Titan - tulajdonságainak kémiai elemek
Titán (lat. Titán), Ti, egy kémiai elem a csoport IV Mendeleev féle periódusos rendszer; atomszámú 22, atomsúlya 47,90; ezüstös fehér színű, tartozik a könnyű fémeket. Természetes titán egy keverék, mely öt stabil izotópok: 46 Ti (7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5 34%). Ismert mesterséges radioaktív izotópok 45 Ti (t ½ = 3,09 óra) 51 Ti (T? M = 5,79) és a többi.
Történelmi háttér. A titán-oxid formájában (IV) nyitva volt-angol amatőr mineralógus W. Gregor 1791, a mágneses rozsdavörös Sands városban Menakan (Anglia); 1795-ben egy német kémikus M. G. Klaprot találtuk, hogy az ásványi rutil természetes oxid az azonos fém, amit az úgynevezett „titán” [a görög mitológiában a titánok - a gyerekek a Uranus (Heaven) és Gaia (Föld)]. Válassza Titanium sokáig nem a legtisztább formában; Csak 1910-ben az amerikai tudós M. A. Hanter kapott titán fém melegítve nátrium-kloriddal lezárt acélbombában; fém kapott volt, képlékeny, csak magasabb hőmérsékleten és rideg szobahőmérsékleten miatt magas mennyiségű szennyeződés. Az a képesség, hogy tulajdonságainak tanulmányozására tiszta titán csak megjelent 1925-ben, amikor a Holland tudósok A. van Arkel és J. de Boer termikus disszociációja a titán fém-jodid kapott nagy tisztaságú, gömbgrafitos alacsony hőmérsékleten.
A bioszféra, Titan többnyire szétszórt. A tengervíz tartalmaz 10 -7%; Titán - szegény bevándorlók.
A fizikai tulajdonságai Titan. Titán létezik két allotropic módosítás: alatt 882,5 ° C-os hőmérséklet-rezisztens α-formáját hatszöges, szoros csomagolt rács (a = 2.951ÅÉs c = 4,679Å), Magasabb hőmérsékleten, mint ezt a - p-forma egy tércentrált köbös rács az a = 3,269Å. A szennyeződések és ötvöző adalékanyagok jelentősen megváltoztathatja a hőmérséklet α / β átalakulás.
A sűrűsége a α-forma 20 ° C-on 4,505 g / cm 3. A 870 ° C-on 4,35 g / cm 3; p-forma 900 ° C-on 4,32 g / cm 3; az atomi sugara Ti 1,46 Å, Az ionos sugara Ti + 0,94 A, Ti 2+ 0,78 ÅTi 3+ 0,69 ÅTi 4+ 0,64 Å; Olvadáspont 1668 ° C-on, bp 3227 ° C; hővezető tartományban 20-25 ° C 22,065 W / (m · K) [0,0527 cal / (cm · sec · ° C)]; a hőmérséklet lineáris hőtágulási együtthatója 20 ° C-on a 8,5 × 10 -6. tartományban 20-700 ° C 9,7 × 10 -6; fajhője 0,523 kJ / (kg · K) [0,1248 cal / (g · ° C)]; ellenállása 42,1 x 10 -6 ohm-cm 20 ° C-on; hőmérsékleti együtthatója 0,0035 20 ° C-on; rendelkezik a szupravezetés alább 0,38 K. Titán paramágneses, mágneses érzékenységét 3,2 × 10 -6 20 ° C-on Szakítószilárdság 256 MN / m 2 (25,6 kgf / mm2), nyúlása 72%. Brinell-keménysége legalább 1000 MN / m 2 (100 kgf / mm2). Rugalmassági modulus 108 000 MN / m 2 (10800 kgf / mm 2). Fém kovok nagy tisztasági fokú szokásos hőmérsékleten.
Amint az iparban használt műszaki Titanium tartalmaz szennyező az oxigén, nitrogén, vas, szilícium és szén, növeli a szilárdságot, a képlékenység és csökkentő hatással polimorf átalakulási hőmérséklet, amely tartományban fordul elő 865-920 ° C-on A technikai minőségű titán VT1-00 BT1-0 és sűrűsége körülbelül 4,32 g / cm 3. A szakítószilárdsága 300-550 MN / m 2 (30-55kgs / mm 2) nyúlás nem kisebb, mint 25%, Brinell keménysége 1150 -1 650 MN / m 2 (115-165 kgf / mm2). A konfiguráció a külső elektron héj az atom Ti 3d 2 4s 2.
Kémiai tulajdonságait a Titan. Tiszta titán - kémiailag aktív átmenetifém elem a vegyületek a +4 oxidációs állapotban van, +3 és +2 kevesebb. Közönséges hőmérsékleten és legfeljebb 500-550 ° C, korrózióálló, jelenléte miatt a felszínén egy vékony, de erős oxidfilm.
Mivel a légköri oxigént hőmérsékleten reagáltatjuk lényegesen meghaladja a 600 ° C hőmérsékleten, így TiO2. Vékony titán chipek elégtelen kenés világít megmunkálás során. Amikor elegendő oxigén koncentrációja a környezetben, és károsíthatja az oxidfilm által ütközési vagy dörzsölési lehetséges gyújtást a fém szobahőmérsékleten, és a viszonylag nagy darabokra.
Az oxid film védi nem titán-folyékony állapotban a további interakció oxigénnel (szemben, például, alumínium), és ezáltal a olvasztási és hegesztési kell vákuum alatt végezzük, az atmoszférában egy semleges gáz vagy víz alá. Titán megvan az a képessége, hogy elnyelje a légköri gázok és hidrogén, alkotó rideg ötvözetek alkalmatlan gyakorlati használatra; jelenlétében az aktivált felület a hidrogénfelvétel szobahőmérsékleten végezzük egy kis sebességgel, amely lényegesen nagyobb mértékben 400 ° C felett. Az oldhatósági hidrogén a Titan reverzibilis, és ez a gáz lehet csaknem teljesen eltávolítható izzítással vákuumban. Titán reagál nitrogénnel feletti hőmérsékleten 700 ° C-on, a kapott típusú nitridek TiN; a finom por formájában vagy titán huzal lehet égetni nitrogénatmoszférában. A diffúzió sebessége a nitrogén és oxigén titán sokkal alacsonyabb, mint a hidrogén. A kapott kölcsönhatása ezekkel a gázokkal réteg különbözik megnövekedett keménység és a törékenység, és el kell távolítani a felületről a titán cikkek marással vagy esztergálással. Titán heves reakcióba lép, száraz halogének, tekintettel a nedves halogénnel stabil, mivel a nedvesség hat inhibitorként.
Fém stabil, minden koncentrációban salétromsavat (kivéve a vörös füstölgő okozó korróziós repedést Titan, a reakció néha robbanásszerűen) Híg kénsavat (legfeljebb 5 tömeg%). Hidrogén-klorid, hidrogén-fluorid, a koncentrált kénsav, és a forró, szerves savak: oxálsav, hangyasav és triklór reagálnak titán.
Első Titan. A leggyakoribb módszer megszerzésének fém titán van a magnézium-termikus módszer, azaz a titán-tetraklorid redukálását fém magnéziummal (legalább - nátrium):
Mindkét esetben, a kiindulási nyersanyag-oxid ércek Titan - rutil, az ilmenit és más. Abban az esetben, ilmenite-típusú ércek formájában titán salak elválasztjuk a vas által olvadó elektromos kemencékben. A salak (valamint rutil) klórozzuk jelenlétében szén alkotnak a titán-tetraklorid, amely tisztítás után betápláljuk a redukciós reaktorba semleges atmoszférában.
Kazán ezen eljárás szerint kapjuk a szivacs formájában őrlés után, és megolvasztjuk a vákuum ívkemencék, hogy a tuskók a bevezetése dópoló anyagot, ha szükséges, hogy megkapja az ötvözet. Magnézium-módszer, hogy hozzon létre egy nagy léptékű ipari termelés titán egy zártláncú, mivel a kapott melléktermék csökkentésére - magnézium-klorid van irányítva elektrolízis magnézium- és klórt.
Egyes esetekben, a termelés termékek titán és ötvözetei előnyös alkalmazni a módszerek porkohászat. Ahhoz, hogy egy különösen finom porok (például, az elektronikai) használhatja a csökkentése titán-oxid (IV) kalcium-hidrid.
Alkalmazása Titan. A fő előnye a Titan szerkezeti fémek: kombinációja a könnyedség, szilárdság és korrózióval szembeni ellenállás. Titán ötvözetek abszolút, és különösen a fajlagos szilárdság (azaz. E. Erő osztva a sűrűség), jobbak a legtöbb alapú ötvözetek egyéb fémek (például vas vagy nikkel) közötti hőmérséklet-tartományban -250 és 550 ° C-on, miközben a maró képest ötvözetek nemesfémek. Azonban, mint egy független szerkezeti anyag titán volt, csak a 50-es években a 20. század miatt a nagy technikai nehézségeit, az extrahálás ércekből és feldolgozása (ezért Titanium hagyományosan tulajdonított ritka fémek). A fő rész titán fogyasztják az igényeinek repülőgépek és rakéták technológia és a tengeri hajógyártás. Titán-vas ötvözetek úgynevezett „Ferrotitán” (Titan 20-50%) acél minősége acélok és speciális ötvözetek dópoló és dezoxidáló szer.
Műszaki Titán készítéséhez használt tartályok, kémiai reaktorok, csövek, szelepek, szivattyúk és más termékek, agresszív környezetben, például a Chemical Engineering. A vastartalmú hidrometallurgiai alkalmazott titán-berendezések. Ezt alkalmazzák bevonására acéltermékek. Segítségével Titan ad sok esetben nagy műszaki és gazdasági hatása nem csak növeli a berendezés élettartamát, hanem annak lehetőségét intenzívebbé folyamatok (például a nikkel hidrometallurgiában). A biológiai ártalmatlanságát Titan teszi kiváló anyag gyártásához szükséges berendezések az élelmiszeripar és a helyreállító sebészetben. Feltételek mellett mély hideg titán növeli az erőt, miközben a jó alakíthatóság, akkor lehet használni, mint szerkezeti anyag kriogén berendezések. Titán alkalmas arra is, hogy polírozás színes eloxálás vagy más módszerekkel a felület, és ezért, a készítéséhez használt különböző művészeti termékek t. H. és szobrászat. Ennek egyik példája az emlékmű, Moszkva, tiszteletére épült a dob az első mesterséges holdjának. Gyakorlati jelentőségű titánvegyületek oxidok, halogenidek, szilicidek és a szakterületen alkalmazott magas hőmérsékleten; boridokkal és ötvözeteik használják moderátorok atomerőművek miatt refrakteritásra és nagy neutron befogási keresztmetszet. Titán-karbid, amelynek nagy keménység, egy része a keményfém szerszám gyártására felhasznált vágószerszámok és csiszolóanyag.
titán-oxid (IV) és az alapja a bárium-titanát kerámiák titán, bárium-titanát, és - a legfontosabb ferroelektromos.
Titán szervezetben. Titán mindig jelen van a szövetekben a növények és állatok. A szárazföldi növények, annak koncentrációja - körülbelül 10 -4%. a tengeri - 1,2 × 10 -3 8 × 10 -2%, a szárazföldi állati szövetekben - kevesebb, mint 2 × 10 -4%, tengeri - 2 × 10 -4 2 × 10 -2%. Felhalmozódik gerincesek döntően laphámsejtes képződmények, lépben, mellékvesében, a pajzsmirigyben, a méhlepényben; Ez rosszul szívódik fel a gyomor-bélrendszerből. Emberben, a napi bevitel Titán étellel és a víz 0,85 mg; választódik ki a vizelettel és a széklettel (0,33 és 0,52 mg, sorrendben).