Titanium - het metaal. titanium eigenschappen. Gebruik van titanium. Status en chemische samenstelling van titanium

De eeuwige, mysterieus, ruimte, materiaal van de toekomst - al deze en vele andere epitheta toegewezen aan de verschillende bronnen van titanium. Geschiedenis van de ontdekking van dit metaal was niet triviaal: op hetzelfde moment over de vrijlating element in zuivere vorm diverse wetenschappers gewerkt. Het proces van het bestuderen van de fysische en chemische eigenschappen en de definitie van de toepassing ervan is nog niet klaar vandaag. Titanium - het metaal van de toekomst en de plaats ervan in het menselijk leven nog niet volledig gedefinieerd, waardoor moderne onderzoekers een enorme ruimte voor creativiteit en wetenschappelijk onderzoek.

kenmerken

Chemisch element titaan (titaan) wordt aangeduid in het periodiek systeem D.I. Mendeleeva Ti symbool. Gelegen aan de zijkant subgroep IV groep van de vierde periode, en een volgnummer 22. Een enkelvoudige substantie titaan - metaal wit en zilver, licht en duurzaam. De elektronenconfiguratie van het atoom de volgende structuur: 22) 2) 8) 10) 2 , 2S 1S ^{2 2 2 6} 3S 2P 3P 3d ^{6 2 2} 4S. Bijgevolg titanium staan meerdere mogelijke oxidatietoestanden 2, 3, 4, in de meest stabiele verbindingen, is tetravalent.

Titanium - legering of metal?

Deze vraag is van belang voor velen. In 1910, Amerikaanse chemicus Hunter was de eerste puur titanium. Het metaal dat slechts 1% verontreinigingen, maar de hoeveelheid is verwaarloosbaar en bleek de mogelijkheid van verdere onderzoek naar de eigenschappen niet verkregen. De taaiheid van dit materiaal werd verkregen tolkopod hoge temperaturen, onder normale omstandigheden (kamertemperatuur), het monster te bros. In feite is dit artikel is niet geïnteresseerd wetenschappers vanwege de vooruitzichten gebruik leek te onzeker. De complexiteit van het verkrijgen en verder te onderzoeken verminderde het aantal mogelijke toepassingen. Alleen in 1925, chemici uit Nederland J. de Boer en A. van Arkel kreeg titanium metaal, waarvan de eigenschappen de aandacht van ingenieurs en ontwerpers hebben aangetrokken in de hele wereld. De geschiedenis van de studie van dit element begint met 1790, was op dit moment parallel, onafhankelijk van elkaar, twee wetenschappers ontdekt titaan als een chemisch element. Elk van hen ontvangt een verbinding (oxide) middel, niet aan het metaal in zuivere vorm te winnen. Titanium wordt beschouwd als een pionier van de Engels monnik mineraloog William Gregor. Op het grondgebied van zijn parochie, gelegen in het zuidwestelijke deel van Engeland, een jonge wetenschapper begon met het bestuderen zwart zand Menakena Valley. De resultaten van experimenten met een magneet is de toewijzing van glanzende korrels die titaanverbindingen zijn geweest. Tegelijkertijd geïdentificeerde Duitse chemicus Martin Heinrich Klaproth de nieuwe stof uit het mineraal rutiel. In 1797 bewees hij ook dat parallel aan de open elementen zijn vergelijkbaar. Titaandioxide is meer dan een eeuw was een mysterie voor veel chemici te verkrijgen pure metal was niet mogelijk, zelfs voor Berzelius. Nieuwste technologie van de twintigste eeuw sterk versneld het leerproces van het element en bepaalt de aanvankelijke uitoefening ervan. In dit kader wordt voortdurend uitgebreid. Beperk het toepassingsgebied kan alleen complexiteit van het proces om een stof als zuiver titaan. Prijs en metaallegeringen is vrij hoog, dus het kan niet verdringen de traditionele ijzer en aluminium tot nu toe.

Oorsprong van de naam

Menakin - de voornaam van titanium, die werd gebruikt tot 1795. Dat klopt, volgens territoriale aansluiting, de zogenaamde nieuw element W. Gregor. Martin Klaproth wijst element in 1797 de naam "Titan". Op dit moment zijn Franse tegenhanger, onder leiding van heel invloedrijke chemicus A. L. Lavuaze bieden aan de nieuw ontdekte stof roepen in overeenstemming met hun fundamentele eigenschappen. Duitse wetenschapper was het niet eens met deze aanpak, hij terecht dacht dat de ontdekking fase is heel moeilijk om alle kenmerken die inherent zijn aan een stof te identificeren en om hen te reflecteren in de titel. Toch moeten we erkennen dat de gebruiker geselecteerde Klaproth termijn volledig overeenkomt met het metaal - het is herhaaldelijk benadrukt moderne wetenschappers. Er zijn twee belangrijke theorieën over de naam Titan. Metal kon worden aangewezen ter ere van de elven koningin Titania (Character Germaanse mythologie). Deze naam staat symbool voor zowel de lichtheid en kracht middel. De meeste wetenschappers zijn geneigd om het gebruik van de Griekse mythologie, waarin de Titanen de zonen van de machtige godin van de aarde Gaia werden genoemd. Deze versie zegt dat de naam van de eerder geopende element - uranium.

Als je in de natuur

Van de metalen, die in technische termen van waarde voor een persoon, titanium op de vierde plaats op de omvang van de aardkorst. Een groot deel van aard zijn gekenmerkt alleen ijzer, magnesium en aluminium. De meeste titaangehalte opgemerkt basalt shell iets kleiner zijn granieten laag. In zeewater, het gehalte van de stof laag - ongeveer 0,001 mg / l. Chemisch element titanium is zeer actief, dus in zijn zuivere vorm is het onmogelijk om te ontmoeten. In de meeste gevallen, is het aanwezig in de verbindingen met zuurstof en een valentie van vier. Aantal titaanhoudende mineralen varieert 63-75 (van verschillende bronnen), terwijl in het huidige stadium van het onderzoek, wetenschappers blijven zoeken naar nieuwe vormen van verbindingen te ontdekken. Voor praktisch gebruik, de belangrijkste zijn de volgende mineralen:

1. Ilmeniet (FeTiO _3).
2. Rutiel _(TiO2).
3. Titaniet (CaTiSiO _5).
4. Perovskiet (Catio _3).
5. Titanomagnetiet (FeTiO ₃ + Fe ₃ O ₄₎ en t. D.

Alle bestaande titaniumijzerhoudende erts wordt onderverdeeld in eenvoudige en plaatser. Dit element is zwak migrerende kan alleen reizen in een kalven stenen of rotsen verplaatsen slib bodem. In de biosfeer, de grootste hoeveelheid titanium die in de algen. De vertegenwoordigers van de terrestrische fauna element ophoopt in de weefsels van de hoorn, haar. Een menselijk lichaam kenmerkend titaan in de milt, de bijnieren, placenta, schildklier.

fysische eigenschappen

Titanium - ferro metaal met zilver-witte kleur, lijkt op staal. Bij een temperatuur van 0 ⁰ C een dichtheid van 4,517 g / ^cm3. De stof heeft een lage thermische massa, die kenmerkend alkalimetalen (cadmium, natrium, lithium, cesium). Density titaan neemt een tussenpositie tussen het ijzer en aluminium, terwijl de prestaties hoger dan die van beide elementen. De belangrijkste eigenschappen van metalen, die worden beschouwd bij het bepalen van de reikwijdte van de toepassing daarvan de vloeigrens en hardheid. Titaanaluminiumnitride sterker met 12 maal, ijzer en koper - 4 keer, terwijl het aanzienlijk eenvoudiger. De ductiliteit van de zuivere stof en de rekgrens laten verwerken bij hoge en lage temperatuurwaarden, zoals bij andere metalen, t. E. Riveting technieken, smeden, lassen, walsen. Het onderscheidende kenmerk van titanium - een lage warmtegeleiding en derhalve zijn deze eigenschappen behouden bij hogere temperaturen tot 500 ⁰ C. Op magneetveld paramagnetisch element titaan, wordt niet aangetrokken als ijzer, en wordt niet als koper uitgeworpen. Zeer hoge anti-corrosie prestaties in ruwe omgevingen en mechanische effecten zijn uniek. Meer dan 10 jaar van het zijn in het zeewater heeft het uiterlijk en de samenstelling van de titanium plaat niet veranderen. Ijzer in dit geval worden vernietigd volledig gecorrodeerd.

Thermodynamische eigenschappen van titanium

1. Dichtheid (onder normale omstandigheden) is 4,54 g / ^cm3.
2. Atoomnummer - 22.
3. Metals Group - een vuurvaste, licht.
4. Het atoomgewicht van titaan - 47,0.
5. Kookpunt ⁽⁰ C) - 3.260.
6. Molair volume ^cm3 / mol - 10,6.
7. Het smeltpunt van titaan ⁽⁰ C) - 1.668.
8. Specifieke verdampingswarmte (kJ / mol) - 422,6.
9. De weerstand (20 ⁰ C) ohm * cm * 10 ^-6 - 45.

chemische eigenschappen

Verbeterde corrosiebestendigheid element als gevolg van de vorming op het oppervlak van de oxidefilm klein. Het voorkomt (onder normale omstandigheden) chemische reactie met gassen (zuurstof, waterstof) in de omringende atmosfeer van een element zoals het metaal titaan. De eigenschappen veranderen onder invloed van de temperatuur. Wanneer wordt verhoogd tot 600 ⁰ C, de reactie tussen de zuurstof, resulterend in de vorming van titaanoxide (TiO _2). Bij de absorptie van atmosferische gassen gevormd breekbare verbindingen die geen praktisch nut daarom lassen en smelten van het titaan die in de vacuüm hebben. Een omkeerbare reactiewerkwijze lossen waterstof in het metaal, komt actiever bij hogere temperaturen (400 ⁰ C en hoger). Titaan, in het bijzonder de fijne deeltjes (een dunne plaat of een draad) wordt verbrand onder een stikstofatmosfeer. De chemische reactie tussen alleen bij een temperatuur van 700 ⁰ C, waardoor een nitride TiN gevormd. Met vele vormen zeer harde metaallegeringen wordt vaak legeringselement. De reactie met halogenen (chroom, broom, jood) gaat wanneer de aanwezigheid van een katalysator (hoge temperatuur) en met interacties met een drogestofgehalte. Dit levert een zeer harde vuurvaste legeringen. Met oplossingen van de meeste zuren en logen titanium chemisch actieve uitzondering geconcentreerd zwavelzuur (langdurig koken), waterstoffluoride, hete organisch (mierenzuur, oxaalzuur).

storting

De meest voorkomende natuurlijk voorkomende ilmenieterts - de reserves worden geschat op 800 miljoen ton. Deposito's van rutiel deposito's zijn veel meer bescheiden, maar het totale volume - met behoud van groei van de productie - moet de mensheid voor de komende 120 jaar, een metaal zoals titanium. De prijs van het eindproduct zal afhangen van de vraag en het verhogen van de productie verwerkbaarheid, maar aan de gemiddelde varieerde 1200-1800 roebel. / Kg. Met de voortdurende technische verbetering significante daling van de kosten van alle productieprocessen in de tijdige upgrades. De grootste reserves van titanium ertsen hebben China en Rusland, en minerale hulpbronnen zijn Japan, Zuid-Afrika, Australië, Kazachstan, India, Zuid-Korea, Oekraïne, Ceylon. Deposito's van verschillende productievolumes en het percentage van titaan in het erts, zijn geologische onderzoeken voortdurend verder te gaan, waardoor het mogelijk is om een daling van de marktwaarde van het metaal en de bredere toepassing te nemen. Rusland is veruit de grootste producent van titanium.

receptie

Voor de productie van titaandioxide, wordt het meest gebruikt, die de minimale hoeveelheid verontreinigingen. Het wordt verkregen door het verrijken van ilmeniet of rutiel ertsconcentraten. De elektrische boogoven warmtebehandeling plaatsvindt erts, die gepaard gaat met de vorming van ijzer en afscheiding van slakken die een titaanoxide. Sulfaat of chloride wordt gebruikt voor het verwerken fractie vrij van ijzer. Titanium-oxide is een poeder van grijs (zie de foto.). Titaanmetaal wordt verkregen door de geleidelijke behandeling.

De eerste fase is het proces van slak sinteren blootstelling cokes en chloor damp. _TiCl4 wordt verminderd verkregen magnesium of natrium wanneer onderworpen aan een temperatuur van 850 ⁰ C. Titanium spons (poreuze gesmolten massa) verkregen door chemische reactie of gezuiverd gesmolten tot ingots. Afhankelijk van het verdere gebruik van bestemming of een metaallegering gevormd in zuivere vorm (verontreinigingen worden verwijderd door verhitting tot 1000 C ^0). Voor de productie van een stof met verontreinigingen fractie 0,01% jodide gebruikte methode. Het is gebaseerd op het verdampingsproces van titaniumspons voorbehandeld met halogeen, de dampen.

Toepassingsgebieden

Het smeltpunt van titanium voldoende hoog is dat het metaal een onschatbaar voordeel van gebruiksgemak als constructiemateriaal. Daarom vindt de grootste toepassing in de scheepsbouw, luchtvaartindustrie, productie raketten, chemische fabrieken. Titanium vaak gebruikt als doteerstof in diverse legeringen die verbeterde eigenschappen van hittebestendigheid en hardheid bezitten. Hoge weerstand tegen corrosie en het vermogen om de meest agressieve omgevingen te weerstaan maken dit metaal is onmisbaar voor de chemische industrie. Titaan (legeringen) uit pijpleidingen, tanks, kleppen, filters, voor destillatie en transport van zuren en andere chemisch actieve stoffen. Hij eiste bij het maken van toestellen die werken bij verhoogde temperatuur prestaties. De titaanverbindingen gebruikt om duurzame snijgereedschappen, verf, kunststof en papier, chirurgische instrumenten, implantaten, sieraden, decoratieve materialen, die worden gebruikt in de voedingsindustrie te maken. Alle richtingen is moeilijk te beschrijven. De moderne geneeskunde voor volledige biologische veiligheid maakt vaak gebruik van metaal titanium. Prijs - dit is de enige factor die de lange breedte van de toepassing van dit element beïnvloedt. Terecht beweren dat titanium - materiaal van de toekomst, leren dat de mensheid zal een nieuwe fase van ontwikkeling in te voeren.