmenita rude - njegove rezerve so ocenjeni na 800 milijonov ton. Vloge rutila depoziti so veliko bolj skromna, vendar je skupna prostornina - hkrati pa ohranja rast proizvodnje - je treba zagotoviti človeštvo za naslednjih 120 let, za kovine, kot so titana. Cena končnega izdelka bo odvisna od povpraševanja in dvig proizvodnje izvedljivosti, vendar v povprečju znašala od 1200 do 1800 rubljev. / Kg. S stalnim tehnične izboljšave znatno zmanjša stroške vseh proizvodnih procesov v svojih pravočasno nadgradnje. Največje rezerve iz titana rude imajo Kitajsko in Rusijo, ter osnove mineralnih virov so Japonska, Južna Afrika, Avstralija, Kazahstan, Indija, Južna Koreja, Ukrajina, Cejlon. Depoziti različnih obsega proizvodnje in odstotek titana v rude, geološke raziskave so vedno nadaljuje, kar omogoča, da prevzame padec tržne vrednosti kovin in njegovo širšo uporabo. Rusija je daleč največji proizvajalec titana.

sprejem

Za proizvodnjo titanovega dioksida se najpogosteje uporablja, ki vsebuje minimalno količino nečistoč. Dobimo jih obogati ilmenita in rutila koncentrati rud. peč toplotna obdelava Električni loka pojavi rudo, ki ga spremlja tvorbi železa in ločevanje žlindre, ki vsebuje titanov oksid. Sulfat ali klorid metodo uporabimo za predelavo frakcije prostega železa. Titanov oksid je prah sive (glej. Sliki). Titana dobimo z njegovo postopno obdelavo.

Prva faza je postopek žlindre sintranja z izpostavljenostjo koks in klor hlapov. _TiCl4 je zmanjšana, nastalo magnezij ali natrija ko podvržemo temperaturi 850 ⁰ C. Titanium igrišče (porozni zlit mase), pridobljen s kemijsko reakcijo, ali pa očistili stalimo v ingote. Glede na nadaljnji uporabi krajem, ali je kovinska zlitina tvorjena v čisti obliki (nečistoče odstranimo s segrevanjem do 1000 ⁰ C). Za proizvodnjo snovi z nečistoče frakcija 0,01% jodida uporabljene metode. Temelji na procesu uparjanja titanovega gobo obdelane s halogenom, njeno paro.

Področja uporabe

Tališče titana je dovolj visoka, da je kovinski dragoceno prednost enostavnosti uporabe kot gradbenega materiala. Zato meni, največjo vlogo v ladjedelništvu, letalsko industrijo, proizvodnjo raket, kemične tovarne. Titan se pogosto uporablja kot dopanta v različnih zlitin, ki kažejo izboljšane lastnosti toplotne odpornosti in trdnosti. Visoka odpornost proti koroziji in odpornost na najbolj agresivnih okoljih bo ta kovina je nujno potreben za kemično industrijo. Titanove (zlitine) so narejene cevovodov, rezervoarji, ventili, filtri, ki se uporabljajo za destilacijo in prevoz kislin in drugih kemijsko aktivnih snovi. Zahteval je pri ustvarjanju izdelkov, ki delujejo pri povišani uspešnosti temperature. 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 za popolno biološke varnosti pogosto uporablja kovinskega titana. Cena - to je edini dejavnik, ki vpliva na dolgo širino uporabe tega elementa. Upravičeno trditi, da je iz titana - material prihodnosti, učenje, da je človeštvo bo vstop v novo fazo razvoja.