Titan periode. Fysiske egenskaper og egenskaper til en av de vanskeligste metallene - Titanium

Titan i form av oksyd (IV) ble åpnet av en engelsk mineralog gregor i 1791 i magnetiske glass sanden i menakan (England); I 1795 fant den tyske kjemikeren M. G. Claprot at rutilmineralet er det naturlige oksydet til samme metall, kalt "Titan" [i den greske mytologien til Titans - barn av uran (himmel) og homofil (land)]. Det var ikke mulig å markere titan i sin rene form; Bare i 1910 fikk den amerikanske forskeren M. A. Hunter en metallisk titanoppvarming av kloridet med natrium i en hermetisk stålbombe; Metallet oppnådd var plast bare ved forhøyede temperaturer og skjøre ved romtemperatur på grunn av høye urenheter. Evnen til å studere egenskapene til rent titan virket bare i 1925, da Nederlandene forskerne A. Van Arkel og I. De Boer ved metoden for termisk dissosiasjon av titanjodid oppnådd metall med høy renhet, plast ved lave temperaturer.

Spre titan i naturen. Titanium er et av de vanlige elementene, dets gjennomsnittlige innhold i jordskorpen (Clark) er 0,57 vekt% (blant de strukturelle metaller i utbredelsen okkuperer 4. plass, gir jern, aluminium og magnesium). Det meste av titan i de viktigste bergarter i det såkalte "basalt skallet" (0,9%), mindre i bergarter av "granittskallet" (0,23%) og enda mindre i ultrabasiske bergarter (0,03%) og andre. Til Rock Rocks beriket titan inkluderer pegmatites av store bergarter, alkaliske bergarter, shenietites og tilhørende pegmatittene og andre. 67 minerals titan, for det meste magmatisk opprinnelse; Den viktigste - rutil og ilmenit.

I biosfæren er Titan hovedsakelig spredt. I sjøvann inneholder den 10 -7%; Titanium er en svak innvandrer.

Fysiske egenskaper av titan. Titan eksisterer i form av to allotropiske modifikasjoner: under temperaturen på 882,5 ° C er en motstandsdyktig a-form med et sekskantet grid (A \u003d 2,951Å, C \u003d 4,679O) og over denne temperaturen - β-form med Et kubisk system-sentrert grid a \u003d 3,269 Å. Urenheter og legeringsadditiver kan vesentlig endre temperaturen α / β-transformasjonen.

Tettheten av a-form ved 20 ° C 4,505 g / cm3, A ved 870 ° C 4,35 g / cm3; β-skjemaer ved 900 ° C 4,32 g / cm3; Atomic Radius TI 1.46 Å, Ion Radii Ti + 0.94 A, TI 2+ 0.78 Å, TI 3+ 0.69 Å, TI 4+ 0.64 Å; T PL 1668 ° C, T KIP 3227 ° C; Termisk ledningsevne i området 20-25 ° C 22,065 w / (m · k); Linjær ved 20 ° C 8,5 · 10 -6, i området 20-700 ° C 9,7 · 10 -6; varmekapasitet 0,523 KJ / (kg · k); Spesifikk elektrisk resistivitet 42,1 · 10 -6 ohm · cm ved 20 ° C; Temperaturkoeffisient av elektrisk motstandsdyktig 0,0035 ved 20 ° C; Den har superleder under 0,38 K. Titan Paramagnetic, spesifikk magnetisk følsomhet 3,2 · 10 -6 ved 20 ° C. Styrken på 256 Mn / m2 (25,6 kgf / mm2), den relative forlengelsen er 72%, er hardheten til brinellen mindre enn 1000 mn / m2 (100 kgf / mm 2). Modul av normal elastisitet 108 000 mn / m2 (10 800 kgf / mm 2). Metall høy grad av renhet av smiing ved normal temperatur.

Teknisk titan påført i bransjen inneholder oksygen urenheter, nitrogen, jern, silisium og karbon, og øker styrken redusert med plastisitet og påvirker temperaturen på den polymorfstransformasjonen, som forekommer i området 865-920 ° C. For teknisk Titanium BT1-00 og W1-0 merker, en tetthet på ca. 4,32 g / cm3, styrken på 300-550 mn / m2 (30-55kgs / mm 2), er den relative forlengelsen ikke lavere enn 25% , hardheten til Brinell 1150 -1650 Mn / m 2 (115-165 kgf / mm 2). Konfigurasjon av det ytre elektroniske Shell Atom TI 3D 2 4S 2.

Kjemiske egenskaper av titan. Rengjør titan - kjemisk aktivt overgangselement, i forbindelser har graden av oksidasjon +4, sjeldnere +3 og +2. Ved normal temperatur og opptil 500-550 ° C er det korrosjonelt stabilt, som forklares av tilstedeværelsen av en tynn, men holdbar oksydfilm på overflaten.

Med luft oksygen er det merkbart samvitting ved temperaturer over 600 ° C med dannelsen av TIO 2. Tynn titan chips med utilstrekkelig smøring kan lyse opp i prosessen med mekanisk behandling. Med en tilstrekkelig konsentrasjon av oksygen i miljøet og skade på oksydfilmen ved støt eller friksjon, er det mulig å varme metallet ved romtemperatur og i relativt store skiver.

Oksidfilmen beskytter ikke titan i en flytende tilstand fra ytterligere interaksjon med oksygen (i kontrast, for eksempel fra aluminium), og derfor skal dens smelte og sveising utføres i vakuum, i den nøytral gassatmosfære eller under fluxen. Titan har evnen til å absorbere atmosfæriske gasser og hydrogen, som danner skjøre legeringer, uegnet til praktisk bruk; I nærvær av en aktivert overflate oppstår absorpsjonen av hydrogen allerede ved romtemperatur ved lav hastighet, noe som vesentlig øker ved 400 ° C og høyere. Løseligheten av hydrogen i titan er reversibel, og denne gassen kan fjernes nesten helt glødning i vakuum. Med nitrogen reagerer titan ved temperaturer over 700 ° C, og nitrider av type tinn oppnås; I form av et fint pulver eller en wire kan titan brenne i en nitrogenatmosfære. Diffusjonshastigheten av nitrogen og oksygen i titan er signifikant lavere enn hydrogen. Laget oppnådd som et resultat av interaksjon med disse gassene er karakterisert ved forhøyet hardhet og skjøthet og bør fjernes fra overflaten av titanprodukter ved etsning eller bearbeiding. Titan samhandler kraftig med tørre halogener, i forhold til våte halogener, da fuktigheten spiller rollen som en inhibitor.

Metallet er stabilt i salpetersyre av alle konsentrasjoner (med unntak av en rød damping, noe som forårsaker korrosjonsprengningen av titan, og reaksjonen går noen ganger med en eksplosjon) i svake svovelsyreoppløsninger (opptil 5 vekt%) . Salt, VVS, konsentrert svovel, så vel som varme organiske syrer: oksaløs, formisk og trikloroaint reagerer med titan.

Titan korrosjonelt motstandsdyktig i atmosfærisk luft, sjøvann og sjøatmosfære, i vått klor, klorvann, varme og kalde kloridløsninger, i ulike teknologiske løsninger og reagenser som brukes i kjemisk, olje, papir og andre næringer, samt i Hydrometallurgia. Titanformer med C, B, SE, Si, metalllignende forbindelser som varierer i ildfast og høy hardhet. Tic karbid (t pl 3140 ° C) oppnås ved oppvarming av Ti02-blandingen med sot ved 1900-2000 ° C i hydrogenatmosfære; Tinnnitrid (T PL 2950 ° C) - Oppvarming Titanpulver i nitrogen ved temperaturer over 700 ° C. Silicider Tisi 2, Tisi og borider TIB, TI2 B 5, TIB 2 er kjent. Ved temperaturen på PAX 400-600 ° C absorberer titaniet hydrogen for å danne faste løsninger og hydrider (TIH, TIH 2). Ved veving av TiO 2 med alkalier, er salter av titansyrer meta og ortototytanater dannet (for eksempel Na2 ti03 og Na 4 Ti04), så vel som politikk (for eksempel Na2 Ti 2 O 5 og Na 2 TI3 O 7). Titanates inkluderer de viktigste titanmineralene, for eksempel Ilmenit Fetio 3, Perovskite Catio 3. Alle titanater er små i vann. Titan (IV) oksid, titan syrer (utfelling), samt titanater oppløses i svovelsyre for å danne løsninger som inneholder TIOSO titanylsulfat. Ved fortynning og oppvarmingsløsninger utfelles H2 TIO 3 som et resultat av hydrolyse, hvorfra titanoksyd (IV) oppnås. Når hydrogenperoksidet tilsettes til sure oppløsninger inneholdende forbindelser Ti (IV), blir peroksidant (overskudd) syrer av sammensetningen H 4 TIO 5 og H4 TIO 8 og de tilsvarende salter av dem dannet; Disse forbindelsene er malt i gul eller oransje-rød (avhengig av titankonsentrasjonen), som anvendes for analytisk bestemmelse av titan.

Får titan. Den vanligste metoden for å oppnå metalltitan er den magnetimetermiske metoden, det vil si at gjenopprettelsen av titantetraklorid med metallmagnesium (mindre ofte - natrium):

TiCl 4 + 2mg \u003d Ti + 2mgcl 2.

I begge tilfeller er de opprinnelige råmaterialene oksydmalmene til Titan-rutil, Ilmenit og andre. I tilfelle av malmtyper av ilmenites, separeres et slaggformet titan fra jern ved smelting i elektriske huler. Slagg (så vel som rutil) kloreres i nærvær av karbon med dannelsen av titantetraklorid, som etter rengjøring går inn i gjenopprettingsreaktoren med en nøytral atmosfære.

Titan på denne prosessen oppnås i svampet form og etter sliping er integrert i vakuumbueovner på ingots med innføring av legeringsadditiver dersom det er nødvendig å oppnå en legering. Magnetimetermisk metode gir deg mulighet til å skape stor industriell produksjon av titan med en lukket teknologisk syklus, siden det ugunstige produktet dannes når gjenvinning - magnesiumklorid rettes til elektrolyse for fremstilling av magnesium og klor.

I noen tilfeller er metoder for pulvermetallurgi-metoder gunstige for produksjon av produkter fra titan og legeringer. For å oppnå spesielt tynne pulver (for eksempel for radioelektronikk), er det mulig å gjenopprette titanoksyd (IV) kalsiumhydrid.

Anvendelse av titan. De viktigste fordelene ved titan foran andre strukturelle metaller: en kombinasjon av lyshet, styrke og korrosjonsbestandighet. Titanlegeringer i absolutt, og enda mer for spesifikk styrke (dvs. den styrke knyttet til tetthet) overstiger flertallet av legeringer basert på andre metaller (for eksempel jern eller nikkel) ved temperaturer fra -250 til 550 ° C og i korrosjonship de sammenligner med legeringer av edle metaller. Imidlertid, som et uavhengig strukturelt materiale, begynte Titan bare å bli brukt på 50-tallet på det 20. århundre på grunn av de store tekniske vanskelighetene ved sin utvinning fra ONES og behandling (og derfor har Titan avslappet til sjeldne metaller). Hoveddelen av titanet er brukt på behovene til luftfart og rakett teknologi og maritimt skipsbygging. Titan legeringer med jern, kjent som "ferrotitan" (20-50% titan), i metallurgi av høy kvalitet stål og spesielle legeringer tjener som en doping additiv og deoksidiserer.

Teknisk titan er ved fremstilling av containere, kjemiske reaktorer, rørledninger, forsterkninger, pumper og andre produkter som opererer i aggressive medier, for eksempel i kjemisk ingeniørfag. I hydrometallurgi av ikke-jernholdige metaller, apparater fra titanapparater. Den tjener til å dekke stålprodukter. Bruken av titan gir i mange tilfeller en stor teknisk og økonomisk effekt ikke bare på grunn av en økning i levetiden til utstyret, men også muligheten for intensivering av prosesser (for eksempel i nikkelhydrometallurgi). Den biologiske harmlessness av titan gjør det til et utmerket materiale for produksjon av utstyr for næringsmiddelindustrien og i å redusere kirurgi. Under betingelsene for dyp kulde øker styrken av titanen samtidig som det opprettholder god plastisitet, noe som gjør det mulig å bli brukt som et strukturelt materiale for kryogen teknologi. Titan er godt polert, fargeanodisering og andre overflatebehandlingsmetoder og går derfor til fremstilling av ulike artikler, inkludert og monumental skulptur. Et eksempel er monumentet i Moskva, bygget til ære for lanseringen av den første kunstige satellitten til jorden. Oksider, halogenider, så vel som silisider som brukes i høye temperaturer, har praktisk betydning fra titanforbindelser. Borider og deres legeringer brukes som retarder i atomkraftverk på grunn av deres ildfaste og et stort tverrsnitt av nøytronfangst. Titan Carbide med høy hardhet er en del av de instrumentelle faste legeringene som brukes til å produsere skjæreverktøy og som et slipemiddel.

Titanoksyd (IV) og Titanat Barium tjener som grunnlag for titan keramikk, og Titanate Barium er den viktigste ferroelektriske.

Titan i kroppen. Titan er konstant tilstede i planter og animalsk vev. I terrestriske planter er konsentrasjonen ca. 10 -4%, i marine - fra 1,2 · 10 -3 til 8 · 10-2%, i vevet av jorddyr - mindre enn 2 · 10 -4%, marine - fra 2 · 10 -4 til 2 · 10 -2%. Akkumulerer i vertebrale dyr hovedsakelig i kåte formasjoner, milt, binyrene, skjoldbruskkjertelen, plagsom; Dårlig absorbert fra mage-tarmkanalen. En person har en daglig ankomst av titan med mat og vann og vann er 0,85 mg; Undersøkt med urin og avføring (henholdsvis 0,33 og 0,52 mg).

Titan og legeringer basert på den er mye brukt i en rekke sfærer. Først av alt har titanlegeringer funnet bred bruk i konstruksjonen av ulike teknikker på grunn av deres høye korrosjonsbestandighet, mekanisk styrke, liten tetthet, varmebestandighet og en rekke andre egenskaper. Tatt i betraktning egenskapene og bruken av titan, er det umulig å ikke merke seg den ganske høye prisen. Imidlertid er det fullt kompensert av materialets egenskaper og holdbarhet.

Titanium har høy styrke og smeltepunkt, forskjellig fra andre metaller holdbarhet.

De viktigste egenskapene til Titan

Titan ligger i IV-gruppen i den fjerde perioden av det periodiske systemet med kjemiske elementer. I de mest stabile og viktigste forbindelsene er elementet tetravalent. Eksternt minner Titan stål. Er et overgangselement. Smeltepunktet når nesten 1700 °, og koke - 3300 °. Når det gjelder en slik eiendom, som en skjult varme av smelting og fordampning, er den nesten 2 ganger høyere enn den tilsvarende indikatoren for jern.

Har 2 allotropiske modifikasjoner:

1. Lavtemperatur, som er i stand til å eksistere til en temperatur på 882,5 °.
2. Høytemperaturtemperaturbestandig ved 882,5 ° til smeltepunkt.

Egenskaper som spesifikk varme og tetthet har titan mellom to materialer med den bredeste strukturelle bruk: jern og aluminium. Den mekaniske styrken av titan nesten 2 ganger overstiger denne egenskapen i rent jern og nesten 6 ganger i aluminium. Imidlertid er egenskapene til titanet slik at det er i stand til å absorbere hydrogen i store mengder, oksygen og nitrogen, som er negativt reflektert i materialets plastegenskaper.

Materialet er preget av svært lav termisk ledningsevne. Til sammenligning er jern over 4 ganger, og aluminium i 12. Med hensyn til en slik egenskap, som en termisk ekspansjonskoeffisient, har den en relativt lav verdi ved romtemperatur og øker med økende temperatur.

Titan har liten elastisitetsmodul. Med økende temperatur på opptil 350 ° begynner de å redusere nesten i henhold til den lineære loven. Det er dette øyeblikket som er en betydelig ulempe for materialet.

Titan er preget av en ganske stor verdi av den spesifikke elektriske motstanden. Det kan variere i ganske store grenser og avhenger av innholdet av urenheter.

Titanium er et paramagnetisk materiale. For slike stoffer er en reduksjon i magnetisk følsomhet i oppvarmingsprosessen karakterisert. Titanium er imidlertid et unntak - med økende temperatur øker den magnetiske følsomheten betydelig.

Titan applikasjoner

Medisinske verktøy laget av titanlegering er preget av høy korrosjonsstyrke, biologisk motstand og plastisitet.

Egenskapene til materialet gir et ganske bredt spekter av sine applikasjoner. Så, i store mengder titanlegeringer brukes i strukturen av fartøy og ulike teknikker. Bruken av materiale er etablert som et dopingadditiv til stål av stål av stål og som en deoksydgiver. Legeringer med nikkel funnet bruk i teknikk og medisin. Slike forbindelser har unike egenskaper, spesielt de har et skjema minne.

Bruken av kompakt titan i produksjonen av detaljer om elektroovacuuminnretninger som brukes under høye temperaturer. Egenskapene til teknisk titan tillater at den brukes i produksjon av ventiler, rørledninger, pumper, forsterkninger og andre produkter som er opprettet for drift i aggressive forhold.

Legeringer er preget av utilstrekkelig varme, men de har høy korrosjonsbestandighet. Dette tillater bruk av forskjellige titanbaserte legeringer i kjemisk sfære. For eksempel anvendes materialet ved fremstilling av pumper for pumping av svovel og saltsyre. Til dags dato kan bare legeringer på grunnlag av dette materialet brukes i produksjonen av ulike typer utstyr for klorindustrien.

Titanbruk i transportbransjen

Legeringer basert på dette materialet brukes til fremstilling av pansrede deler. Og erstatte de forskjellige strukturelle elementene som brukes i transportbransjen, reduserer drivstofforbruket, øker den nyttige belastningskapasiteten, øker utmattelsesgrensen for produkter og forbedrer mange andre egenskaper.

Ved fremstilling av utstyr for kjemisk industri fra titan, er den viktigste eiendommen korrosjonsbestandigheten til metallet.

Materialet er godt egnet for bruk i bygging av jernbanetransport. En av de viktigste oppgavene du må løse på jernbanene er relatert til en nedgang i død last. Bruken av stenger og ark med titan gjør at du kan redusere den totale vekten av sammensetningen betydelig, redusere størrelsen på bjelkene og heksene, lagre i stikkontakten.

Vekten er ganske viktig for trailed transport. Bruken av titan i stedet for stål i produksjon av hjul og akser gir deg også mulighet til å øke den nyttige bæreevne betydelig.

Egenskapene til materialet gjør det mulig å bruke det i bilindustrien. Materialet er preget av en optimal kombinasjon av styrke og vektegenskaper for avfallsgasser og vridd fjærer. Bruken av titan og legeringer gjør det mulig å redusere mengden av eksosgasser betydelig, redusere drivstoffkostnadene og utvide bruken av skrap og produksjonsavfall med overlapping. Material og legeringer som inneholder det har mange fordeler i forhold til andre løsninger som brukes.

Hovedoppgaven med å utvikle nye deler og strukturer er å redusere masse, hvorfra bevegelsen av kjøretøyet selv avhenger av en eller annen grad. Redusere vekten av bevegelige noder og deler gjør det mulig å redusere kostnaden for drivstoff potensielt. Detaljer fra Titan har gjentatte ganger bevist deres pålitelighet. De er ganske mye brukt i luftfartsindustrien og racing bilstrukturer.

Bruken av dette materialet tillater ikke bare å redusere vekten av detaljene, men også løse problemet med å redusere volumet av eksosgasser.

Bruk av titan og dets legeringer innen konstruksjon

Byggingen er mye brukt av titanlegering med sink. Denne legeringen er preget av høye mekaniske indikatorer og korrosjonsmotstand, er forskjellig ved høy stivhet og plastisitet. Sammensetningen av legeringen inneholder opptil 0,2% av legeringsadditiver som utfører funksjonene til strukturmodifikatorene. Takket være aluminium og kobber sikres den nødvendige plastisiteten. I tillegg tillater bruken av kobber deg til å øke den begrensede styrken til materialet for strekkfelt, og kombinasjonen av kjemiske elementer bidrar til en reduksjon i ekspansjonskoeffisienten. Legeringen brukes til produksjon av lange bånd og ark med gode estetiske egenskaper.

Titan brukes ofte i romteknologier på grunn av lysstyrken, styrke og ildfaste.

Blant de viktigste egenskapene til Titans legering med sink, som er viktige spesifikt for konstruksjon, kan slike kjemiske og fysiske egenskaper noteres som høy korrosjonsbestandighet, godt utseende og sikkerhet for menneskers helse og miljø.

Materialet er preget av god plastisitet, uten problemer, gir tilbake til dyphetten, som lar deg bruke den i taktekking. Alloy har ingen problemer med lodding. Det er derfor ulike volumetriske design og ikke-standard arkitektoniske elementer som kupler og spirer er laget av sink-titan, og ikke kobber eller galvanisert stål. Ved å løse slike oppgaver er denne legeret uunnværlig.

Sfæren for å bruke legering er veldig bredt. Den brukes i fasade- og takarbeid, produkter av ulike konfigurasjoner er laget av det og nesten alle kompleksitet, det er mye brukt i produksjonen av ulike dekorative produkter av typen drenering, synger, takskøyter, etc.

Denne legeringen er preget av en veldig lang levetid. I mer enn et århundre vil det ikke kreve maleri og hyppig nåværende reparasjonsarbeid. Også blant de essensielle fordelene ved materialet skal tildeles sin evne til å gjenopprette. Ikke-essensiell skade i form av riper fra grener, fugler, etc. Etter en tid blir de eliminert av seg selv.

Krav til byggematerialer blir stadig mer alvorlige og strenge. Forskningsbedrifter i en rekke land studerte jorda rundt bygninger bygget med sink og titanlegering. Forskningsresultatene bekreftet at materialet er helt trygt. Det har ikke kreftfremkallende egenskaper og skader ikke menneskers helse. Zinc-Titanium er et ikke-brennbart byggemateriale, noe som ytterligere forbedrer sikkerheten.

Med tanke på alle oppførte positive egenskaper, er et slikt byggemateriale i drift ca. 2 ganger billigere enn takkobber.

Legeringen har to grader av oksidasjon. Over tid endrer den fargen og mister metallskinnet. I begynnelsen blir sink-titan lysegrå, og etter en tid blir det en edel mørkegrå skygge. For tiden er materialet forsettlig utsatt for kjemisk aldring.

Bruk av titan og dets legeringer i medisin

Titan er utmerket kompatibel med menneskelig vev, og brukes derfor aktivt på endoprostetikk.

Titan har blitt mye brukt i medisinsk sfære. Blant fordelene som tillot ham å bli så populær, bør noteres høy styrke og motstand mot korrosjon. I tillegg hadde ingen av pasientene blitt oppdaget allergier mot Titan.

Legemidlet bruker kommersielt rent titan og legering TI6-4eli. Ved bruk er kirurgiske instrumenter produsert, en rekke eksterne og interne proteser, opp til hjerteventiler. Rullestoler, krykker og andre enheter er laget av titan.

En rekke studier og eksperimenter bekrefter den utmerkede biologiske kompatibiliteten til materialet og dets legeringer med et levende humant vev. Myke og bein stoffer vokser sammen med disse materialene uten problemer. En lav modul av elastisitet og høy spesifikk styrkeindikator gjør titan veldig godt materiale for endoprostetikk. Det er merkbart lettere enn tinn, stål og legeringer basert på kobolt.

Dermed tillater titanegenskaper deg å aktivt bruke den på et bredt utvalg av områder - fra produksjon av rør og tak til medisinsk prostetikk og bygging av romfartøy.

Titan - Element av sidestrømmen i den fjerde gruppen, den fjerde perioden av det periodiske systemet med kjemiske elementer, med atomnummer 22. Det er angitt av TI-symbolet (Lat. Titanium). Enkel substans titan (Cas-nummer: 7440-32-6) - Lett metall sølv hvit farge. Finnes i to krystallmodifikasjoner :? -ti med en sekskantet pakket gitter, -ti med kubisk volum-sentrert emballasje, overgangstemperaturen α↔β 883 ° C

Historie om åpningselement Titanium

Åpningen av TiO2 ble gjort nesten samtidig og uavhengig av engelskmannen W. Gregor og tysk kjemiker M. G. Claprot. W. Gregor, utforsker sammensetningen av magnetisk kjertel sand (Creed, Cornwall, England, 1789), tildelt et nytt "land" (oksyd) av et ukjent metall, som mener kalt. I 1795 åpnet den tyske kjemikeren av Claprot et nytt element i mineralske rutilen og kalte det titan. To år senere fant Claprot at rutilen og menaskinen jorden - oksyder av det samme elementet, etterfulgt av navnet "Titan" foreslått av claprotomic. Etter 10 år fant åpningen av Titan sted for tredje gang. Den franske forskeren L. Voclene oppdaget Titan i Anataz og viste at rutin og anataz - identiske titanoksyder.

Den første prøven av metalltitanet ble mottatt i 1825. Y. Y. Burtsellius. På grunn av den høye kjemiske aktiviteten til titan og kompleksiteten i rensingen, mottok den rene prøven TI den nederlandske A. Wang Arkel og I. de Bur i 1925 av den termiske dekomponeringen av dampen til Titanium TII4.

Opprinnelse av navn

Metall mottok navnet til ære for Titans, tegn i gammel gresk mytologi, homofils barn. Navnet på elementet ble gitt av Martin Claprot, i samsvar med hans syn på den kjemiske nomenklaturen i motsetning til den franske kjemiske skolen, hvor elementet prøvde å ringe på sine kjemiske egenskaper. Siden den tyske forskeren selv bemerket umuligheten av å bestemme egenskapene til det nye elementet bare av oksydet, plukket han opp et navn fra mytologi for ham, analogt med det tidligere åpne uranet.

Men ifølge en annen versjon, publisert i magasinet "Møte-Youth" på slutten av 80-tallet, er det nylig åpne metallet forpliktet av navnet sitt ikke de kraftige titanene fra de gamle greske mytene, og Titania - dronningen av fay i tysk mytologi (Oberons kone i Shakespeare's "Dream i en sommerdag"). Dette navnet er knyttet til en ekstraordinær "letthet" (lav tetthet) av metall.

Finne i naturen

Titan er på 10. plass i naturen i naturen. Innholdet i jordskorpen er 0,57 vekt%. Fri form forekommer ikke. Det er mer enn 100 mineraler som inneholder titan. Den viktigste av dem: Tio 2 Rutile, Ilmenit Fetio 3, Titanoagnetite Fetio 3 + Fe 3 O 4, Perovskite Catio 3, Titanite Catiosio 4, Tantalite (Fe, Mn) 2+ TA 2 O 6 og Manganating MNT 2 O 6. Den urbefolkede malmen av titan - ilmenitt-titaniumagnetitt og marginal - rutil-ilmenitt-zirkonisk.

Aksjer og gruvedrift

For 2002 ble 90% av produsert titan brukt til å produsere TIO 2 titandioxid. Den globale produksjonen av titandioksid var 4,5 millioner tonn per år. De bekreftede aksjene på titan dioksyd (uten Russland) står for rundt 800 millioner tonn. For 2006, ifølge den amerikanske geologiske tjenesten, når det gjelder titandioksid og unntatt Russland, er ilimittmalmens reserver 603-673 millioner tonn., Og Rutilovy - 49.7-52,7 millioner tonn. Ved dagens grad av gruvedrift av verden utforsket Aksjer av titan (uten regnskapsføring av Russland) x wattes mer enn 150 år.

Russland har den andre i verden, etter Kina, Titans reserver. Mineralressursbasen til Titan Russland er 20 felt (hvorav 11 er urfolk og 9 steder), ganske jevnt spredt i landet. Den største av de utforskede innskuddene ligger 25 km fra byen UKHTA (KOMI Republic). Depositum reserver er estimert til 2 milliarder tonn.

Verdens største produsent av Titanium er det russiske selskapet VSMPO-Avisma.

Å skaffe

Crystal Titanium Bar (renhet på 99,995%, vekt? 283 g, lengde? 14 cm, diameter? 25 mm), laget på Ural Uralmetry Factory, Van Arkel og De Bura

Titanmalm blir utsatt for svovelsyre eller pyrometallurgisk behandling. Produkt av svovelsyre-prosessering - Tio 2 Titanium dioksydpulver. Den pyrometallurgiske metoden for malm SACH ut med koks og behandles med klor, mottar et par titan titantetrakloridpar: Ti02 + 2C + 2Cl 2 \u003d TiCl 4 + 2CO

De resulterende parene i TiCl 4 ved 850 ° C gjenoppretter mg: TiCl 4 + 2mg \u003d 2mgcl 2 + Ti

Den resulterende titan "svampen" er integrert og rengjort. Ilimitt konsentrater gjenopprettes i elektriske bueovner med etterfølgende klorering av oppstart av titan slagg. Raffinert titan ved jodid eller elektrolyse, fremhever Ti fra TiCl 4. En bue, elektronisk eller plasmabehandling brukes til å oppnå titan ingots.

Fysiske egenskaper

Titanium - Lys sølv-hvitt metall. Finnes i to krystallinske modifikasjoner :? -ti med en sekskantet gitter (A \u003d 2,951 A, C \u003d 4,697 A; Z \u003d 2; romlig gruppe C6mmc.) ,? -ti med kubisk volumetrisk emballasje (A \u003d 3,269 A; Z \u003d 2; romlig gruppe Im3m.), Overgangstemperaturen? -? 883 ° C ,? H-overgangen er 3,8 KJ / mol. Smeltepunkt 1671 ° C, kokepunkt 3260 ° C, tetthet? -Ti og ^ -ti, tilsvarende 4,505 (20 ° C) og 4,32 (900 ° C) R / cm?, Atomtetthet 5,71 × 1022 / cm3 . Plast, sveiset i en inert atmosfære.

Den har en høy viskositet, under mekanisk behandling, tilbøyelig til å stikke til skjæreverktøyet, og derfor er det nødvendig å bruke spesielle belegg på verktøyet, forskjellige smøremidler.

Ved normal temperatur er dekket med en beskyttende passivating film av TiO 2 oksid, takket være dette, korrosjonsstudier i de fleste medier (unntatt alkalisk).

Titanium støv har en eksplosjonseiendom. Blitstemperatur 400 ° C.

Kjemiske egenskaper

Titanium er motstandsdyktig mot fortynnede løsninger av mange syrer og alkalier (unntatt H3 PO 4 og konsentrert

Historie

Oppdagelsen av titandioksid (TIO 2) ble laget nesten samtidig og uavhengig av engelskmannen W. Gregor. og tysk kjemiker M. G. Claprot . W. Gregor, utforsker sammensetningen av magnetisk kjertel sand (Creed, Cornwall, England,), tildelte et nytt "land" (oksyd) av et ukjent metall, som meninger kalt. I 1795 åpnet den tyske kjemikeren Clapparot i et mineral rutil. Et nytt element og kalt det titan. To år senere fant Claprot at rutil og menachen land - oksider av det samme elementet, etterfulgt av navnet "Titan" foreslått av claprotomic. Etter 10 år fant oppdagelsen av Titan for tredje gang: fransk forsker L. Voklenu Oppdaget Titan B. anatase Og viste at rutin og anataz - identiske titanoksider.

Den første prøven av metallisk titan kom inn 1825. Svenskert J. Ya. Burtsellius . På grunn av den høye kjemiske aktiviteten til titan og kompleksiteten til rengjøringen, ble det mottatt en ren prøve TI av den nederlandske A. Wang Arkel og I. De Boer i 1925. termisk dekomponering av damper iodide Titan TII 4.

Titan fant ikke industrielle applikasjoner luxembourger Kroll. (ENG.)russisk I 1940, patent patent en enkel magnetimemisk metode for å gjenopprette metall titan fra tetrakloride ; Denne metoden (Rabral-prosessen (ENG.)russisk) Så langt er det en av de viktigste i det industrielle å skaffe titan.

Opprinnelse av navn

Metal fikk navnet hans til ære titans , tegn i gammel gresk mytologi, barn Gei. . Navnelement DAL. Martin Claprot I samsvar med sine synspunkter på den kjemiske nomenklaturen i motsetning til den franske kjemiske skolen, hvor elementet prøvde å ringe på sine kjemiske egenskaper. Siden den tyske forskeren selv bemerket umuligheten av å bestemme egenskapene til det nye elementet bare av oksydet, plukket han opp et navn fra mytologi for ham, analogt med det tidligere åpne uran.

Finne i naturen

Titan er på 10. plass i naturen i naturen. Innhold B. jord Kore - 0,57 vekt%, i sjøvann - 0,001 mg / l. I ultralyd raser 300 g / t, i den viktigste - 9 kg / t, i sur 2,3 kg / ta leire og slats. 4,5 kg / t. I jordskorpen er Titan nesten alltid firehound og er bare tilstede i oksygenforbindelser. Fri form forekommer ikke. Titan i forvitring og nedbør har en geokjemisk affinitet med Al 2 o 3 . Det konsentrerer B. boksites mais forvitret Og i marine leire sedimenter. Titan Transfer utføres i form av mekaniske rusk mineraler og i form av colloidov. . Opptil 30% TIO 2 vil akkumulere i noen leire. Titanmineraler er motstandsdyktige mot forvitring og danner store konsentrasjoner på steder. Det er mer enn 100 mineraler som inneholder titan. Den viktigste av dem: rutyl Tio 2, ilmenite. Fetio 3, titanoagnetitt Fetio 3 + Fe 3 o 4, perovskit. Catio 3, titanite. (SPHEN) CATISIO 5. Skille innfødte malm Titanium - ilmenitt-titaniumagnetitt og marginal - rutil-ilmenitt-zirkonisk.

Fødselssted

Store urbefolkninger i Titan ligger i Sør-Afrika, Russland, Ukraina, Canada, USA, Kina, Norge, Sverige, Egypt, Australia, India, Sør-Korea, Kasakhstan; Marst innskudd er tilgjengelig i Brasil, India, USA, Sierra Leone, Australia. I CIS-landene holdes det ledende stedet i de utforskede reserver av titanmalmene av Russland (58,5%) og Ukraina (40,2%). Det største innskuddet i Russland - Yegegian..

Aksjer og gruvedrift

Ifølge 2002 ble 90% av det produserte titanet brukt til produksjon titan dioxid. Tio 2. Den globale produksjonen av titandioksid var 4,5 millioner tonn per år. De bekreftede Titan Dioksidreserver (uten Russland) står for rundt 800 millioner tonn. For 2006, ifølge den amerikanske geologiske tjenesten, når det gjelder titandioksid og uten å registrere Russland, er reserverne av ilmenittmalm 603-673 millioner tonn., Og Rutile - 49, 7-52,7 millioner tonn. Således, ved den nåværende frekvensen av gruver av verden utforsket bestandene av Titan (unntatt Russland), er det nok i mer enn 150 år.

Russland har den andre i verden, etter Kina, Titans reserver. Mineralressursbasen til Titan Russland er 20 felt (hvorav 11 er urfolk og 9 steder), ganske jevnt spredt i landet. Den største av de utforskede innskuddene (yigs) ligger 25 km fra byen UKHTA. (KOMI Republic). Depositum reserver er estimert til 2 milliarder tonn malm med et gjennomsnittlig titandioksydinnhold på ca 10%.

Verdens største produsent av Titan - Russisk selskap " Vsmpo-avisma. » .

Å skaffe

Som regel anvendes det opprinnelige materialet for produksjon av titan og dets forbindelser titan dioxid. med en relativt liten mengde urenheter. Spesielt kan det være rutilova. Konsentratet oppnådd ved å berikke titanmalm. Imidlertid er reserverne av Rutila i verden svært begrenset, og den såkalte syntetiske rutil eller titan brukes oftere. slagg Resirkulering ilmenitov. konsentrerer seg. For å oppnå titanslaget reduseres ilmenittkonsentratet i en elektrisk bueovn, mens jern er separert i metallfasen ( støpejern), Og uvanlige oksider av titan og urenheter danner en slaggfase. En rik slagg behandles av klorid eller svovelsyre.

Titanmalm blir utsatt for svovelsyre eller pyrometallurgisk behandling. Produkt av svovelsyre-prosessering - Tio 2 Titanium dioksydpulver. Pyrometallurgisk metode for malm Schach kokker og behandlet klor , å få et par tetraklorid Titan TiCl 4:

De resulterende parene TiCl 4 ved 850 ° C gjenoppretter magnesium :

I tillegg har den såkalte FFC Cambridge-prosessen begynt å få popularitet, oppkalt av utviklerne av Derek Freya, Tom Fountain og George Chen fra Cambridge University. hvor det ble opprettet. Denne elektrokjemiske prosessen tillater direkte kontinuerlig reduksjon av titan titan i blandingen av blandingen kalsiumklorid og negashing Lime (kalsiumoksid). I denne prosessen anvendes et elektrolytisk bad, fylt med en blanding av kalsiumklorid og kalk, med en grafittbrukbar (eller nøytral) anode og en katode laget av oksydet som skal gjenopprettes. Når strømmen føres gjennom et bad, når temperaturen raskt ~ 1000-1100 ° C, og kalsiumoksydsmelte dekomponerer på anoden på oksygen og metallisk kalsium :

Det resulterende oksygen oksiderer anoden (i tilfelle av bruk av grafitt), og kalsium migrerer i smelten til katoden, hvor den gjenoppretter titan fra oksydet:

Det resulterende kalsiumoksidet dissocierer igjen til oksygen- og metallisk kalsium, og prosessen gjentas opp til den totale omdannelse av katoden i titanvampen eller kalsiumoksydutmattelsen. Kalsiumklorid i denne prosessen brukes som en elektrolytt for å gi elektrisk ledningsevne av smelten og mobiliteten til aktive kalsium og oksygenioner. Når du bruker en inert anode (for eksempel, tinioksid), i stedet for karbondioksid, er anoden preget av molekylært oksygen, som forurenser miljøet, men prosessen i dette tilfellet blir mindre stabilt, og i tillegg blir dekomponeringen av klorid mer energi, og ikke kalsiumoksidet, som fører til å frigjøre molekylær klor.

Den resulterende titan "svampen" er integrert og rengjort. Avgrens titanjodid eller elektrolyse Å ha fremhever Ti fra TiCl 4. En bue, elektronbjelke eller plasmabehandling brukes til å oppnå titan ingots.

Fysiske egenskaper

Titan - Lys sølv-hvit metall . Under normalt trykk finnes det i to krystallinske modifikasjoner: Lavtemperatur a -ti med en sekskantet-asfaltert gitter ( sekskantet singonia. , romlig gruppe C.6mMC., Celleparametere eN. \u003d 0,2953 nm., c. \u003d 0,4729 nm., Z. = 2 ) og høy temperatur β -ti med kubisk volum-sentrert emballasje ( cubic Singonia. , romlig gruppe JEG ER.3m., Celleparametere eN. \u003d 0,3269 nm., Z. = 2 ), overgangstemperaturen av α↔β 883 ° C, varmen av overgangen δ H. \u003d 3,8 KJ / mol (87,4 KJ / kg). De fleste metaller under oppløsning i titan stabiliserer β-fase og reduserer α↔p-overgangstemperaturen. Ved et trykk over 9 GPA og temperaturer over 900 ° C, passerer titan i den sekskantede fasen (ω -ti). Tettheten av α-TI og β-TI er henholdsvis lik 4,505 g / cm3 (ved 20 ° C) og 4,32 g / cm3 (ved 900 ° C). Atomisk tetthet av a-titan 5,67 ° 10 22 AD / CM3.

Smeltepunktet for titan ved normalt trykk er 1670 ± 2 ° C, eller 1943 ± 2 k (akseptert som en av de sekundære kalibreringspunktene i temperaturskalaen sin-90 (ENG.)russisk). Kokepunkt 3287 ° C. Med en tilstrekkelig lav temperatur (-80 ° C) blir titan ganske skjøre. Jeksel varmekapasitet under normale forhold C P. \u003d 25,060 KJ / (mol · k)Hva tilsvarer en bestemt varmekapasitet på 0,523 KJ / (kg · k). Varmen av smelting 15 KJ / mol, fordampningsvarmen 410 KJ / mol. Karakteristisk debayevskaya temperaturen 430 K. Termisk ledningsevne 21,9 w / (m · k) ved 20 ° C. Linjær 9,2 · 10 -6 til -1 i området fra -120 til +860 ° C. Molar entropi a -otitan S. 0 \u003d 30.7 KJ / (MOL · k). For titan i gassfasen enthalpy. formasjon. Δ H.0
f. \u003d 473,0 KJ / Mole, gibbs Energy Δ G.0
f. \u003d 428,4 KJ / Mole, molar entropi. S. 0 \u003d 180.3 KJ / (MOL · K), varmekapasitet ved konstant trykk C P. \u003d 24.4 KJ / (mol · k)

Plast, sveiset i en inert atmosfære. Styrkeegenskapene er små avhengige av temperaturen, men sterkt avhengig av renhet og forbehandling. For teknisk titan hardhet Vickers. Det er 790-800 MPa, modulen av normal elastisitet er 103 GPA, skift modul 39,2 GPA. Sterkere pre-avvist i vakuum titan strekkgrense 140-170 MPa, relativ utvidelse 55-70 %, brinell Hardness. 716 MPa.

Den har en høy viskositet, når maskinert, tilbøyelig til å stikke til skjæreverktøyet, og derfor er det nødvendig å bruke spesielle belegg til verktøyet, forskjellige smøring.

Ved normal temperatur er dekket av beskyttende passivorous. Tio 2 oksidfilm, takket være dette korrosjonsstudio I de fleste medier (unntatt alkalisk).

Isotoper.

Naturlig titan består av en blanding av fem stabile isotoper: 46 TI ( isotopisk prevalens 7,95%), 47 TI (7,75%), 48 TI (73,45%), 49 TI (5,51%), 50 TI (5,34%).

Blant kunstige isotoper er den mest langvarige 44 TI ( halvt liv 60 år) og 45 TI (halveringstid på 184 minutter).

Kjemiske egenskaper

Lett reagerer selv med svake syrer i nærvær av komplekser, for eksempel med en plattformsyre, samhandler den på grunn av dannelsen av en integrert anion. 2-. Titan er mest utsatt for korrosjon i organiske medier, siden i nærvær av vann på overflaten av titanproduktet er dannet tett passiv film Fra oksider og hydrid titan. Den mest merkbare økningen i korrosjonsbestandigheten av titan er merkbar når vanninnholdet øker i et aggressivt medium fra 0,5 til 8,0%, som bekreftes ved elektrokemiske studier av titanelektrodepotensialer i syreoppløsninger og alkalier i blandet vann og organisk medium.

Når luftvarmer opp til 1200 ° C. Ti lyser med en lys hvit flamme med dannelsen av oksydfasene i TiO X-variabelsammensetningen. Fra løsningene av titansalter, blir TIO-hydroksyd avsatt (OH) 2 x XH20, med forsiktig kalsinering av hvilket Tio 2 oksyd oppnås. Tio hydroksyd (OH) 2 · xh 2 o og tio 2 dioksyd amphoterns..

Når du samhandler med titan med karbon Former titans karbid. Tic x (x \u003d 0,49-1,00).

• Titan i skjemaet legering Det er et viktig strukturelt materiale i fly og rakettbygning, i skipsbygging.
• Metall brukes i kjemisk industri ( reaktorer , pipelifikatorer , pumper , pipeline tilbehør), militærindustrien (kroppsarmen, rustning og brannforebyggende partisjoner i luftfart, ubåtskrog), industrielle prosesser (avsaltningsanlegg, cellulose- og papirprosesser), bilindustrien, landbruksprodukter, næringsmiddelindustrien, sportsartikler, smykker, mobiltelefoner, lunger legeringer, etc.
• Titan er fysiologisk inert, på grunn av hvilken den brukes i medisin (proteser, osteoprostheses, tannimplantater), i dental og endodontiske instrumenter, dekorasjoner for piercing.
• Titanestøping utføres i støvsug ovner i grafittformer. Brukes også vakuum kastet på modeller. På grunn av teknologiske vanskeligheter i kunststøping, er det begrenset. Den første i verdensøvelsen av monumental kasteskulptur fra titan er monument til Yuri Gagarin på torget Hans navn i Moskva.
• Titan er alloying. legger til i mange legerte