När titan upptäcktes. Generella egenskaper. Upptäcktshistoria. Termodynamiska egenskaper hos titan

1941 Koktemperatur 3560 Ud. smältvärme 18,8 kJ / mol Ud. förångningsvärme 422,6 kJ / mol Molär värmekapacitet 25,1 J / (K mol) Molär volym 10,6 cm ³ / mol Kristallgitter av en enkel substans Gitterstruktur hexagonal
nära packad (α-Ti) Gitterparametrar a = 2,951 c = 4,697 (α-Ti) Attityd c/a 1,587 Debye temperatur 380 Andra egenskaper Värmeledningsförmåga (300 K) 21,9 W / (m K) CAS-nummer 7440-32-6

Kollegial YouTube

1 / 5

✪ Titan / Titan. Kemi är enkel

✪ Titan är det STÄRKASTE METALLET PÅ JORDEN!

✪ Kemi 57. Titanelement. Mercury Element - Academy of Entertaining Sciences

Production Titanproduktion. Titan är en av de starkaste metaller i världen!

✪ Iridium - den sällsynta metallen på jorden!

undertexter

Hej alla! Med dig Alexander Ivanov och detta är projektet "Kemi är enkelt" Och nu ska vi tända lite med titan! Så här ser några gram rent titan ut, som erhölls för länge sedan vid University of Manchester, när det inte ens var ett universitet ännu Detta prov från samma museum Och så här är det huvudsakliga mineralet från vilket titan bryts ser ut som This is Rutile Totalt är mer än 100 mineraler kända som innehåller titan 1867, allt som var känt för människor om titan passar in i en lärobok på 1 sida I början av 1900 -talet har inget mycket förändrats 1791, den engelska kemisten och mineralogen William Gregor upptäckte ett nytt element i mineralet menakit och kallade det "menakin" Lite senare, 1795, upptäckte den tyska kemisten Martin Klaproth ett nytt kemiskt element i ett annat mineral - rutil. Titan fick sitt namn från Klaproth , som namngav det efter drottningen av tomtar Titania. Men enligt en annan version kommer elementets namn från titanerna, jordgudinnans mäktiga söner - Gays Men 1797 visade det sig att Gregor och Klaproth hade upptäckte samma kemiska element. Men namnet det som återstod var det som Klaproth gav. Men varken Gregor eller Klaproth kunde få metalliskt titan. De fick ett vitt kristallint pulver, som var titandioxid. För första gången erhölls metalliskt titan av den ryska forskaren D.K. Kirilov 1875 Men som det händer utan ordentlig täckning märktes hans arbete inte. Därefter fick svenskarna L. Nilsson och O. Peterson ren titan, liksom fransmannen Moissan. Det var först 1910 som den amerikanska kemisten M Hunter förbättrade de tidigare metoderna för att erhålla titan och fick flera gram rent 99% titan. Det är därför som det i de flesta böcker är Hunter som anges som forskaren som fick metalltitan från den stora framtiden för titan, ingen profeterade, eftersom de minsta orenheterna i dess sammansättning gjorde den mycket ömtålig och ömtålig, vilket inte tillät mekanisk bearbetning. Därför fann vissa titanföreningar sin utbredda användning tidigare än själva metallen. Titantetraklorid användes i den första världskrig för att skapa rökskärmar I det fria hydrolyseras titantetraklorid för att bilda titanoxiklorider och titanoxid Vit rök som vi ser är partiklar av titanoxiklorider och oxid Vad dessa partiklar kan bekräftas om vi tappar några droppar titantetraklorid i vatten tetraklorid titan används för närvarande för att erhålla metalliskt titan Metoden för att erhålla rent titan i hundra år har inte förändrats För det första omvandlas titandioxid med hjälp av klor till titantetraklorid, som vi pratade om tidigare i form av en svamp Denna process är utförs vid en temperatur av 900 ° C i stålretorter På grund av reaktionens hårda förhållanden har vi tyvärr inget sätt att visa denna process. Som ett resultat erhålls en titansvamp, som smälts till en kompakt metall. efterbehandling, som vi kommer att beskriva i detalj i videon om zirkonium Som du redan har märkt är titantetraklorid en transparent färglös vätska under normala förhållanden. tillstånd Titantriklorid är hygroskopiskt. Därför är det möjligt att arbeta med det endast i en inert atmosfär. Titantriklorid löser sig bra i saltsyra. Du observerar nu denna process. I lösningen bildas en komplex jon 3– Vad är komplexa joner, jag ska berätta för dig någon gång nästa gång. Under tiden är det bara förskräckt :) Om du tillsätter lite salpetersyra till den resulterande lösningen bildas titanitrat och en brun gas frigörs, vilket vi faktiskt ser Det finns en kvalitativ reaktion på titanjoner. Tappa väteperoxid som du kan se, uppstår en reaktion med bildandet av en färgglada förening Detta är nadi-titansyra. 1908 började titandioxid användas i USA för produktion av vitt, som ersatte vitt, som var baserat på bly och zink Titanvitt var mycket överlägsen i kvalitet jämfört med bly- och zinkanaloger. Metall- och träbeläggningar i varvsindustri För närvarande används titandioxid i Livsmedelsindustrin som ett vitt färgämne är det en tillsats E171, som finns i krabba, frukostflingor, majonnäs, tuggummi, mejeriprodukter etc. Titandioxid används också i kosmetika - det är en del av solkrämskrämmen ”Inte allt är guld som glittrar ”- vi känner till detta ordspråk från barndomen Och i relation till den moderna kyrkan och titan fungerar det i bokstavlig mening Och det verkar, vad kan vara gemensamt mellan kyrkan och titan? Och här är vad: alla moderna kupoler i kyrkor som skimrar av guld har faktiskt ingenting med guld att göra. I själva verket är alla kupoler täckta med titanitrid. Dessutom används titanitrid för att täcka borr för metall Det var först 1925 att titan med hög renhet erhölls, vilket gjorde det möjligt att studera det fysikalisk -kemiska egenskaper Och de visade sig vara fantastiska Det visade sig att titan, som är nästan två gånger lättare än järn, överträffar många stål i styrka. Även om titan är ett och ett halv gånger tyngre än aluminium, det är sex gånger starkare än det och behåller sin styrka upp till 500 ° C. - på grund av dess höga elektriska konduktivitet och icke -magnetiska egenskaper har titan ett stort intresse för elektroteknik Titan har ett högt motstånd mot korrosion På grund av sina egenskaper har titan blivit ett material för rymdteknik VSMPO-AVISMA-företaget ligger i Verkhnyaya Salda i Ryssland, som producerar titan för världens rymdindustri Från Verkhne Salda gör titan boeings, airbuses, rolls-ro Ja, olika kemisk utrustning och många andra dyra skräp Men var och en av er kan få en spade eller kofot av rent titan! Och det är inget skämt! Och så här reagerar fint titanpulver med atmosfäriskt syre Tack vare en så färgstark förbränning har titan funnit tillämpning inom pyroteknik.Och det är allt, prenumerera, sätt upp fingret, glöm inte att stödja projektet och berätta för dina vänner! Hejdå!

Historia

Upptäckten av TiO 2 gjordes nästan samtidigt och oberoende av varandra av en engelsman W. Gregor?! och den tyska kemisten M.G. Klaprot. W. Gregor, som undersökte sammansättningen av magnetisk järnsand (Creed, Cornwall, England), identifierade en ny "jord" (oxid) av en okänd metall, som han kallade Menakenova. År 1795 upptäckte den tyske kemisten Klaproth ett nytt element i rutilmineralet och kallade det titan. Två år senare konstaterade Klaproth att rutil och menakeniansk jord är oxider av samma element, bakom vilket namnet "titan", som föreslogs av Klaproth, fanns kvar. Tio år senare upptäcktes titan för tredje gången. Den franske forskaren L. Vauquelin upptäckte titan i anatas och bevisade att rutil och anatas är identiska titanoxider.

Det första provet av metalliskt titan erhölls 1825 av J. J. Berzelius. På grund av titans höga kemiska aktivitet och komplexiteten i dess rening erhölls ett rent Ti -prov av holländarna A. van Arkel och I. de Boer 1925 genom termisk sönderdelning av titanjodid TiI 4 -ånga.

namns ursprung

Metallen fick sitt namn för att hedra titanerna, karaktärerna i den antika grekiska mytologin, Gaias barn. Elementets namn gavs av Martin Klaproth i enlighet med hans åsikter om kemisk nomenklatur, i motsats till den franska kemiskolan, där de försökte namnge elementet med dess kemiska egenskaper. Eftersom den tyska forskaren själv noterade omöjligheten att bestämma egenskaperna hos ett nytt element endast genom dess oxid, valde han ett namn för det från mytologi, analogt med uran som han tidigare hade upptäckt.

Att vara i naturen

Titan är den tionde mest förekommande i naturen. Innehållet i jordskorpan är 0,57 viktprocent, i havsvatten - 0,001 mg / l. I ultrabasiska stenar 300 g / t, i basiska bergarter - 9 kg / t, i sura stenar 2,3 kg / t, i leror och skiffer 4,5 kg / t. I jordskorpan är titan nästan alltid tetravalent och finns endast i syreföreningar. Hittas inte i fri form. Titan under vittring och sedimentering har en geokemisk affinitet för Al 2 O 3. Det är koncentrerat i bauxiten i vittringskorpan och i marina lersediment. Titan överförs i form av mekaniska fragment av mineraler och i form av kolloider. Upp till 30 viktprocent TiO 2 ackumuleras i vissa leror. Titanmineraler är resistenta mot vittring och bildar stora koncentrationer i placerare. Mer än 100 mineraler är kända för att innehålla titan. Den viktigaste av dem: rutil TiO 2, ilmenit FeTiO 3, titanomagnetit FeTiO 3 + Fe 3 O 4, perovskit CaTiO 3, titanit CaTiSiO 5. Det finns primära titanmalmer-ilmenit-titanomagnetit och placermalm-rutil-ilmenit-zirkon.

Födelseort

Titanavlagringar finns i Sydafrika, Ryssland, Ukraina, Kina, Japan, Australien, Indien, Ceylon, Brasilien, Sydkorea, Kazakstan. I OSS -länderna intar Ryska federationen (58,5%) och Ukraina (40,2%) den ledande platsen i utforskade reserver av titanmalm. Den största insättningen i Ryssland är Yaregskoye.

Reserver och produktion

För 2002 användes 90% av det utvunna titanet för produktion av titandioxid TiO 2. Världsproduktionen av titandioxid var 4,5 miljoner ton per år. Bekräftade reserver av titandioxid (exklusive Ryssland) uppgår till cirka 800 miljoner ton. Enligt USA: s geologiska undersökning, 2006, vad gäller titandioxid och exklusive Ryssland, är reserverna av ilmenitmalm 603-673 miljoner ton och av rutil malmer - 49, 7-52,7 miljoner ton. Således, med den nuvarande produktionstakten av världens beprövade reserver av titan (exklusive Ryssland), kommer det att räcka i mer än 150 år.

Ryssland har världens näst största titanreserv efter Kina. Mineralresursbasen för titan i Ryssland består av 20 fyndigheter (varav 11 är primära och 9 är placerare), som är ganska jämnt spridda över hela landet. Den största av de utforskade fyndigheterna (Yaregskoye) ligger 25 km från staden Ukhta (Komirepubliken). Depotens reserver uppskattas till 2 miljarder ton malm med en genomsnittlig titandioxidhalt på cirka 10%.

Världens största titanproducent - Ryskt företag VSMPO-AVISMA.

Tar emot

I regel är utgångsmaterialet för produktion av titan och dess föreningar titandioxid med en relativt liten mängd föroreningar. I synnerhet kan det vara ett rutilkoncentrat som erhålls under förädling av titanmalmer. Rutilreserverna i världen är dock mycket begränsade, och den så kallade syntetiska rutil- eller titanslaggen som erhålls vid bearbetning av ilmenitkoncentrat används ofta. För att erhålla titanslagg reduceras ilmenitkoncentratet i en ljusbågsugn, medan järn separeras i en metallisk fas (gjutjärn), och inte reducerade oxider av titan och föroreningar bildar en slaggfas. Rik slagg bearbetas med klorid- eller svavelsyrametoden.

Titanmalmskoncentratet utsätts för svavelsyra eller pyrometallurgisk bearbetning. Produkten av svavelsyrabehandling är titandioxid TiO 2 -pulver. Med den pyrometallurgiska metoden sintras malmen med koks och behandlas med klor, vilket ger ett par titantetraklorid TiCl4:

T i O 2 + 2 C + 2 C l 2 → T i C l 4 + 2 C O (\ displaystyle (\ mathsf (TiO_ (2) + 2C + 2Cl_ (2) \ högerpil TiCl_ (4) + 2CO)))

De resulterande TiCl 4 -ångorna vid 850 ° C reduceras med magnesium:

T i C l 4 + 2 M g → 2 M g C l 2 + T i (\ displaystyle (\ mathsf (TiCl_ (4) + 2Mg \ rightarrow 2MgCl_ (2) + Ti)))

Dessutom börjar den så kallade FFC Cambridge-processen, uppkallad efter dess utvecklare Derek Frey, Tom Farthing och George Chen, och University of Cambridge, där den skapades, nu bli populär. Denna elektrokemiska process möjliggör direkt kontinuerlig reduktion av titan från oxid i en smält blandning av kalciumklorid och kalk. Denna process använder ett elektrolytiskt bad fyllt med en blandning av kalciumklorid och kalk, med en förbrukningsbar (eller neutral) grafitanod och en katod gjord av oxid som ska reduceras. När en ström passerar genom badet når temperaturen snabbt ~ 1000-1100 ° C och kalciumoxidsmältan sönderdelas vid anoden till syre och metalliskt kalcium:

2 C a O → 2 C a + O 2 (\ displaystyle (\ mathsf (2CaO \ rightarrow 2Ca + O_ (2)))))

Det resulterande syret oxiderar anoden (vid användning av grafit) och kalcium migrerar i smältan till katoden, där den reduceras från titanoxid:

O 2 + C → C O 2 (\ displaystyle (\ mathsf (O_ (2) + C \ högerpil CO_ (2)))) T i O 2 + 2 C a → T i + 2 C a O (\ displaystyle (\ mathsf (TiO_ (2) + 2Ca \ rightarrow Ti + 2CaO)))

Den bildade kalciumoxiden dissocieras igen till syre och metalliskt kalcium, och processen upprepas tills katoden är helt omvandlad till en titansvamp, eller kalciumoxiden är slut. Kalciumklorid i denna process används som en elektrolyt för att ge elektrisk konduktivitet till smältan och rörligheten för aktiva kalcium- och syrejoner. När man använder en inert anod (till exempel tennoxid), i stället för koldioxid, frigörs molekylärt syre vid anoden, vilket förorenar miljön mindre, men processen blir i detta fall mindre stabil och dessutom under vissa förhållanden , sönderdelningen av klorid blir mer energiskt gynnsam. och inte kalciumoxid, vilket leder till frisättning av molekylärt klor.

Den resulterande titansvampen smälts om och förädlas. Titan raffineras med jodidmetoden eller elektrolys, vilket skiljer Ti från TiCl4. För att erhålla titangängor används båge, elektronstråle eller plasmabehandling.

Fysikaliska egenskaper

Titan är en lätt, silverfärgad metall. Det finns i två kristallina modifieringar: α-Ti med ett sexkantigt förpackat galler (a = 2,951 Å; c = 4,679 Å; z = 2; rymdgrupp C6mmc), β-Ti med kubisk kroppscentrerad förpackning (a = 3,269 Å; z = 2; rymdgrupp Im3m), är α↔β -övergångstemperaturen 883 ° C, AH -övergången är 3,8 kJ / mol. Smältpunkt 1660 ± 20 ° C, kokpunkt 3260 ° C, densitet för α-Ti respektive β-Ti, lika med 4,505 (20 ° C) och 4,32 (900 ° C) g / cm³, atomdensitet 5,71⋅10 22 at / cm³ [ ]. Plast, svetsbar i en inert atmosfär. Resistivitet 0,42 μOhm m vid 20 ° C

Den har en hög viskositet, under bearbetning är den benägen att fastna på skärverktyget och kräver därför applicering av speciella beläggningar på verktyget, olika smörjmedel.

Vid normala temperaturer är den täckt med en skyddande passiverande film av TiO 2-oxid, på grund av detta är den korrosionsbeständig i de flesta miljöer (utom alkaliska).

Titandamm tenderar att explodera. Flampunkt - 400 ° C. Titanspån är brandfarligt.

Titan, tillsammans med stål, volfram och platina, är mycket stabilt i vakuum, vilket tillsammans med sin lätthet gör det mycket lovande i utformningen av rymdfarkoster.

Kemiska egenskaper

Titan är resistent mot utspädda lösningar av många syror och alkalier (förutom H 3 PO 4 och koncentrerad H 2 SO 4).

Det reagerar lätt även med svaga syror i närvaro av komplexbildande medel, till exempel med fluorvätesyra, det interagerar på grund av bildandet av en komplex anjon 2−. Titan är mest mottagligt för korrosion i organiska medier, eftersom det i närvaro av vatten bildas en tät passiv film av titanoxider och hydrid på ytan av en titanprodukt. Den mest märkbara ökningen av korrosionsbeständigheten hos titan märks med en ökning av vattenhalten i en aggressiv miljö från 0,5 till 8,0%, vilket bekräftas av elektrokemiska studier av elektrodpotentialer av titan i lösningar av syror och alkalier i blandade vattenhaltiga -organiska medier.

Vid uppvärmning i luft till 1200 ° C tänds Ti med en ljus vit låga med bildandet av oxidfaser med variabel sammansättning TiO x. Från lösningar av titansalter fälls ut hydroxid TiO (OH) 2 · xH20, som noggrant kalcineras för att erhålla oxiden TiO2. Hydroxid TiO (OH) 2 · xH20 och dioxid TiO2 är amfotera.

Ansökan

I ren form och i form av legeringar

• Titan i form av legeringar är det viktigaste konstruktionsmaterialet inom flygplan, raket och skeppsbyggnad.
• Metallen används i: kemisk industri(reaktorer, rörledningar, pumpar, rörledningsbeslag), militärindustri (karosseri, rustning och brandväggar inom luftfart, skrov ubåtar), industriprocesser (avsaltningsanläggningar, cellulosa- och pappersprocesser), bilindustrin, lantbruksindustrin, livsmedelsindustrin, piercingsmycken, den medicinska industrin (proteser, osteoproteser), tand- och endodontiska instrument, tandimplantat, sportartiklar, Smycken, mobiltelefoner, lätta legeringar etc.
• Titangjutning utförs i vakuumugnar i grafitformar. Vakuuminvesteringsgjutning används också. På grund av tekniska svårigheter vid konstnärlig gjutning används den i begränsad omfattning. Den första monumentala gjutna skulpturen av titan i världen är monumentet till Yuri Gagarin på torget uppkallat efter honom i Moskva.
• Titan är ett legeringstillskott i många legerade stål och de mest speciella legeringarna [ Vad?] .
• Nitinol (nickel-titan) är en formminneslegering som används inom medicin och teknik.
• Titanaluminider är mycket oxidationsbeständiga och värmebeständiga, vilket i sin tur har bestämt deras användning inom flyg och bilindustrin som konstruktionsmaterial.
• Titan är ett av de vanligaste gettermaterialen som används i högvakuumpumpar.

I form av anslutningar

• Vit titandioxid (TiO 2) används i färger (t.ex. titanvitt) samt i papper och plast. Kosttillskott E171.
• Organotitanföreningar (till exempel tetrabutoxititan) används som katalysator och härdare i kemiska och färg- och lackindustrin.
• Oorganiska titanföreningar används i den kemiska elektroniska och glasfiberindustrin som tillsatser eller beläggningar.
• Titankarbid, titandiborid, titankarbonitrid är viktiga komponenter i superhårda material för metallbearbetning.
• Titanitrid används för att belägga verktyg, kyrkokupoler och vid tillverkning av smycken, eftersom det har en färg som liknar guld.
• Bariumtitanat BaTiO 3, blytitanat PbTiO 3 och ett antal andra titanater - ferroelektriska ämnen.

Det finns många titanlegeringar med olika metaller. Legeringselement är indelade i tre grupper, beroende på deras effekt på temperaturen för polymorf transformation: på beta-stabilisatorer, alfa-stabilisatorer och neutrala härdare. Den förra sänker transformationstemperaturen, den senare ökar, den tredje påverkar den inte, men leder till att lösningen härdas av matrisen. Exempel på alfastabilisatorer: aluminium, syre, kol, kväve. Betastabilisatorer: molybden, vanadin, järn, krom, nickel. Neutrala härdare: zirkonium, tenn, kisel. Betastabilisatorer är i sin tur indelade i beta-isomorfa och beta-eutektoidbildande.

Den vanligaste titanlegeringen är Ti-6Al-4V (i den ryska klassificeringen-VT6).

Analys av konsumtionsmarknader

Renheten och graden av grovt titan (titansvamp) bestäms vanligtvis av dess hårdhet, vilket beror på föroreningsinnehållet. De vanligaste märkena är TG100 och TG110 [ ] .

Fysiologisk verkan

Som nämnts ovan används titan också inom tandvården. Ett särdrag hos användningen av titan är inte bara styrka, utan också metallens förmåga att smälta ihop med benet, vilket gör det möjligt att säkerställa tandbasens kvasi-monolitiska natur.

Isotoper

Naturligt titan består av en blandning av fem stabila isotoper: 46 Ti (7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5, 34%).

Kända artificiella radioaktiva isotoper 45 Ti (T ½ = 3,09 h), 51 Ti (T ½ = 5,79 min) och andra.

Anteckningar

1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomvikter för elementen 2011 (IUPAC Technical Report) (engelska) // Ren och tillämpad kemi. - 2013. - Vol. 85, nej. 5. - S. 1047-1078. -DOI: 10.1351 / PAC-REP-13-03-02.
2. Redaktion: N.S. Zefirov (chefredaktör). Kemisk encyklopedi: i 5 volymer - Moskva: sovjetisk encyklopedi, 1995. - T. 4. - S. 590-592. - 639 sid. - 20 000 exemplar. -ISBN 5-85270-039-8.
3. Titan- artikel från Physical Encyclopedia
4. J.P. Riley och Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
5. Titanavlagring.
6. Titanavlagring.
7. Ilmenit, rutil, titanomagnetit - 2006
8. Titan (ospecificerad) ... Informations- och analyscentrum "Mineral". Hämtad 19 november 2010. Arkiverad 21 augusti 2011.
9. VSMPO-AVISMA Corporation
10. Koncz, St; Szanto, St. Waldhauser, H., Der Sauerstoffgehalt von Titan-jodidstäben, Naturwiss. 42 (1955) s. 368-369
11. Titan är framtidens metall (Ryska).
12. Titan - artikel från Chemical Encyclopedia
13. Inverkan av vatten på titanpassiveringsprocessen - 26 februari 2015 - Kemi och kemisk teknik i livet (ospecificerad) ... www.chemfive.ru. Behandlingsdatum 21 oktober 2015.
14. Gjutkonsten under 1900 -talet
15. På den globala titanmarknaden har priserna stabiliserats under de senaste två månaderna (översyn)

Länkar

• Titan i det populära biblioteket för kemiska element

H han Li Vara B C N O F Ne Na Mg Al Si P S

Monumentet till ära för erövrarna av rymden restes i Moskva 1964. Det tog nästan sju år (1958-1964) att designa och bygga denna obelisk. Författarna var tvungna att lösa inte bara arkitektoniska och konstnärliga, utan också tekniska problem. Det första av dessa var valet av material, inklusive fasad. Efter mycket experimenterande bestämde vi oss för titanplåtar som polerades till en glans.

I många egenskaper, och framför allt i korrosionsbeständighet, överträffar titan de allra flesta metaller och legeringar. Ibland (särskilt i populärlitteratur) kallas titan den eviga metallen. Men låt oss först tala om historien om detta element.

Oxiderad eller inte oxid?

Fram till 1795 kallades element nummer 22 för "menakin". Så här namngavs det 1791 av den engelska kemisten och mineralogen William Gregor, som upptäckte ett nytt element i mineralet menakanit (leta inte efter detta namn i moderna mineralogiska referensböcker - menakanit har också bytt namn, nu kallas det ilmenit ).

Fyra år efter upptäckten av Gregor upptäckte den tyska kemisten Martin Klaproth ett nytt kemiskt element i ett annat mineral - rutil - och till ära av elvernas drottning Titania (germansk mytologi) kallade det titan.

Enligt en annan version kommer elementets namn från titanerna, de mäktiga sönerna till jordens gudinna - Gaia (grekisk mytologi).

År 1797 blev det klart att Gregor och Klaproth hade upptäckt samma element, och även om Gregor hade gjort det tidigare, bekräftades det namn som Klaproth gav honom bakom det nya elementet.

Men varken Gregor eller Klaproth lyckades få elementära titan... Det vita kristallina pulvret som de isolerade var titandioxid Ti02. Under lång tid lyckades ingen av kemisterna reducera denna oxid, isolera ren metall från den.

År 1823 rapporterade den engelska forskaren W. Wollaston att de kristaller han upptäckte i metallurgiska slaggarna i Merthyr-Tidville-anläggningen inte var annat än rent titan. Och 33 år senare bevisade den berömda tyska kemisten F. Wöhler att dessa kristaller återigen var en titanförening, denna gång en metallliknande karbonitrid.

Under många år trodde man att metall titan erhölls först av Berzelius 1825. vid minskning av kaliumfluorotitanat med natriummetall. I dag kan man emellertid, när man jämför egenskaperna hos titan och produkten som Berzelius erhållit, hävdas att Vetenskapsakademiens ordförande hade fel, eftersom rent titabnum snabbt löses upp i fluorvätesyra (till skillnad från många andra syror) och Berzelius metall titan motstod framgångsrikt dess handling.

I själva verket erhölls Ti först 1875 av den ryska forskaren D.K. Kirillov. Resultaten av detta arbete publiceras i hans broschyr Research on Titanium. Men arbetet med en lite känd rysk vetenskapsman gick obemärkt förbi. Efter ytterligare 12 år erhölls en ganska ren produkt - cirka 95% titan - av Berzelius landsmän, de berömda kemisterna L. Nilsson och O. Peterson, som reducerade titantetraklorid med metalliskt natrium i en stålhermetisk bomb.

År 1895, den franska kemisten A. Moissan, som reducerade titandioxid med kol i en bågugn och utsatte det resulterande materialet för dubbel raffinering, erhöll titan som endast innehöll 2% av föroreningar, främst kol. Slutligen, 1910, lyckades den amerikanska kemisten M. Hunter, efter att ha förbättrat Nilson och Petersons metod, få flera gram titan med en renhet på cirka 99%. Det är därför som i de flesta böcker prioriteras att få metalliskt titan till Hunter, och inte till Kirillov, Nilsson eller Moissan.

Varken Hunter eller hans samtid förutspådde dock en stor framtid för titanen. Endast några tiondelar av föroreningarna fanns i metallen, men dessa föroreningar gjorde titan sprött, skört och olämpligt för bearbetning. Därför fann vissa titanföreningar användning tidigare än själva metallen. Ti -tetraklorid, till exempel, användes i stor utsträckning under första världskriget för att skapa rökskärmar.

Nr 22 i medicin

1908, i USA och Norge, började tillverkningen av vitt inte från föreningar av bly och zink, som man gjorde tidigare, utan från titandioxid. Sådan vit kan användas för att måla en yta flera gånger större än med samma mängd bly eller zinkvitt. Dessutom har titanvitt mer reflektivitet, de är inte giftiga och mörknar inte under påverkan av vätesulfid. Den medicinska litteraturen beskriver ett fall då en person "tog" 460 g titandioxid i taget! (Jag undrar vad han förväxlade henne med?) Titandioxid "amatör" upplevde inte någon smärta samtidigt. TiO 2 är en del av några medicinska förnödenheter, särskilt salvor mot hudsjukdomar.

Det är dock inte medicin, utan färg- och lackindustrin som förbrukar de största mängderna av TiO 2. Världsproduktionen av denna förening har långt överskridit en halv miljon ton per år. Titandioxidemaljer används ofta som skyddande och dekorativa beläggningar för metall och trä inom skeppsbyggnad, konstruktion och maskinteknik. Samtidigt ökar livslängden för konstruktioner och delar avsevärt. Titanvitt används för att måla tyger, läder och andra material.

Ti i industrin

Titandioxid är en del av porslinsmassor, eldfasta glasögon, keramiska material med hög dielektrisk konstant. Som ett fyllmedel som ökar styrkan och värmebeständigheten införs det i gummiföreningar... Alla fördelar med titanföreningar verkar emellertid obetydliga mot bakgrund av de unika egenskaperna hos rent metalliskt titan.

Elementärt titan

År 1925 erhöll de nederländska forskarna van Arkel och de Boer titan med en hög renhetsgrad - 99,9% med jodidmetoden (om honom - nedan). Till skillnad från titanet som Hunter fick, hade det plasticitet: det kunde smides i kylan, rullas till ark, tejp, tråd och till och med den tunnaste folien. Men även detta är inte det viktigaste. Studier av de fysikalisk -kemiska egenskaperna hos metalliskt titan ledde till nästan fantastiska resultat. Det visade sig till exempel att titan, som är nästan två gånger lättare än järn (titandensitet 4,5 g / cm 3), överträffar många stål i styrka. Jämförelse med aluminium visade sig också vara till förmån för titan: titan är bara en och en halv gånger tyngre än aluminium, men sex gånger starkare och, viktigast av allt, det behåller sin styrka vid temperaturer upp till 500 ° C (och med tillägget legeringselement - upp till 650 ° C), medan styrkan hos aluminium- och magnesiumlegeringar sjunker kraftigt redan vid 300 ° C.

Titan har också betydande hårdhet: det är 12 gånger hårdare än aluminium, 4 gånger hårdare än järn och koppar. En annan viktig egenskap hos en metall är dess flytpunkt. Ju högre den är, desto bättre är de delar som tillverkas av denna metall motståndskraftig mot arbetsbelastningar, desto längre behåller de sin form och storlek. Titans avkastningspunkt är nästan 18 gånger högre än aluminium.

Till skillnad från de flesta metaller har titan betydande elektrisk motstånd: om silverets elektriska ledningsförmåga är 100 är kopparens elektriska konduktivitet 94, aluminium - 60, järn och platina - 15 och titan - bara 3,8. Det behöver knappast förklaras att denna egenskap, liksom titans omagnetiska egenskaper, är av intresse för radioelektronik och elektroteknik.

Korrosionsbeständigheten hos titan är anmärkningsvärd. På en tallrik gjord av denna metall, efter 10 år av att ha varit i havsvatten, har inga spår av korrosion dykt upp. De viktigaste rotorerna i moderna tunga helikoptrar är gjorda av titanlegeringar. Roder, ailerons och några andra kritiska delar av supersoniska flygplan är också gjorda av dessa legeringar. I många kemiska industrier idag kan du hitta hela apparater och kolonner av titan.

Hur titan erhålls

Priset är det som också hindrar produktion och konsumtion av titan. Egentligen är den höga kostnaden inte en medfödd defekt av titan. Det finns mycket av det i jordskorpan - 0,63%. Fortfarande högt pris titan är en följd av svårigheten att extrahera det från malmer. Det förklaras av titans höga affinitet för många grundämnen och styrkan hos kemiska bindningar i dess naturliga föreningar... Därav teknikens komplexitet. Så här ser den magnesium-termiska metoden för titanproduktion, som utvecklades 1940 av den amerikanska forskaren V. Kroll, ut.

Titandioxid omvandlas med klor (i närvaro av kol) till titantetraklorid:

HO 2 + C + 2 CI 2 → HCI 4 + CO 2.

Processen sker i mina elektriska ugnar vid 800-1250 ° C. Ett annat alternativ är klorering i en smälta av salter av alkalimetaller NaCl och KCl. Nästa operation (lika viktig och mödosam) - rening av TiCl 4 från föroreningar - utförs med olika metoder och ämnen. Titantetraklorid är under normala förhållanden en vätska med en kokpunkt på 136 ° C.

Det är lättare att bryta bindningen mellan titan och klor än med syre. Detta kan göras med magnesium genom reaktion

TiCl 4 + 2Mg → T + 2MgCl2.

Denna reaktion sker i stålreaktorer vid 900 ° C. Resultatet är en så kallad titansvamp impregnerad med magnesium och magnesiumklorid. De indunstas i en försluten vakuumapparat vid 950 ° C, och titansvampen sintras eller smälts sedan till en kompakt metall.

Den natriotermala metoden för att erhålla metalliskt titan skiljer sig i princip lite från den magnesium-termiska. Dessa två metoder är de mest använda inom industrin. För att få renare titan används fortfarande jodidmetoden som föreslås av van Arkel och de Boer. Det metallotermiska svampiga titanet omvandlas till TiI4 -jodid, som sedan sublimeras i vakuum. På väg möter ångor av titanjodid titantråd som värms upp till 1400 ° C. I detta fall sönderfaller jodid och ett lager av rent titan växer på tråden. Denna metod för titanproduktion är oproduktiv och dyr; därför används den i industrin i mycket begränsad omfattning.

Trots ansträngning och energiintensitet vid titanproduktion har det redan blivit en av de viktigaste undergrenarna för icke-järnmetallurgi. Världsproduktionen av titan utvecklas i en mycket snabb takt. Detta kan bedömas även utifrån den fragmentariska information som kommer in i pressen.

Det är känt att 1948 smältes endast 2 ton titan i världen och efter 9 år - redan 20 tusen ton. Detta innebär att 1957 20 tusen ton titan stod för alla länder och 1980 konsumerade endast USA. 24,4 tusen ton titan ... Fram till nyligen verkar titan kallas en sällsynt metall - nu är det det viktigaste konstruktionsmaterialet. Detta förklaras av bara en sak: en sällsynt kombination av användbara egenskaper hos element nr 22. Och naturligtvis av teknikens behov.

Titans roll som konstruktionsmaterial, grunden för höghållfasta legeringar för luftfart, skeppsbyggnad och raketer, ökar snabbt. Det är i legeringarna som det mesta av det titan som smälts i världen går. En allmänt känd legering för flygindustrin, bestående av 90% titan, 6% aluminium och 4% vanadin. 1976 rapporterade amerikansk press om en ny legering för samma ändamål: 85% titan, 10% vanadin, 3% aluminium och 2% järn. Det hävdas att denna legering inte bara är bättre, utan också mer ekonomisk.

I allmänhet innehåller titanlegeringar många element, upp till platina och palladium. Det senare (i en mängd av 0,1-0,2%) ökar titanlegeringarnas redan höga kemiska resistens.

Styrkan hos titan ökas också med sådana "legeringstillsatser" som kväve och syre. Men tillsammans med styrka ökar de hårdheten och, viktigast av allt, sprödheten i titan, därför är deras innehåll strikt reglerat: högst 0,15% syre och 0,05% kväve tillåts i legeringen.

Trots att titan är dyrt visar det sig i många fall att det är ekonomiskt lönsamt att ersätta det med billigare material. Här är ett typiskt exempel. Ram kemisk apparat tillverkad av rostfritt stål kostar 150 rubel och från titanlegering - 600 rubel. Men samtidigt håller stålreaktorn bara 6 månader och titan en - 10 år. Lägg till kostnaden för att byta stålreaktorer, tvingad stillestånd utrustning - och det kommer att bli uppenbart att det är mer lönsamt att använda dyrt titan än stål.

Metallurgi använder betydande mängder titan. Det finns hundratals stålkvaliteter och andra legeringar i vilka titan ingår som en legering. Det introduceras för att förbättra metallens struktur, öka hållfastheten och korrosionsbeständigheten.

Vissa kärnreaktioner måste ske i ett nästan absolut tomrum. Med kvicksilverpumpar kan vakuumet föras till flera miljarder av atmosfären. Men detta är inte tillräckligt, och kvicksilverpumpar kan inte mer. Ytterligare evakuering av luft utförs av speciella titanpumpar. För att uppnå ett ännu större vakuum på kammarens inre yta, där reaktionerna äger rum, sprutas finfördelat titan.

Titan kallas ofta framtidens metall. De fakta som vetenskap och teknik redan har till sitt förfogande övertygar om att detta inte är helt sant - titan har redan blivit nutidens metall.

Perovskit och sfen. Ilmenit - järnmetatitanat FeTiO 3 - innehåller 52,65% TiO2. Namnet på detta mineral är förknippat med det faktum att det hittades i Ural i Ilmenbergen. De största placerarna av ilmenitsand finns i Indien. Ett annat viktigt mineral, rutil, är titandioxid. Titanomagnetiter, en naturlig blandning av ilmenit med järnmineraler, är också av industriell betydelse. Det finns rika fyndigheter av titanmalmer i Sovjetunionen, USA, Indien, Norge, Kanada, Australien och andra länder. För inte så länge sedan upptäckte geologer ett nytt titaninnehållande mineral i norra Baikal-regionen, som fick namnet Landauite till ära för den sovjetiska fysikern Akademiker L. D. Landau. Totalt är mer än 150 betydande malm- och placerare av titan kända på jorden.

Huvuddelen av titan förbrukas för luftfart, raketer och marint skeppsbyggande. Det, liksom ferrotitan, används som en legering tillägg till högkvalitativa stål och som en deoxidizer. Tekniskt titan används för tillverkning av tankar, kemiska reaktorer, rörledningar, kopplingar, pumpar, ventiler och andra produkter som arbetar i korrosiva miljöer. Galler och andra delar av elektrovakuumanordningar som arbetar vid höga temperaturer är tillverkade av kompakt titan.

När det gäller användning som konstruktionsmaterial ligger Ti på 4: e plats, bakom endast Al, Fe och Mg. Titanaluminider är mycket oxidationsbeständiga och värmebeständiga, vilket i sin tur har bestämt deras användning inom flyg och bilindustrin som konstruktionsmaterial. Den biologiska säkerheten hos denna metall gör den till ett utmärkt material för livsmedelsindustrin och rekonstruktiv kirurgi.

Titan och dess legeringar har funnits bred tillämpning inom teknik på grund av deras höga mekaniska hållfasthet, som kvarstår vid höga temperaturer, korrosionsbeständighet, värmebeständighet, specifik hållfasthet, låg densitet och andra användbara egenskaper. Den höga kostnaden för denna metall och material baserade på den kompenseras i många fall av deras högre effektivitet, och i vissa fall är de den enda råvara från vilken utrustning eller strukturer kan tillverkas som kan fungera under dessa specifika förhållanden.

Titanlegeringar spelar en viktig roll inom flygteknik, där målet är att få den lättaste designen i kombination med den erforderliga styrkan. Ti är lätt jämfört med andra metaller, men kan samtidigt arbeta vid höga temperaturer. Ti-baserade material används för att göra huden, fästdelar, drivaggregat, chassidelar och olika enheter. Dessa material används också i luftfartens strukturer jetmotorer... Detta gör att du kan minska deras vikt med 10-25%. Titanlegeringar används för att producera kompressordiskar och blad, delar för luftintag och styrningar i motorer och olika fästelement.

Ett annat tillämpningsområde är raketer. På grund av motorernas kortsiktiga drift och den snabba passage av täta skikt i atmosfären i raketer elimineras problemen med utmattningshållfasthet, statisk uthållighet och delvis kryp i stort.

På grund av sin otillräckligt höga värmehållfasthet är tekniskt titan inte lämpligt för flyg, men på grund av dess extremt höga korrosionsbeständighet är det i vissa fall oumbärligt inom kemisk industri och skeppsbyggnad. Så det används vid tillverkning av kompressorer och pumpar för pumpning av aggressiva medier som svavelsyra och saltsyra och deras salter, rörledningar, ventiler, autoklaver, olika typer av behållare, filter, etc. Endast Ti har korrosionsbeständighet i media som våt klor, vattenhaltiga och sura lösningar av klor, därför är utrustning för klorindustrin tillverkad av denna metall. Det används också för att göra värmeväxlare som fungerar i korrosiva miljöer, till exempel i salpetersyra(röker inte). Vid skeppsbyggnad används titan för tillverkning av propeller, skrovning av fartyg, ubåtar, torpeder etc. Skal fäster inte detta material, vilket kraftigt ökar kärlets motstånd under dess rörelse.

Titanlegeringar är lovande för användning i många andra applikationer, men deras spridning inom teknik begränsas av den höga kostnaden och otillräcklig förekomst av denna metall.

Titanföreningar används också ofta i olika branscher. Karbid (TiC) har en hög hårdhet och används i produktionen skärverktyg och slipande material. Vit dioxid (TiO 2) används i färger (t.ex. titanvitt) samt i papper och plast. Organotitanföreningar (till exempel tetrabutoxytitan) används som katalysator och härdare inom kemi- och färg- och lackindustrin. Oorganiska Ti -föreningar används i den kemiska elektroniska och glasfiberindustrin som tillsats. Diborid (TiB 2) - en viktig komponent superhårda material för metallbearbetning. Nitrid (TiN) används för beläggningsverktyg.

Titan i form av oxid (IV) upptäcktes av den engelska amatörmineralogen W. Gregor 1791 i den magnetiska järnhaltiga sanden i Menacan (England); 1795 fastställde den tyske kemisten M. G. Klaproth att mineralet rutil är en naturlig oxid av samma metall, som han kallade "titan" [i grekisk mytologi är titaner barn till Uranus (himlen) och Gaia (jorden)]. Det tog lång tid att isolera Titan i sin rena form; först 1910 erhöll den amerikanska forskaren M. A. Hunter metalliskt titan genom att värma upp sin klorid med natrium i en förseglad stålbomb; metallen som han erhöll var endast seg vid hög temperatur och spröd vid rumstemperatur på grund av det höga innehållet av föroreningar. Möjligheten att studera egenskaperna hos rent titan dök upp först 1925, då de nederländska forskarna A. Van Arkel och I. de Boer erhöll en metall av hög renhet, plast vid låga temperaturer, genom metoden för termisk dissociation av titanjodid.

Fördelning av titan i naturen. Titan är ett av de mest utbredda elementen, dess genomsnittliga innehåll i jordskorpan (clarke) är 0,57 viktprocent (bland strukturella metaller intar det den 4: e plats i förekomsten, bakom järn, aluminium och magnesium). Det mesta av titanet finns i de grundläggande bergarterna i det så kallade "basaltskalet" (0,9%), mindre i stenarna i "granitskalet" (0,23%) och ännu mindre i ultrabasiska bergarter (0,03%), etc. stenar berikad med titan inkluderar pegmatiter av basiska bergarter, alkaliska bergarter, syeniter och relaterade pegmatiter och andra. Det finns 67 kända mineraler titan, främst av magmatiskt ursprung; de viktigaste är rutil och ilmenit.

I biosfären är Titan mestadels spridd. I havsvatten innehåller den 10 -7%; Titan är en svag migrant.

Fysiska egenskaper hos Titan. Titan finns i form av två allotropa modifieringar: under temperaturen 882,5 ° C är α-formen med ett sexkantigt förpackat galler (a = 2,951Å, c = 4,679Å) stabilt och över denna temperatur är β -form med ett kubiskt kroppscentrerat galler a = 3,269 Å. Föroreningar och dopmedel kan avsevärt förändra α / β -transformationstemperaturen.

Densiteten för a-formen vid 20 ° C är 4,505 g / cm3, och vid 870 ° C är 4,35 g / cm3; p-former vid 900 ° C 4,32 g / cm3; atomradie Ti 1,46 Å, jonradier Ti+ 0,94 Å, Ti 2+ 0,78 Å, Ti 3+ 0,69 Å, Ti 4+ 0,64 Å; Smältpunkt 1668 ° C, smältpunkt 3227 ° C; värmeledningsförmåga i intervallet 20-25 ° C 22,065 W / (m · K); temperaturkoefficienten för linjär expansion vid 20 ° C 8,5 · 10 -6, i intervallet 20-700 ° C 9,7 · 10 -6; värmekapacitet 0,523 kJ / (kg K); specifikt elektriskt motstånd 42,1 · 10 -6 ohm · cm vid 20 ° C; temperaturkoefficient för elektrisk resistans 0,0035 vid 20 ° С; har supraledningsförmåga under 0,38 K. Titan är paramagnetiskt, den specifika magnetiska känsligheten är 3,2 · 10 -6 vid 20 ° C. Ultimate styrka 256 MN / m 2 (25,6 kgf / mm 2), relativ förlängning 72%, Brinell hårdhet mindre än 1000 MN / m 2 (100 kgf / mm 2). Modulen för normal elasticitet är 108 000 MN / m 2 (10 800 kgf / mm 2). Metall av hög renhet smidd vid normal temperatur.

Den industriella titan som används i industrin innehåller föroreningar av syre, kväve, järn, kisel och kol, vilket ökar dess styrka, minskar plasticiteten och påverkar temperaturen för polymorf transformation, som uppträder i intervallet 865-920 ° C. För tekniska titankvaliteter VT1-00 och VT1-0 är densiteten cirka 4,32 g / cm 3, draghållfastheten är 300-550 MN / m 2 (30-55 kgf / mm 2), förlängningen är inte mindre än 25 %, Brinell -hårdheten är 1150 -1650 Mn / m 2 (115-165 kgf / mm 2). Konfigurationen av det yttre elektronskalet av Ti 3d -atomen är 2 4s 2.

Kemiska egenskaper hos titan. Ren titan är ett kemiskt aktivt övergångselement, i föreningar har det ett oxidationstillstånd på +4, mindre ofta +3 och +2. Vid vanliga temperaturer och upp till 500-550 ° C är den korrosionsbeständig, vilket förklaras av närvaron av en tunn men stark oxidfilm på dess yta.

Det interagerar med atmosfäriskt syre vid temperaturer över 600 ° C med bildandet av TiO2. Tunna titanflisar med otillräcklig smörjning kan antändas under bearbetning. Med en tillräcklig koncentration av syre i miljö och skador på oxidfilmen genom stötar eller friktion kan metallen antändas vid rumstemperatur och i relativt stora bitar.

Oxidfilmen skyddar inte titan i flytande tillstånd från ytterligare interaktion med syre (till skillnad från till exempel aluminium), och därför måste dess smältning och svetsning utföras i vakuum, i en atmosfär av inert gas eller nedsänkt båge. Titan har förmågan att absorbera atmosfäriska gaser och väte och bildar spröda legeringar som är olämpliga för praktisk användning; i närvaro av en aktiverad yta sker väteabsorption redan vid rumstemperatur med låg hastighet, vilket väsentligt ökar vid 400 ° C och högre. Lösligheten av väte i Titan är reversibel och denna gas kan avlägsnas nästan helt genom vakuumglödgning. Titan reagerar med kväve vid temperaturer över 700 ° C, och nitrider av TiN -typen erhålls; som fint pulver eller tråd kan titan brinna under kväve. Diffusionshastigheten för kväve och syre i Titan är mycket lägre än vätgas. Skiktet som erhålls som ett resultat av interaktion med dessa gaser kännetecknas av ökad hårdhet och sprödhet och måste avlägsnas från ytan på titanprodukter genom etsning eller mekanisk behandling. Titan reagerar kraftigt med torra halogener; det är resistent mot våta halogener, eftersom fukt spelar rollen som en hämmare.

Metallen är stabil i salpetersyra i alla koncentrationer (med undantag för röda röken, som orsakar korrosionssprickning av titan, och reaktionen fortsätter ibland med en explosion), i svaga lösningar av svavelsyra (upp till 5 viktprocent). Saltsyra, fluorväte, koncentrerad svavelsyra samt heta organiska syror: oxalsyra, myrsyra och triklorättiksyra reagerar med titan.

Titan är korrosionsbeständigt i atmosfärisk luft, havsvatten och havsatmosfär, i fuktigt klor, klorvatten, varma och kalla kloridlösningar, i olika tekniska lösningar och reagenser som används inom kemikalier, olja, papperstillverkning och andra industrier, samt inom hydrometallurgi. Titan bildar metallliknande föreningar med C, B, Se, Si, kännetecknas av eldfasthet och hög hårdhet. TiC-karbid (smältpunkt 3140 ° C) erhålls genom upphettning av en blandning av TiO2 med kimrök vid 1900-2000 ° C i en väteatmosfär; TiN -nitrid (smältpunkt 2950 ° C) - genom att värma titanpulver i kväve vid en temperatur över 700 ° C. Kända silicider TiSi 2, TiSi och borider TiB, Ti 2 B 5, TiB 2. Vid temperaturer på 400-600 ° C absorberar Titan väte för att bilda fasta lösningar och hydrider (TiH, TiH 2). När TiO2 är sammansmält med alkalier bildas titansyrasalter av meta- och ortotitanater (till exempel Na2 TiO3 och Na4 TiO4), såväl som polytitanater (till exempel Na2Ti205 och Na2 Ti 3 O 7). Titanater inkluderar de viktigaste mineralerna av titan, till exempel ilmenit FeTiO 3, perovskit CaTiO 3. Alla titanater är lätt lösliga i vatten. Titan (IV) oxid, titansyror (fällningar) och titanater löser sig i svavelsyra för att bilda lösningar som innehåller titanylsulfat TiOSO 4. När lösningarna är utspädda och uppvärmda, till följd av hydrolys, utfälls Н 2 ТiO 3, från vilket titan (IV) oxid erhålls. När väteperoxid sätts till sura lösningar innehållande Ti (IV) -föreningar, bildas peroxid (supra-titansyra) syror av kompositionen H4 TiO5 och H4 TiO8 och motsvarande salter; dessa föreningar är färgade gula eller orange-röda (beroende på koncentrationen av titan), som används för analytisk bestämning av titan.

Skaffa en Titan. Den vanligaste metoden för att erhålla metalliskt titan är magnesium-termisk metod, det vill säga minskning av titantetraklorid med metalliskt magnesium (mindre ofta med natrium):

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2.

I båda fallen fungerar titanoxidmalmer - rutil, ilmenit och andra - som råmaterial. När det gäller malmer av ilmenittyp separeras titan i form av slagg från järn genom smältning i elektriska ugnar. Slagg (som rutil) kloreras i närvaro av kol för att bilda titantetraklorid, som efter rening kommer in i en reduktionsreaktor med en neutral atmosfär.

Titan genom denna process erhålls i en svampig form och smälts efter slipning i vakuumbågugnar till göt med införande av legeringstillsatser, om en legering krävs. Den termiska magnesiummetoden gör att du kan skapa en stor industriell produktion Titan med en sluten teknisk cykel, eftersom biprodukten som bildas under reduktionen, magnesiumklorid, skickas till elektrolys för att erhålla magnesium och klor.

I ett antal fall är det fördelaktigt att använda pulvermetallurgimetoder för framställning av artiklar från titan och dess legeringar. För att erhålla särskilt fina pulver (till exempel för radioelektronik) kan reduktionen av titan (IV) oxid med kalciumhydrid användas.

Tillämpning av Titan. Titans främsta fördelar jämfört med andra strukturella metaller: en kombination av lätthet, hållfasthet och korrosionsbeständighet. Titanlegeringar i absolut, och ännu mer i specifik hållfasthet (dvs. styrka relaterad till densitet) överträffar de flesta legeringar baserade på andra metaller (till exempel järn eller nickel) vid temperaturer från -250 till 550 ° C, och när det gäller korrosivitet jämförbar med ädelmetalllegeringar. Men som ett oberoende konstruktionsmaterial började titan endast användas på 50 -talet av 1900 -talet på grund av de stora tekniska svårigheterna vid utvinning ur malm och bearbetning (det var därför Titanium konventionellt kallades sällsynta metaller). Huvuddelen av Titan spenderas på behoven inom luftfart, raketer och marin skeppsbyggnad. Legeringar av titan med järn, känt som "ferrotitan" (20-50% titan), fungerar som en legeringstillägg och avoxideringsmedel i metallurgin av högkvalitativa stål och speciallegeringar.

Tekniskt titan används för tillverkning av tankar, kemiska reaktorer, rörledningar, ventiler, pumpar och andra produkter som arbetar i korrosiva miljöer, till exempel inom kemiteknik. Titanutrustning används vid hydrometallurgi av icke-järnmetaller. Det används för att belägga stålprodukter. Användningen av titan ger i många fall en stor teknisk och ekonomisk effekt inte bara på grund av en ökad livslängd för utrustning, utan också möjligheten att intensifiera processer (som till exempel i nickelhydrometallurgi). Titans biotillgänglighet gör det till ett utmärkt material för utrustning för livsmedelsbearbetning och rekonstruktiv kirurgi. Vid djupa kalla förhållanden ökar styrkan hos Titan samtidigt som den bibehåller god duktilitet, vilket gör att den kan användas som ett konstruktionsmaterial för kryogen teknik. Titan lämpar sig väl för polering, färganodisering och andra metoder för ytbehandling och används därför för tillverkning av olika konstnärliga produkter, inklusive monumental skulptur. Ett exempel är monumentet i Moskva, uppfört för att lansera den första konstgjorda jordsatelliten. Av titanföreningarna är oxider, halogenider och silikider som används i högtemperaturteknik av praktisk betydelse; borider och deras legeringar som används som moderatorer i kärnkraft kraftverk på grund av deras höga smältpunkt och stora neutronavskiljningstvärsnitt. Titankarbid, som har en hög hårdhet, är en komponent i verktygskarbidlegeringar som används vid tillverkning av skärverktyg och som ett slipmaterial.

Titan (IV) oxid och bariumtitanat fungerar som grund för titankeramik, medan bariumtitanat är det viktigaste ferroelektriska materialet.

Titan i kroppen. Titan finns ständigt i vävnaderna hos växter och djur. I markväxter är dess koncentration cirka 10 -4%, i marina växter -från 1,2 · 10 -3 till 8 · 10 -2%, i vävnaderna hos landlevande djur -mindre än 2 · 10 -4%, marina -från 2 · 10 -4 till 2 · 10 -2%. Ackumuleras hos ryggradsdjur främst i kåta formationer, mjälte, binjurar, sköldkörtel, placenta; absorberas dåligt från mag -tarmkanalen. Hos människor är det dagliga intaget av titan med mat och vatten 0,85 mg; utsöndras i urin och avföring (0,33 respektive 0,52 mg).

DEFINITION

Titan ligger i den fjärde perioden av IV -gruppen i den sekundära (B) undergruppen i det periodiska systemet.

Avser delar av d - familjen. Metall. Beteckning - Ti. Serienummer - 22. Relativ atommassa - 47,956 amu.

Titanatomens elektroniska struktur

Titanatomen består av en positivt laddad kärna (+22), inuti vilken det finns 22 protoner och 26 neutroner, och runt, i fyra banor, rör sig 22 elektroner.

Figur 1. Schematisk struktur av titanatomen.

Orbitalfördelningen av elektroner är följande:

1s 2 2s 2 2sid 6 3s 2 3sid 6 3d 2 4s 2 .

Titanatomens yttre energinivå innehåller 4 elektroner, som är valens. Oxidationstillståndet för kalcium är +4. Energidiagrammet för marktillståndet har följande form:

Exempel på problemlösning

EXEMPEL 1

Träning	Visa fördelningen av elektroner efter energinivåer i atomerna på följande element: a) kväve; b) titan; c) gallium; d) cesium; e) volfram.
Svar	a) 7 N1s 2 2s 2 2p 3. b) 22 Ti1 s 2 2s 2 2sid 6 3s 2 3sid 6 3d 2 4s 2 . c) 31 Ga 1 s 2 2s 2 2sid 6 3s 2 3sid 6 3d 10 4s 2 4sid 1 . d) 55 Cs 1 s 2 2s 2 2sid 6 3s 2 3sid 6 3d 10 4s 2 4sid 6 4d 10 5s 2 5sid 6 6s 1 . e) 74 W 1 s 2 2s 2 2sid 6 3s 2 3sid 6 3d 10 4s 2 4sid 6 4d 10 5s 2 5sid 6 5d 6 6s 2 .