Titanium - metāla. titāna īpašības. Izmantošanu titāna. Pakāpes un ķīmiskais sastāvs titāna

Mūžīgais, noslēpumaina, telpa, nākotnes materiāls - visi šie un daudzi citi epiteti piešķirtie dažādiem avotiem titāna. Vēsture atklāšanas šā metāla nebija triviāls: tajā pašā laikā pār izlaišanas elementa tīrā veidā strādājuši vairāki zinātnieki. No pētot fizikālās un ķīmiskās īpašības un definīciju tās piemērošanas process nav pabeigts šodien. Titanium - metāla nākotnes un tās vietu cilvēka dzīvē, kas vēl nav pilnībā definēti, sniedzot modernus pētniekus milzīgu apjomu jaunrades un zinātniskās pētniecības jomā.

iezīme

Ķīmiskais elements titāna (Titanium) tiek izraudzīta no Periodic Table D. I. Mendeleeva Ti simbolu. Atrodas IV sānu apakšgrupa grupas ceturtā perioda un ir sērijas numurs 22. Vienkāršu vielu titāna - metāla balts un sudraba, viegls un izturīgs. Elektroniskais konfigurācija atoma ir šāda struktūra: +22) 2), 8) 10) 2 , 1S 2S ^{2 2} 3S ^{2 6} 2P 3P 3d ^{6 2 2} 4S. Līdz ar to, titāna ir vairākas iespējas oksidēšanās valstis 2, 3, 4, jo visstabilākā savienojumi, tas ir tetravalentām.

Titanium - sakausējums vai metāla?

Šis jautājums ir interese daudziem. 1910. gadā amerikāņu ķīmiķis Hunter bija pirmais tīra titāna. Metāla ietverts tikai 1% piemaisījumu, bet summa ir niecīga, un izrādījās nedod iespēju turpmākai izmeklēšanai tās īpašības. Šī materiāla plastiskums tika panākta tolkopod augstām temperatūrām, normālos apstākļos (temperatūra telpā), paraugs ir pārāk trausls. Faktiski, šis punkts nav ieinteresēti zinātnieki, jo tā izmantošanas perspektīvas šķita pārāk nenoteikta. Sarežģītība iegūšanas un izmeklēt samazināts vēl potenciāls savu pieteikumu. Tikai 1925, ķīmiķi no Nīderlandes J. de Boer un A. van Arkel saņemts titāna metāls, īpašībām, kuras ir piesaistījušas uzmanību inženieri un dizaineri visā pasaulē. Par pētījuma šo elementu vēsture sākas ar 1790. gadu, bet tas bija šajā laikā paralēli, neatkarīgi viens no otra, divi zinātnieki atklāj titāna kā ķīmiskais elements. Katrs no tiem saņem compound (oxide) aģents, neatjaunojas metāla tīrā formā. Titāna tiek uzskatīts pionieris angļu mūks mineralogs William Gregor. Teritorijā sava pagasta, kas atrodas dienvidrietumu daļā Anglijas, jauns zinātnieks sāka pētīt melnā smilšu Menakena Valley. Eksperimentu rezultāti ar magnētu ir bijis no spīdīgiem graudiem, kas ir titāna savienojumi sadalījums. Tajā pašā laikā Vācijas ķīmiķis Martins Heinrihs Klaprots identificējusi jaunu vielu no minerālu rutila. In 1797, viņš arī pierādīja, ka paralēli atvērtā elementi ir līdzīgi. Titāna dioksīds ir vairāk nekā gadsimtu bija noslēpums daudziem ķīmiķi, lai iegūtu tīru metāls nebija iespējams pat Berzelius. Jaunākās tehnoloģijas XX gadsimta ievērojami paātrinātu mācību procesu par minētā elementa un noteikt sākotnējo virzienu tā izmantošanu. Šajā darbības nepārtraukti paplašinās. Limit tajā var tikai sarežģītība iegūšanas process viela, piemēram, tīra titāna. Cenu un metālu sakausējumi ir diezgan augsts, tāpēc tas nevar izspiest tradicionālo dzelzs un alumīnija līdz šim.

Izcelsme nosaukuma

Menakin - pirmais vārds titāna, kas tika izmantots līdz 1795. Tas ir labi, pēc teritoriālā piederība, ko sauc par jaunu elementu W. Gregor. Martin Klaproth piešķir elements 1797 nosaukumu "Titan". Šajā laikā, viņa Francijas kolēģis vada diezgan ietekmīgas ķīmiķis A. L. Lavuaze piedāvā zvanīt jaunatklātiem vielu saskaņā ar to pamata īpašības. Vācu zinātnieks nepiekrita šai pieejai, viņš pamatoti domāja, ka atklājums posms ir diezgan grūti noteikt visas īpašības, kas piemīt vielas, un lai atspoguļotu tās nosaukumā. Tomēr mums jāatzīst, ka lietotāja izvēlētā Klaproth termiņa pilnībā atbilst metāla - tas ir vairākkārt uzsvērts mūsdienu zinātniekiem. Ir divas galvenās teorijas nosaukumu Titan. Metāla varētu tikt apzīmēti godu Elven karaliene Titania (Character ģermāņu mitoloģijā). Šis nosaukums simbolizē gan vieglumu un izturību aģents. Lielākā daļa zinātnieku sliecas izmantošanai grieķu mitoloģijā, kurā Titans bija sauc dēlus vareno zemes dievietes Gaia. Šī versija saka nosaukumu iepriekš atklātās elementu - urāna.

Būt dabā

No metāliem, kas tehniskajās ziņā vērtību personai, titāna ierindojas ceturtajā vietā no tā, cik zemes garozā. Liela daļa raksturs ir raksturīgs tikai dzelzs, magnija un alumīnija. atzīmēts bazalta Lielākā titāna saturu apvalks nedaudz mazāka savā granīta slānī. In jūras ūdeni, tad vielas saturu, kas ir zems - aptuveni 0,001 mg / l. Ķīmiskā elementa titāna, ir ļoti aktīvs, tāpēc tīrā veidā nav iespējams izpildīt. Vairumā gadījumu, tas ir klāt savienojumos ar skābekli, un ir valenci no četriem. Skaits titaniferous minerālu svārstās 63-75 (no dažādiem avotiem), bet pie pašreizējā posmā pētījumu, zinātnieki turpina atklāt jaunus veidus savienojumu. Praktiskai lietošanai, svarīgākais ir šādi minerāli:

1. Ilmenite (FeTiO _3).
2. Rutila (TiO _2).
3. Titanite (CaTiSiO _5).
4. Perovskita (CaTiO _3).
5. Titanomagnetite (FeTiO ₃ + Fe ₃ O ₄₎ un t. D.

Visas esošās titaniferous rūda tiek sadalīta pamata un PLACER. Šis elements ir vāja migrants, tas var ceļot tikai pēc atnešanās akmeņiem vai klintīm pārvietot sanešu apakšā. Biosfērā, lielākā summa no titāna ietverts aļģes. No zemes faunas elementu pārstāvji uzkrājas audos ragu, matiem. Par cilvēka ķermeņa raksturīgs titāna, kas atrodas liesā, virsnieru dziedzeru, placenta, vairogdziedzera.

fizikālās īpašības

Titanium - melnie metāli, kam sudraba-baltā krāsā, atgādina tērauda. Temperatūrā 0 ⁰ ° C, bet blīvums ir no 4.517 g / cm ^3. Viela ir zema siltuma masu, kurš ir raksturīgs sārmu metālu (kadmija, nātrija, litija, cēzija). Blīvums titāna ieņem starpstāvokli starp dzelzs un alumīnija, bet tās sniegums ir augstāks nekā abos elementos. Galvenais īpašības un metāli, kas tiek ņemts vērā, nosakot darbības jomu tā piemērošana tecēšanas un cietība. Titanium alumīnija lielāks par 12 reizes, dzelzs un vara - 4 reizes, bet tas ir ievērojami vieglāk. Pakļāvība no tīras vielas un tā raža robeža ļaut noformēšana pie augstas un zemas temperatūras vērtības, tāpat kā gadījumā ar citiem metāliem, t. E. Kniedēšanas metodes, kalšanas, metināšanas, valcēšana. Pazīšanas titāna īpašība - tās zema siltuma vadītspēja un, līdz ar to, šīs īpašības tiek saglabāts pie paaugstinātas temperatūras līdz 500 ⁰ C. magnētiskajā laukā ir paramagnētisks titāna elements, tas nav piesaistīts kā dzelzs, un netiek izstumts kā varš. Ļoti augstas pretkorozijas sniegumu skarbajā vidē un mehānisku iedarbību, ir unikāls. Vairāk nekā 10 gadus atrodoties jūras ūdens nemainīja izskatu un sastāvu titāna plāksnes. Dzelzs šajā gadījumā būtu pilnībā jāiznīcina sarūsējuši.

Termodinamiskās īpašības titāna

1. Blīvums (normālos apstākļos) ir 4.54 g / ^cm3.
2. Atomu skaits - 22.
3. Metals Group - ugunsizturīgo, gaisma.
4. Atomsvara no titāna - 47.0.
5. Vārīšanās temperatūru ⁽⁰ ° C) - 3260.
6. Molārais tilpums cm ³ / mol - 10.6.
7. Kušanas temperatūra no titāna ⁽⁰ ° C) - 1668.
8. Konkrēts iztvaikošanas siltums (kJ / mol) - 422,6.
9. Aizsardzības pretestības (pie 20 ⁰ C) omi * cm * 10 ^-6 - 45.

ķīmiskās īpašības

Uzlabots korozijizturība elementu, jo veidojoties uz virsmas oksīda plēvi maza. Tas novērš (normālos apstākļos) ķīmiskā reakcija ar gāzes (skābeklis, ūdeņradis), kas atrodas apkārtējā atmosfēra elements, piemēram, metāla titāna. Tās īpašības mainās reibumā temperatūras. Kad tas tiek paaugstināta līdz 600 ⁰ C, reakciju starp skābekli, kā rezultātā veidojas titāna oksīda (TiO _2). Gadījumā, ja absorbcijas atmosfēras gāzes veidojas trauslās savienojumus, kuriem nav praktisku izmantošanu, šī iemesla dēļ metināšanas un kušanu titāna ražots vakuumā. Ir atgriezeniska reakcija process izšķīdinot ūdeņradi metāla, tas notiek vairāk aktīvs pie augstākām temperatūrām (400 ⁰ C un iepriekš). Titanium, it īpaši smalkās daļiņas (no plānas plāksnes vai stieples) tiek sadedzināts zem slāpekļa atmosfērā. Ķīmiskā reakcija starp iespējama tikai pie temperatūras 700 ⁰ C, tādējādi veidojot nitrīda alvas. Ar daudzos veidos ļoti cieto metālu sakausējumu bieži sakausējuma elementu. The reaction ar halogēniem (hroms, broma atoms, joda atoms) ieiet tikai tad, kad katalizatora klātbūtnē (augstas temperatūras) un saskaņā ar mijiedarbību ar sausu vielu. Tas rada ļoti grūti ugunsizturīgo sakausējumiem. Ar šķīdumi vairumā, skābes un sārmi titāna ķīmiski aktīvas Izņēmums ir koncentrēta sērskābe (ilgstošas vārīšanās), fluorūdeņražskābi, karsts organiskā (skudrskābe, skābeņskābe).

nogulsnes

Visbiežāk dabā sastopamās Ilmenite rūda - tās rezerves tiek lēstas 800 miljonu tonnu. Noguldījumi ar rutila noguldījumi ir daudz pieticīgāki, taču kopējais apjoms - saglabājot ražošanas pieaugums - jānodrošina cilvēci nākamo 120 gadu laikā, metāla, piemēram, titāna. Par gala produkta cena būs atkarīga no pieprasījuma un palielinot ražošanas apstrādājamību, bet vidēji svārstījās no 1200 līdz 1800 rubļu. / Kg. Ar nepārtrauktu tehnisko uzlabojumu būtiski samazināja izmaksas visiem ražošanas procesiem, to savlaicīgu modernizāciju. Lielākie rezerves titāna rūdu ir Ķīnu un Krieviju, kā arī minerālūdens resursu bāzi, ir Japāna, Dienvidāfrika, Austrālija, Kazahstāna, Indija, Dienvidkoreja, Ukraina, Ceylon. Noguldījumi dažādu ražošanas apjomu un procentuālo titāna rūdas, ģeoloģiskie pētījumi turpinās pastāvīgi, kas ļauj uzņemties samazināšanos tirgus vērtības metāla un tās plašāku piemērošanu. Krievija ir līdz šim lielākais ražotājs titāna.

uzņemšana

Par ražošanu titāna dioksīds, tas ir visbiežāk izmanto, kuru sastāvā ir minimālā summa piemaisījumi. To iegūst, bagātinot ilmenītu vai rutila rūdu koncentrāti. Elektriskā-loka krāsns termiskā apstrāde notiek rūdas, kas ir pievienots ar veidošanās dzelzs un atdalīšanai sārņu satur titāna oksīdu. Sulfāts vai hlorīds metode tiek izmantota, lai pārstrādes frakcijas bez dzelzs. Titāna oksīds ir pulveris no pelēka (sk. Foto). Titāna metāla iegūst tās pakāpeniski ārstēšana.

Pirmais posms ir process no izdedžiem saķepšanas ar koksa un hlora tvaika iedarbību. _TiCl4 tiek samazināts rezultātā magnija vai nātrija kad pakļauts temperatūras no 850 ⁰ C. titāna sūklis (porains kausēta masas), kas iegūts ar ķīmisku reakciju, vai attīrīts kausēts stieņos. Atkarībā no tālākās izmantošanas apkārtnē, vai metāla sakausējums veidojas tīrā veidā (piemaisījumus, karsējot līdz 1000 ⁰ C). Ražošanai vielas ar piemaisījumu daļa 0,01% jodīda izmantoto metodi. Tā ir balstīta uz iztvaicēšanas procesa titāna sūklis vorbehandelten ar halogēna atomu, šīs vielas tvaiku.

Pielietojuma sfēras

Kušanas temperatūra no titāna ir pietiekami liela, ka metāls ir nenovērtējams priekšrocība lietošanas ērtumu kā konstrukciju materiālu. Tāpēc, tas atrod lielāko pieteikumu kuģubūves nozarē, aviācijas rūpniecība, ražošanas raķetes, ķīmisko augiem. Titanium bieži izmanto kā piemaisījumu dažādos sakausējumu, kas uzrāda labākus īpašības siltuma pretestību un cietība. Augsta izturība pret koroziju un spēja izturēt agresīvu vidi padara šo metāls ir nepieciešama, ķīmiskajā rūpniecībā. Titāna (sakausējumus) ir izgatavoti cauruļvadi, tvertnes, ventiļi, filtri, ko izmanto par destilāciju un transportēšanai skābju un citu ķīmiski aktīvām vielām. Viņš pieprasīja Veidojot ierīces darbības paaugstinātā temperatūrā veiktspēju. Ar titāna savienojumus izmanto, lai padarītu izturīgu griezējinstrumenti, krāsas, plastmasas un papīra, ķirurģijas instrumenti, implanti, rotaslietas, dekoratīvie materiāli, ko izmanto pārtikas rūpniecībā. Visas norādes ir grūti aprakstīt. Mūsdienu medicīna pilnu bioloģisko drošību, bieži izmanto metāla titāna. Cena - tas ir vienīgais faktors, kas ietekmē gara plašumu, piemērojot šo elementu. Pamatoti apgalvot, ka titāns - materiāls par nākotni, mācību, ka cilvēce ieies jaunā attīstības posmā.