Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Титан (елемент)



План:


Введення

Титан ( лат. Titanium ; Позначається символом Ti) - елемент побічної підгрупи четвертої групи, четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 22. Проста речовина титан ( CAS-номер : 7440-32-6) - легкий метал сріблясто-білого кольору. Існує в двох кристалічних модифікаціях: α-Ti з гексагональної плотноупакованной гратами, β-Ti з кубічної об'ємно-центрованої упаковкою, температура поліморфного перетворення α ↔ β 883 C [1]. Температура плавлення 1660 20 C [2].


1. Історія

Відкриття TiO 2 зробили практично одночасно і незалежно один від одного англієць У. Грегор і німецький хімік М. Г. Клапрот. У. Грегор, досліджуючи склад магнітного залозистого піску (Крід, Корнуолл, Англія, 1789), виділив нову "землю" (окис) невідомого металу, яку назвав менакеновой. У 1795 р. німецький хімік Клапрот відкрив у мінералі рутил новий елемент і назвав його титаном. Через два роки Клапрот встановив, що рутил і менакеновая земля - ​​оксиди одного і того ж елемента, за яким і залишилася назва "титан", запропоноване Клапротом. Через 10 років відкриття титану відбулося втретє. Французький учений Л. Воклен виявив титан в Анатаз і довів, що рутил і Анатаз - ідентичні оксиди титану.

Перший зразок металевого титану отримав у 1825 Й. Я. Берцеліус. Через високу хімічну активність титану та складності його очищення чистий зразок Ti отримали голландці А. ван Аркелем і І. де Бур в 1925 термічним розкладанням парів иодида титану TiI 4.


2. Походження назви

Метал отримав свою назву на честь титанів, персонажів давньогрецької міфології, дітей Геї. Назва елементу дав Мартін Клапрот, у відповідності зі своїми поглядами на хімічну номенклатуру у протихід французької хімічної школі, де елемент намагалися називати по його хімічним властивостям. Оскільки німецький дослідник сам відзначив неможливість визначення властивостей нового елемента тільки за його оксиду, він підібрав для нього ім'я з міфології, за аналогією з відкритим ним раніше ураном.

Однак згідно з іншою версією, публікувалася в журналі "Техніка-Молоді" наприкінці 1980-х, нововідкритий метал зобов'язаний своїм ім'ям не могутнім титанам з давньогрецьких міфів, а Титани - королеві фей в німецькій міфології (дружина Оберона в шекспірівському "Сні в літню ніч"). Така назва пов'язана з надзвичайною "легкістю" (малою щільністю) металу.


3. Знаходження в природі

Титан знаходиться на 10-му місці за поширеністю в природі. Вміст у земній корі 0,57% за масою, в морській воді 0,001 мг / л [3]. У ультраосновних породах 300 г / т, в основних - 9 кг / т, в кислих 2,3 кг / т, в глинах і сланцях 4,5 кг / т. У земній корі титан майже завжди чотиривалентний і присутній тільки в кисневих сполуках. У вільному вигляді не зустрічається. Титан в умовах вивітрювання і осадження має геохімічне спорідненість з Al 2 O 3. Він концентрується в бокситах кори вивітрювання і в морських глинистих опадів. Перенесення титану здійснюється у вигляді механічних уламків мінералів і у вигляді колоїдів. До 30% TiO 2 по вазі накопичується в деяких глинах. Мінерали титану стійкі до вивітрювання і утворюють великі концентрації в розсипах. Відомо понад 100 мінералів, що містять титан. Найважливіші з них: рутил TiO 2, ільменіт FeTiO 3, тітаномагнетіт FeTiO 3 + Fe 3 O 4, перовськит CaTiO 3, титанів CaTiOSiO 5. Розрізняють корінні руди титану - ільменіт-титаномагнетитових і розсипних - рутил-ільменіт-цирконовий.


4. Родовища

Родовища титану знаходяться на території ПАР, Росії, Україні, Китаю, Японії, Австралії, Індії, Цейлоні, Бразилії, Південній Кореї, Казахстану [4].

5. Запаси і видобуток

Основні руди : ільменіт (FeTiO 3), рутил (TiO 2), титанів (CaTiSiO 5).

На 2002 рік, 90% видобутого титану використовувалося на виробництво діоксиду титану TiO 2. Світове виробництво діоксиду титану становило 4,5 млн т. на рік. Підтверджені запаси діоксиду титану (без Росії) становлять близько 800 млн т [5]. На 2006 рік, за оцінкою Геологічної служби США, в перерахунку на діоксид титану і без урахування Росії, запаси ільменітових руд складають 603-673 млн т., а рутилових - 49.7-52.7 млн т [6]. Таким чином, при нинішніх темпах видобутку світових розвіданих запасів титану (без урахування Росії) вистачить більше, ніж на 150 років.

Росія володіє другими у світі, після Китаю, запасами титану. Мінерально-сировинну базу титану Росії складають 20 родовищ (з них 11 корінних і 9 розсипних), досить рівномірно розосереджених по території країни. Найбільше з розвіданих родовищ (Ярегское) знаходиться в 25 км від міста Ухта (Республіка Комі). Запаси родовища оцінюються в 2 мільярди тонн руди з середнім вмістом діоксиду титану близько 10% [7].

Найбільший в світі виробник титану - російська компанія " ВСМПО-АВІСМА " [8].


6. Отримання

Брусок кристалічного титану (чистота 99,995%, вага ≈ 283 г, довжина ≈ 14 см, діаметр ≈ 25 мм), виготовлений на заводі "Уралредмет" іодідним методом ван Аркелем і де Бура

Як правило, вихідним матеріалом для виробництва титану і його з'єднань слугує діоксид титану з порівняно невеликою кількістю домішок. Зокрема, це може бути рутиловий концентрат, який одержують при збагаченні титанових руд. Однак запаси рутилу в світі дуже обмежені, і частіше застосовують так званий синтетичний рутил або титановий шлак, одержувані при переробці ільменітових концентратів. Для отримання титанового шлаку концентрат ільменіту відновлюють в електродуговій печі, при цьому залізо відокремлюється в металеву фазу ( чавун), а невідбудованими оксиди титану і домішок утворюють жужільну фазу. Багатий шлак переробляють хлоридні або сернокислотним способом.

Концентрат титанових руд піддають сернокислотной або пірометалургічною переробці. Продукт сернокислотной обробки - порошок діоксиду титану TiO 2. Пірометалургійних методом руду спекают з коксом і обробляють хлором, отримуючи пари тетрахлориду титану TiCl 4: TiO 2 + 2C + 2Cl 2 = TiCl 4 + 2CO

Утворені пари TiCl 4 при 850 C відновлюють магнієм : TiCl 4 + 2Mg = 2MgCl 2 + Ti

Отриману титанову "губку" переплавляють і очищають. Рафінують титан іодідним способом або електролізом, виділяючи Ti з TiCl 4. Для отримання титанових злитків застосовують дугову, електроннопроменеву або плазмову переробку.


7. Фізичні властивості

Титан - легкий сріблясто-білий метал. Існує в двох кристалічних модифікаціях: α-Ti з гексагональної плотноупакованной гратами (a = 2,951 ; с = 4,679 [9]; z = 2; просторова група C6mmc), β-Ti з кубічної об'емноцентрірованной упаковки (a = 3,269 ; z = 2; просторова група Im3m), температура переходу α ↔ β 883 C, ΔH переходу 3,8 кДж / моль. Точка плавлення 1660 20 C, точка кипіння 3260 C, щільність α-Ti і β-Ti відповідно дорівнює 4,505 (20 C) і 4,32 (900 C) г / см [1], атомна щільність 5, 71 22 жовтня ат / см . Пластичний, зварюється в інертній атмосфері. Питомий опір 0,42 мкОм м при 20 C

Має високу в'язкість, при механічній обробці схильний до налипання на ріжучий інструмент, і тому потрібно нанесення спеціальних покриттів на інструмент, різних мастил.

При звичайній температурі покривається захисною пасивуючий плівкою оксиду TiO 2, завдяки цьому коррозіонностоек в більшості середовищ (крім лужної).

Титанова пил має властивість вибухати. Температура спалаху 400 C. Титанова стружка пожежонебезпечний.


8. Хімічні властивості

Стійкий до корозії завдяки оксидної плівці, але при подрібненні в порошок, а також в тонкій стружці або дроті титан пірофорен [10].

Титан стійкий до розведеним розчинів багатьох кислот і лугів (крім HF, H 3 PO 4 та концентрованої H 2 SO 4).

Легко реагує навіть зі слабкими кислотами в присутності комплексоутворювачів, наприклад, з плавиковою кислотою HF він взаємодіє завдяки утворенню комплексного аніону [TiF 6] 2 -.

При нагріванні на повітрі до 1200 C Ti спалахує з утворенням оксидних фаз змінного складу TiO x. З розчинів солей титану осідає гідроксид TiO (OH) 2 xH 2 O, обережним прожарюванням якого отримують оксид TiO 2. Гідроксид TiO (OH) 2 xH 2 O і діоксид TiO 2 амфотерні.

TiO 2 взаємодіє з сірчаної кислотою при тривалому кип'ятінні. При сплаві з содою Na 2 CO 3 або поташем K 2 CO 3 оксид TiO 2 утворює титанат: TiO 2 + K 2 CO 3 = K 2 TiO 3 + CO 2.

При нагріванні Ti взаємодіє з галогенами. Тетрахлорид титану TiCl 4 при звичайних умовах - безбарвна рідина, сильно димить на повітрі, що пояснюється сильним гідролізом TiCl 4 містяться в повітрі парами води і утворенням дрібних крапельок HCl і суспензії гідроксиду титану.

Відновленням TiCl 4 воднем, алюмінієм, кремнієм, іншими сильними відновниками, отриманий трихлорид і дихлорид титану TiCl 3 та TiCl 2 - тверді речовини з сильно відновні властивості. Ti взаємодіє з Br 2 і I 2.

З азотом N 2 вище 400 C титан утворює нітрид TiN x (x = 0,58-1,00). При взаємодії титану з вуглецем утворюється карбід титану TiC x (x = 0,49-1,00).

При нагріванні Ti поглинає H 2 з утворенням сполуки змінного складу TiH х (x = 1,0). При нагріванні ці гідриди розкладаються з виділенням H 2. Титан утворить сплави з багатьма металами.


9. Застосування

Годинники з титанового сплаву

9.1. У чистому вигляді і у вигляді сплавів

військової промисловості (бронежилети, броня в авіації, корпуси підводних човнів), промислових процесах (опріснювальних установках, процесах целюлози та паперу), автомобільної промисловості, сільськогосподарської промисловості, харчової промисловості, прикрасах для пірсингу, медичної промисловості (протези, остеопротези), стоматологічних та ендодонтичних інструментах, зубних імплантатах, спортивних товарах, ювелірних виробах ( Олександр Хомова), мобільних телефонах, легких сплавах і т. д. Є найважливішим конструкційним матеріалом в авіа-, ракето-, кораблебудуванні.

  • Титанове лиття виконують в вакуумних печах в графітові форми. Також використовується вакуумне лиття по виплавлюваних моделях. Через технологічні труднощі, в художньому лиття використовується обмежено. Першою в світовій практиці монументальної литий скульптурою з титану є пам'ятник Юрію Гагаріну на площі його імені в Москві [11].
  • Титан є легуючої добавкою в деяких марках стали.
  • Нитинол (нікель-титан) - сплав, що володіє пам'яттю форми, що застосовується в медицині і техніці.
  • Алюмініди титану є дуже стійкими до окислення і жароміцні, що в свою чергу визначило їх використання в авіації та автомобілебудуванні в якості конструкційних матеріалів.

9.2. У вигляді сполук

  • Білий діоксид титану (TiO 2) використовується в фарбах (наприклад, титанові білила), а також при виробництві паперу і пластику. Харчова добавка E171.
  • Тітанорганіческіе з'єднання (напр. тетрабутоксітітан) застосовуються в якості каталізатора і затверджувача в хімічній і лакофарбовій промисловості.
  • Неорганічні сполуки титану застосовуються в хімічній електронної, стекловолоконной промисловості як добавки або покриттів.
  • Диборид титану - важливий компонент надтвердих матеріалів для обробки металів.
  • Нітрид титану застосовується для покриття інструментів.
  • Титанат барію BaTiO 3, титанат свинцю PbTiO 3 та ряд інших титанату - сегнетоелектрики.

Існує безліч титанових сплавів з різними металами. Легуючі елементи поділяють на дві великі групи, залежно від їх впливу на температуру поліморфного перетворення: на бета-стабілізатори та альфа-стабілізатори. Перші знижують температуру перетворення, а другі підвищують. Приклади альфа-стабілізаторів: алюміній, кисень, вуглець, азот. Бета-стабілізатори: молібден, ванадій, залізо, хром, нікель.


9.3. Аналіз ринків споживання

В 2005 компанія Titanium Corporation опублікувала наступну оцінку споживання титану в світі:

  • 60% - фарба;
  • 20% - пластик;
  • 13% - папір;
  • 7% - машинобудування.

9.4. Ціни

15-25 $ за кілограм, залежно від чистоти.

Чистота і марка чорнового титану (титанової губки) зазвичай визначається за ступенем її пластичності.

Ціна Феротитан (мінімум 70% титану) на 22.12.2010 $ 6,82 за кілограм. На 01.01.2010 ціна була на рівні $ 5,00 за кілограм.

10. Фізіологічна дія

Примітки

  1. 1 2 3 Редкол.: Зефиров Н. С. (гол. ред.) Хімічна енциклопедія: у 5 т - Москва: Радянська енциклопедія, 1995. - Т. 4. - С. 590-592. - 639 с. - 20 000 екз . - ISBN 5-85270-039-8.
  2. Титан - www.femto.com.ua/articles/part_2/4101.html - стаття з Фізичної енциклопедії
  3. JP Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  4. Родовище титану - kosmopark.com / poleznie-iskopaemie / mestorozhdenie-titana
  5. Світовий ринок пігментного діоксиду титану - www.snab.ru / lкм / 01/03.pdf
  6. Ільменіт, рутил, тітаномагнетіт - 2006 р. - www.aricom.ru/rus/news/titan/2007/01/23/titan_264.html
  7. Титан - www.mineral.ru/Facts/russia/131/296/index.html. Інформаційно-аналітичний центр "Мінерал". Фотогалерея - www.webcitation.org/616ViNKXp з першоджерела 21 серпня 2011.
  8. Корпорація ВСМПО-АВІСМА - www.vsmpo.ru/
  9. Koncz, St; Szanto, St.; Waldhauser, H., Der Sauerstoffgehalt von Titan-jodidstben, Naturwiss. 42 (1955) pp.368-369
  10. Титан - www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4478.html - стаття з Хімічної енциклопедії
  11. Мистецтво лиття в ХХ столітті - www.uzcm.ru/spravka/tech/drevnost/5.php

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Титан
Титан (супутник)
Перс (титан)
Паллант (титан)
Ксанаду (Титан)
Гіперіон (титан)
Крійі (титан)
Менетій (титан)
Титан (роман)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru