Титан - свойствата на химични елементи
Титанов (. Лат Titanium), Ti, химичен елемент от групата IV на периодичната система на Менделеев; атомен номер 22, атомно тегло 47,90; има сребристо бял цвят, то принадлежи на леки метали. Природен Титанов е смес от пет стабилни изотопи: 46 Ti (7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5 34%). Известни изкуствени радиоактивни изотопи 45 Ti (T½ = 3.09 часа) 51 Ti (T? М = 5.79) и други.
Исторически информация. Титаниев оксид под формата на (IV) е отворен английски аматьорски минералог W. Грегор през 1791 г., в магнитните желязосъдържащите пясъци градски Menakan (Англия); През 1795 германски химик М. G. Klaprot установено, че минералната рутил е естествен оксид от същия метал, който се нарича "титан" [в гръцката митология титаните - децата на уран (Heaven) и Gaia (Земята)]. Изберете Titanium дълго се провали в най-чистата му форма; Само в 1910 American Scientist М. A. Hanter получи титанов метал чрез загряване с натриев хлорид в запечатан стомана бомба; метал, получен е податлив само при повишени температури и е крехък при стайна поради високото съдържание на примеси. Способността да се изследват свойствата на чист титан появява само през 1925 г., когато холандски учени A. Van Arkel и J. де Boer чрез термично разпадане на титанов метал йодид получава с висока чистота, податлив при ниски температури.
В биосферата, Титан предимно разпръснати. В морска вода съдържа 10 -7%; Titanium - бедните мигранти.
Физичните свойства на Титан. съществува титан в две алотропна модификация: до 882,5 ° С температура устойчиви α форма на шестоъгълна плътно опаковани решетка (с = 2.951ÅИ с = 4679Å), Температура по-висока от тази - Р-форма с тяло центрирана кубична решетка на а = 3.269Å, Примесите и легиращи добавки може значително да променят температурата на трансформация α / β.
Плътността на α-формата при 20 ° С 4.505 гр / см 3. при 870 ° С в продължение на 4,35 гр / см 3; Р-формата при 900 ° С на 4.32 гр / см 3; атомния радиус на Ti 1,46 Å, Йонната радиусите на Ti + 0,94 А, Ti 2+ 0,78 Å, Ti 3+ 0,69 Å, Ti 4+ 0,64 Å; Точка на топене 1668 ° С, точка на кипене 3227 ° С; топлопроводимост в обхвата от 20-25 ° С 22,065 W / (m · K) [0.0527 кал / (см · сек · ° С)]; температурен коефициент на линейно разширение при 20 ° С от 8.5 х 10 -6. в границите 20-700 ° С от 9.7 х 10 -6; специфична топлина на 0.523 килоджаул / (кг · К) [0.1248 кал / (г · ° С)]; съпротивление на 42,1 х 10 -6 ома-cm при 20 ° С; температурен коефициент на 0,0035 при 20 ° С; има свръхпроводимост долу 0.38 К. Титанов парамагнитен с магнитна възприемчивост на 3.2 х 10 -6 при 20 ° С Якост на опън 256 MN / т2 (25,6 кгс / mm2), удължение от 72%. Твърдост по Бринел от най-малко 1000 MN / т2 (100 кгс / mm 2). Модул на еластичност 108 000 MN / т2 (10800 кгс / mm 2). Метални kovok висока степен на чистота при обикновена температура.
Както се използва в производството на технически титан съдържа примес кислород, азот, желязо, силиций и въглерод, повишаване на неговата якост, еластичност и понижаване засяга полиморфна температура трансформация, която се среща в интервала 865-920 ° С По технически класове Титанов VT1-00 BT1-0 и плътност около 4,32 гр / см 3. Якостта на опън на 300-550 MN / т2 (30-55kgs / mm 2) удължение не по-ниска от 25%, твърдост по Бринел 1150 -1 650 MN / т2 (115-165 кгс / mm 2). Конфигурацията на външната обвивка електрон на атом Ti 3d 2 4s 2.
Химичните свойства на титан. Чист титан - химически активен преходен елемент в съединенията е от окислителната състояние 4, 3 и 2 по-малко. При обикновени температури, и до 500-550 ° С, устойчив на корозия, поради наличието на повърхността на тънък, но силен оксид филм.
Тъй като атмосферен кислород реагира при температура значително над 600 ° С, за да се образува ТЮ2. Тънки титанови чипове с достатъчно смазване да светят по време на обработка. Когато достатъчна концентрация на кислород в околната среда и да повреди филм оксид от удар или триене възможно запалване на метала при стайна температура и в относително големи парчета.
филм оксид не предпазва титан в течно състояние от по-нататъшно взаимодействие с кислород (за разлика, например, алуминий), и следователно му на топене и заваряване трябва да се извършва под вакуум, в атмосфера на неутрален газ или потопен. Титанов има способността да абсорбира атмосферни газове и водород, които са крехки сплави неподходящи за практическа употреба; в присъствието на активираната повърхност на поемането на водород се извършва при стайна температура с малка скорост, което увеличава значително при 400 ° С и по-горе. Разтворимостта на водород в титан е обратимо и този газ може да бъде отстранен почти напълно чрез отгряване във вакуум. Титанов реагира с азот при температура над 700 ° С, полученият тип нитриди TiN; под формата на фин прах или титанов тел може да изгори в атмосфера на азот. Скоростта на дифузия на азот и кислород в титан е много по-ниска от тази на водород. Получената взаимодействието с тези газове слой се различава повишена твърдост и крехкост, и трябва да бъдат отстранени от повърхността на титанов статии чрез ецване или машинна обработка. Титанов реагира енергично със сухи халогена, по отношение на влажни халогените стабилни, тъй като влага действа като инхибитор.
Метални стабилна при всички концентрации на азотна киселина (с изключение на червена димяща причинява корозия напукване Титан, реакцията е понякога експлозивно) в разредени разтвори на сярна киселина (до 5% от теглото). Хлороводородна, флуороводородна, концентрирана сярна и горещи органични киселини: оксалова киселина, мравчена киселина и трихлороцетната реагират с титан.
Първи Титан. Най-често срещаният метод за получаване на метален титан е магнезиев термичен метод, т.е. намаляване на титанов тетрахлорид с магнезиев метал (най-малко - натрий):
И в двата случая, изходните суровини са оксид руди Титан - рутил, илменита и други. В случай на илменит тип руди под формата на титанов шлака се отделя от желязото чрез стапяне в електрически пещи. Шлака (както и рутил) се хлорира в присъствието на въглерод за да се образува титанов тетрахлорид, който след пречистване подава към реактора за намаляване с неутрална атмосфера.
Котел съгласно този метод се получава под форма гъба след смилане и се топи в пещи вакуум дъга на слитъци с въвеждането на добавки, ако е необходимо за получаване на сплав. Магнезиев-метод за създаване на мащабни промишленото производство на титан с затворен кръг, тъй като полученият страничен продукт в намаляване - магнезиев хлорид се подлага на електролиза за магнезий и хлор.
В някои случаи, за производство на продукти от титан и неговите сплави е изгодно да се прилагат методите на праховата металургия. За получаване на особено фини прахове (например, за електроника) може да се използва за намаляване на титаниев оксид (IV) калциев хидрид.
Прилагане на Титан. Основните предимства пред други Titan структурни метали: комбинация от лекота, здравина и устойчивост на корозия. Титанови сплави абсолютен, и особено при специфична сила (т.е.. Е. Сила разделена на плътността), са по-добри за повечето сплави на други метали (например желязо или никел) при температура в интервала от -250 до 550 ° С, докато на корозионното в сравнение с сплави на благородни метали. Въпреки това, като независим структурни материали Titanium се използва само в 50-те години на 20-ти век се дължи на най-големите технически трудности на неговото добиване от руди и обработка (което е и причината Titanium традиционно дължи на редки метали). Основните части на титан се консумират на нуждите на самолети и ракетни технологии и морски корабостроенето. Титанов-железни сплави, известни като "Феротитан" (Titan 20-50%) в стомани стомана и сплави са добавка и дезоксидатор.
Техническа титан се използва за извършване на контейнери, химически реактори, тръби, клапани, помпи и други продукти, в агресивни среди, например в химическата техника. В цветната хидрометалургия прилага титан оборудване. Той се използва за покритие на стоманени изделия. Използването на Титан дава в много случаи, голяма техническа и икономическа сила не само чрез увеличаване на живота на оборудването, но също така и възможност за интензификация на процеси (например в никел хидрометалургия). Биологичният безвредността на Титан го прави отличен материал за производство на оборудване за хранително-вкусовата промишленост и в реконструктивна хирургия прави. В условията дълбоко студено Titanium увеличава силата като същевременно се поддържа добра пластичност, тя може да се използва като структурен материал за криогенно оборудване. Титанов се поддава добре на полиране оцветени анодизация или други методи за обработка на повърхността и, следователно, се използва за приготвяне на различни техниката продукти в т. Н. И скулптура. Пример за това е паметник в Москва, построен в чест на изстрелването на първия изкуствен спътник на Земята. От практическа важност титан съединения са оксиди, халогениди, силициди и използвани в областта на високи температури; бориди и техните сплави, използвани като модератори в ядрени електроцентрали, поради тяхната рефрактерността и голямо напречно сечение на неутронно улавяне. Titanium карбид с висока твърдост, част от металния инструмент трудно използвани за производство на режещи инструменти и абразивни материали.
титанов оксид (IV) и са в основата на бариев титанат керамика титан, бариев титанат и - най-важното фероелектричен.
Titanium тяло. Титанов винаги присъства в тъканите на растенията и животните. В земя растения, концентрация - 10 -4%. в морската - 1.2 х 10 -3 до 8 х 10 2%, в наземни животински тъкани - по-малко от 2 х 10 4%, морски - 2 х 10 -4 до 2 х 10 2%. Той се натрупва в гръбначни предимно плоскоклетъчен образувания, далак, надбъбречната жлеза, щитовидната жлеза, плацента; Той се абсорбира слабо от стомашно-чревния тракт. При човек, дневната доза от титан с храна и вода е 0.85 мг; екскретира в урината и изпражненията (0.33 и 0.52 мг, съответно).