Химический элемент титан: Титан. Свойства, применение, марки, химический состав. Сплавы титана — Лазерная резка металла от "ТМК" Ярославль (Тутаев)

Содержание

Титан — свойства, характеристики, сплаты

В периодической системе химический элемент титан обозначается, как Ti (Titanium) и располагается в побочной подгруппе IV группы, в 4 периоде под атомным номером 22. Это серебристо-белый твёрдый металл, который входит в состав большого количества минералов. Купить титан вы можете на нашем сайте.

Открыли титан в конце 18 века химики из Англии и Германии Ульям Грегор и Мартин Клапрот, причём независимо друг от друга с шестилетней разницей. Название элементу дал именно Мартин Клапрот в честь древнегреческих персонажей титанов (огромных, сильных, бессмертных существ). Как оказалось, название стало пророческим, но чтобы познакомиться со всеми свойствами титана, человечеству понадобилось ещё больше 150 лет. Только через три десятилетия удалось получить первый образец металла титана. На тот момент времени его практически не использовали из-за хрупкости. В 1925 году после ряда опытов, при помощи йодидного метода химики Ван Аркель и Де Бур добыли чистый титан.

Благодаря ценным свойствам металла, на него сразу же обратили внимание инженеры и конструкторы. Это был настоящий прорыв. В 1940 году Кролль разработал магниетермический способ получения титана из руды. Этот способ актуален и на сегодняшний день.

Физические и механические свойства

Титан является довольно тугоплавким металлом. Температура его плавления составляет 1668±3°С. По этому показателю он уступает таким металлам, как тантал, вольфрам, рений, ниобий, молибден, тантал, цирконий. Титан – это парамагнитный металл. В магнитном поле он не намагничивается, но не выталкивается из него. Изображение 2
Титан обладает низкой плотностью (4,5 г/см³) и высокой прочностью (до 140 кг/мм²). Эти свойства практически не меняются при высоких температурах. Он более чем в 1,5 раза тяжелее алюминия (2,7 г/см³), зато в 1,5 раза легче железа (7,8 г/см³). По механическим свойствам титан намного превосходит эти металлы. По прочности титан и его сплавы располагаются в одном ряду со многими марками легированных сталей.

По стойкости к коррозии титан не уступает платине. Металл обладает отличной устойчивостью в условиях кавитации. Пузырьки воздуха, образующиеся в жидкой среде при активном движении титановой детали, практически не разрушают её.

Это прочный металл, способный сопротивляться разрушению и пластической деформации. Он в 12 раз твёрже алюминия и в 4 раза — меди и железа. Ещё один важный показатель – это предел текучести. С увеличением этого показателя улучшается сопротивление деталей из титана эксплуатационным нагрузкам.

В сплавах с определёнными металлами (особенно с никелем и водородом) титан способен «запоминать» форму изделия, созданную при определённой температуре. Такое изделие потом можно деформировать и оно надолго сохранит это положение. Если же изделие нагреть до температуры, при которой оно было сделано, то изделие примет первоначальную форму. Называют это свойство «памятью».

Теплопроводность титана сравнительно низкая и коэффициент линейного расширения соответственно тоже. Из этого следует, что металл плохо проводит электричество и тепло. Зато при низких температурах он является сверхпроводником электричества, что позволяет ему передавать энергию на значительные расстояния. Также титан обладает высоким электросопротивлением.

Чистый металл титан подлежит различным видам обработки в холодном и горячем состоянии. Его можно вытягивать и делать проволоку, ковать, прокатывать в ленты, листы и фольгу с толщиной до 0,01 мм. Из титана изготавливают такие виды проката: титановая лента, титановая проволока, титановые трубы, титановые втулки, титановый круг, титановый пруток.

Химические свойства

Чистый титан – это химически активный элемент. Благодаря тому, что на его поверхности формируется плотная защитная плёнка, металл обладает высокой устойчивостью к коррозии. Он не подвергается окислению на воздухе, в соленой морской воде, не меняется во многих агрессивных химических средах (например: разбавленная и концентрированная азотная кислота, царская водка). При высоких температурах титан взаимодействует с реагентами намного активнее. На воздухе при температуре 1200°С происходит его воспламенение. Возгораясь, металл даёт яркое свечение. Активная реакция происходит и с азотом, с образованием нитридной плёнки желто-коричневого цвета на поверхности титана.

Реакции с соляной и серной кислотами при комнатной температуре слабые, но при нагреве металл усиленно растворяется. В результате реакции образуются низшие хлориды и моносульфат. Также происходят слабые взаимодействия с фосфорной и азотной кислотами. Металл реагирует с галогенами. Реакция с хлором происходит при 300°С.

Активная реакция с водородом протекает при температуре чуть выше комнатной. Титан активно поглощает водород. 1 г титана может поглотить до 400 см³ водорода. Нагретый металл разлагает двуокись углерода и пары воды. Взаимодействие с парами воды происходит при температуре более 800°С. В результате реакции образуется окисел металла и улетучивается водород. При более высокой температуре горячий титан поглощает углекислый газ и образует карбид и окисел.

Способы получения

Титан является одним из самых распространённых элементов на Земле. Содержание его в недрах планеты по массе составляет 0,57%. Самая большая концентрация металла наблюдается в «базальтовой оболочке» (0,9%), в гранитных породах (0,23%) и в ультраосновных породах (0,03%). Существует около 70 минералов титана, в которых он содержится в виде титановой кислоты или двуокиси. Главные минералы титановых руд это: ильменит, анатаз, рутил, брукит, лопарит, лейкоксен, перовскит и сфен. Основные мировые производители титана – это Великобритания, США, Франция, Япония, Канада, Италия, Испания и Бельгия.

Существует несколько способов получения титана. Все они применяются на практике и вполне эффективны.

1. Магниетермический процесс.

Добывают руду, содержащую титан и перерабатывают его в диоксид, который медленно и при очень высоких температурных значениях подвергают хлорированию. Хлорирование проводят в углеродной среде. Затем хлорид титана, образовавшийся в результате реакции, восстанавливают магнием. Полученный металл нагревают в вакуумном оборудовании при высокой температуре. В результате магний и хлорид магния испаряются, остаётся титан с множеством пор и пустот. Губчатый титан переплавляют для получения качественного металла.

2. Гидридно-кальциевый метод.

Сначала получают гидрид титана, а затем разделяют его на компоненты: титан и водород. Процесс происходит в безвоздушном пространстве при высокой температуре. Образуется оксид кальция, который проходит отмывку слабыми кислотами.

Гидридно-кальциевый и магниетермический методы обычно используются в промышленных масштабах. Эти методы позволяют получить значительное количество титана за небольшой промежуток времени, с минимальными денежными затратами.

3. Электролизный метод.

Хлорид или диоксид титана подвергается воздействию высокой силы тока. В результате происходит разложение соединений.

4. Йодидный метод.

Диоксид титана взаимодействует с парами йода. Далее на титановый йодид воздействуют высокой температурой, в результате чего получается титан. Этот метод является наиболее эффективным, но и самым дорогостоящим. Титан получается очень высокой чистоты без примесей и добавок.

Применение титана

Благодаря хорошим антикоррозионным свойствам титан используют для изготовления химической аппаратуры. Высокая жаростойкость металла и его сплавов способствует применению в современной технике. Сплавы титана – это прекрасный материал для самолётостроения, ракетостроения и судостроения.

Из титана создают памятники. А колокола из этого металла известны необычайным и очень красивым звучанием. Двуокись титана является компонентом некоторых лекарственных препаратов, например: мази против кожных заболеваний. Также большим спросом пользуются соединения металла с никелем, алюминием и углеродом.

Титан и его сплавы нашли применение в таких сферах, как химическая и пищевая промышленность, цветная металлургия, электроника, ядерная техника, энергомашиностроение, гальванотехника. Вооружение, броневые плиты, хирургические инструменты и имплантаты, оросительные установки, спортинвентарь и даже украшения делают из титана и его сплавов. В процессе азотирования на поверхности металла образуется золотистая плёнка, не уступающая по красоте даже настоящему золоту.

Титан – самый прочный металл

Металл, который в итоге назвали «титан», открыли в конце 18 века независимо друг от друга Уильям Грегор (Англия) и Мартин Клапрот (Германия). Грегор новый элемент назвал «менакин», а Клапрот – «титан». Позже выяснилось, что в обоих случаях это был не чистый металл, а его диоксид — минерал рутил. В 1805 году французский учёный Луи Воклен обнаружил титан в минерале анатазе, доказав, что рутил и анатаз — полиморфные разновидности диоксида титана с одинаковой химической формулой ТіО

Анатаз (ТіО2), кристалл 2,7 х 2,1 х 2 см. Провинция Хордаланн (Норвегия).

Относительно чистый титан из-за сложности очистки был получен только в 1825 году шведским химиком Якобом Берцелиусом. Предложенное Клапротом название «титан» в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, позже и утвердилось за этим элементом. И лишь в 1925 году голландские учёные ван Аркель и де Бур получили титан высокой степени чистоты – 99,9 %. Хотя на самом деле чистый титан был впервые получен в 1875 г. русским ученым Д.К. Кирилловым. Результаты его опытов были опубликованы в статье «Исследования над титаном». Но работа малоизвестного российского химика осталась незамеченной.

Титановый кристаллический пруток высокой чистоты (99,99 %), масса 283 г.

После получения титана высокой степени чистоты выяснилось, что его свойства напрямую зависят от степени очистки от примесей. Чистый титан обладает значительной твердостью: в 12 раз тверже алюминия и в 4 раза твёрже железа и меди. В чистом виде титан (Ti) – серебристо-серый лёгкий металл № 22 в Таблице Менделеева с атомной массой 47,86. Он отличается самым большим отношением прочности к массе из всех элементов таблицы. Это значит, что пластина из титана будет весить на 50% меньше, чем из стали, при одинаковой прочности.

По распространённости в земной коре титан находится на 10-м месте, где его среднее содержание (кларк) составляет 5,7 кг/т. Известно более 100 титановых минералов, важнейшими из которых являются: рутил(анатаз) TiO₂, ильменит FeTiO₃, титаномагнетит FeTiO₃ + Fe₃O₄, перовскит CaTiO₃, титанит (сфен) CaTiSiO₅.

Ильменит (титанистый железняк, FeTiO₃)_{– весьма распространённый минерал лунных горных пород. Эти данные были получены после изучения образцов пород, доставленных на Землю по программе «Аполлон» (НАСА) в 1969-72 годах.}

Ильменит (FeTiO3), кристалл 10 см, Ильменские горы, Ю. Урал.

Анализ данных, полученных с лунных орбитальных станций последних лет, позволяет утверждать, что концентрации титана в отдельных областях Луны соизмеримы с концентрациями этого элемента на земных месторождениях. Так как титан в виде сплавов является важнейшим конструкционным материалом в авиа- ,ракето — и кораблестроении, потребности промышленности в этом металле с каждым годом будут расти.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами этого элемента. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений, равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений – Ярегское, находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн руды со средним содержанием диоксида титана около 10 %.

Титан

Титан
Атомный номер	22
Внешний вид простого вещества
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	47,88 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	147 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	657,8(6,82) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d² 4s²
Химические свойства
Ковалентный радиус	132 пм
Радиус иона	(+4e)68 (+2e)94 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,54
Электродный потенциал	-1,63
Степени окисления	4, 3
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	4,54 г/см?
Молярная теплоёмкость	25,1 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	21.9 Вт/(м·K)
Температура плавления	1933 K
Теплота плавления	18.8 кДж/моль
Температура кипения	3560 K
Теплота испарения	422,6 кДж/моль
Молярный объём	10,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная плотноупакованная (?-Ti)
Параметры решётки	a=2,951 с=4,697 (?-Ti) A
Отношение c/a	1,587
Температура Дебая	380 K

Ti	22
47,88
[Ar]3d²4s²
Титан

Титан — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 22. Обозначается символом Ti (лат. Titanium). Простое вещество титан (CAS-номер: 7440-32-6) — лёгкий металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: ?-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, -Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура перехода α↔β 883 °C

История открытия элемента Титан

Схема атома титана

Открытие TiO2 сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1789), выделил новую «землю» (окись) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — окислы одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз. Французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные окислы титана.

Первый образец металлического титана получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус. Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 термическим разложением паров иодида титана TiI4.

Происхождение названия

Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи. Название элементу дал Мартин Клапрот, в соответствии со своими взглядами на химическую номенклатуру в противоход французской химической школе, где элемент старались называть по его химическим свойствам. Поскольку немецкий исследователь сам отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду, он подобрал для него имя из мифологии, по аналогии с открытым им ранее ураном.

Однако согласно другой версии, публиковавшейся в журнале «Техника-Молодежи» в конце 80-х, новооткрытый металл обязан своим именем не могучим титанам из древнегреческих мифов, а Титании — королеве фей в германской мифологии (жена Оберона в шекспировском «Сне в летнюю ночь»). Такое название связано с необычайной «лёгкостью» (малой плотностью) металла.

Нахождение в природе

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57 % по массе. В свободном виде не встречается. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO₂, ильменит FeTiO₃, титаномагнетит FeTiO₃ + Fe₃O₄, перовскит CaTiO₃, титанит CaTiOSiO₄, танталит (Fe,Mn)²⁺Ta₂O₆ и манганотанталит MnT₂O₆. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

Запасы и добыча

Основные руды: ильменит (FeTiO₃), рутил (TiO₂), титанит (CaTiSiO₅).

На 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO₂. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтвержденные запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т.^[2]. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49.7—52.7 млн т. При современных темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн.

Крупнейший в мире производитель титана — российская компания «ВСМПО-АВИСМА».

Получение

Брусок кристаллического титана (чистота 99,995 %, вес ?283 г, длина ?14 см, диаметр ?25 мм), изготовленный на заводе «Уралредмет» иодидным методом ван Аркеля и де Бура

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO₂. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl₄: TiO₂ + 2C + 2Cl₂ =TiCl₄ + 2CO

Образующиеся пары TiCl₄ при 850 °C восстанавливают Mg: TiCl₄+ 2Mg = 2MgCl₂+ Ti

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Ильменитовые концентраты восстанавливают в электродуговых печах с последующим хлорированием возникающих титановых шлаков. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl₄. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.

Физические свойства

Титан — легкий серебристо-белый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: ?-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (a=2,951 A; с=4,697 A; z=2; пространственная группа C6mmc), ?-Ti с кубической объёмноцентрированной упаковкой (a=3,269 A; z=2; пространственная группа Im3m), температура перехода ?-? 883 °C, ?H перехода 3,8 кДж/моль. Точка плавления 1671 °C, точка кипения 3260 °C, плотность ?-Ti и ?-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/см?, атомная плотность 5,71×1022 ат/см³. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере.

Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO₂, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400°С.

Химические свойства

Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок горит на воздухе.

Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF,H₃PO₄ и концентрированной H₂SO₄).

Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF₆]^2-.

При нагревании на воздухе до 1200°C Ti загорается с образованием оксидных фаз переменного состава TiO_x. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO₂. Гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O и диоксид TiO₂амфотерны.

TiO₂ взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na₂CO₃ или поташом K₂CO₃ оксид TiO₂ образует титанат: TiO₂+K₂CO₃=K₂TiO₃+CO₂.

При нагревании Ti взаимодействует с галогенами. Тетрахлорид титана TiCl₄ при обычных условиях — желтоватая, сильно дымящая на воздухе жидкость, что объясняется сильным гидролизом TiCl₄ содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.

Восстановлением TiCl₄водородом, Al, Si, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl₃ и TiCl₂ — твердые вещества с сильно восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br₂ и I₂.

С N₂ выше 400 °C титан образует нитрид TiN_x(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с C образуется карбид титана TiC_x (x=0,49-1,00).

При нагревании Ti поглощает H₂ с образованием соединения переменного состава TiH_х (x=1,0). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H₂. Титан образует сплавы со многими металлами.

Применение

Часы из титанового сплава

В виде сплавов

Металл применяется в химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы), лёгких сплавах, остеопротезах. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.
Используется в художественном литье^[5]
Титан является легирующей добавкой в некоторых марках стали.
Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике.
Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.

В виде соединений

Белый диоксид титана (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Пищевая добавка E171.
Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки или покрытий.
Диборид титана — важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов.
Нитрид титана применяется для покрытия инструментов.
Титанат бария BaTiO3, титанат свинца PbTiO3 и ряд других титанатов —- сегнетоэлектрики.

Анализ рынков потребления

В 2005 компания Titanium Corporation опубликовала следующую оценку потребления титана в мире:

60 % — краска;
20 % — пластик;
13 % — бумага;
7 % — машиностроение.

Цены

15-25 $ за килограмм, в зависимости от чистоты.

Чистота и марка чернового титана (титановой губки) обычно определяется по степени её пластичности.

Физиологическое действие

Нитрид титана

Соединения титана

Титан (элемент) — это… Что такое Титан (элемент)?

У этого термина существуют и другие значения, см. Титан.

Внешний вид простого вещества

Металл серебристого оттенка
Свойства атома
Имя, символ, номер	Тита́н / Titanium (Ti), 22
Атомная масса (молярная масса)	47,88 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d² 4s²
Радиус атома	147 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	132 пм
Радиус иона	(+4e)68 (+2e)94 пм
Электроотрицательность	1,54 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−1,63
Степени окисления	2, 3, 4
Энергия ионизации (первый электрон)	657,8(6,82) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	4,54 г/см³
Температура плавления	1933±20 K
Температура кипения	3560 K
Теплота плавления	18,8 кДж/моль
Теплота испарения	422,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	25,1^[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём	10,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная плотноупакованная (α-Ti)
Параметры решётки	a=2,951 с=4,697 (α-Ti) Å
Отношение c/a	1,587
Температура Дебая	380 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 21,9 Вт/(м·К)

Тита́н (лат. Titanium; обозначается символом Ti) — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22. Простое вещество титан (CAS-номер: 7440-32-6) — лёгкий металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура полиморфного превращения α↔β 883 °C^[1]. Температура плавления 1660±20 °C^[2].

История

Открытие TiO₂ сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1791), выделил новую «землю» (оксид) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — оксиды одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз. Французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные оксиды титана.

Первый образец металлического титана получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус. Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 году термическим разложением паров иодида титана TiI₄.

Происхождение названия

Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи. Название элементу дал Мартин Клапрот в соответствии со своими взглядами на химическую номенклатуру в противовес французской химической школе, где элемент старались называть по его химическим свойствам. Поскольку немецкий исследователь сам отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду, он подобрал для него имя из мифологии, по аналогии с открытым им ранее ураном.

Однако согласно другой версии, публиковавшейся^{[источник не указан 312 дней]} в журнале «Техника-Молодежи» в конце 1980-х, новооткрытый металл обязан своим именем не могучим титанам из древнегреческих мифов, а Титании — королеве фей в германской мифологии (жена Оберона в шекспировском «Сне в летнюю ночь»). Такое название связано с необычайной «лёгкостью» (малой плотностью) металла.

Нахождение в природе

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57 % по массе, в морской воде 0,001 мг/л^[3]. В ультраосновных породах 300 г/т, в основных — 9 кг/т, в кислых 2,3 кг/т, в глинах и сланцах 4,5 кг/т. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al₂O₃. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO₂ по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO₂, ильменит FeTiO₃, титаномагнетит FeTiO₃ + Fe₃O₄, перовскит CaTiO₃, титанит CaTiSiO₅. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

Месторождения

Месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Китая, Японии, Австралии, Индии, Цейлона, Бразилии, Южной Кореи, Казахстана^[4].

Запасы и добыча

Основные руды: ильменит (FeTiO₃), рутил (TiO₂), титанит (CaTiSiO₅).

На 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO₂. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтверждённые запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49.7—52.7 млн т^[5]. Таким образом, при нынешних темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более, чем на 150 лет.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений (Ярегское) находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн руды со средним содержанием диоксида титана около 10 %^[6].

Крупнейший в мире производитель титана — российская компания «ВСМПО-АВИСМА»^[7].

Получение

Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а не восстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.

Образующиеся пары TiCl₄ при 850 °C восстанавливают магнием:

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl₄. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.

Физические свойства

Титан — легкий серебристо-белый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (a=2,951 Å; с=4,679 Å^[8]; z=2; пространственная группа C6mmc), β-Ti с кубической объёмноцентрированной упаковкой (a=3,269 Å; z=2; пространственная группа Im3m), температура перехода α↔β 883 °C, ΔH перехода 3,8 кДж/моль. Точка плавления 1660±20 °C, точка кипения 3260 °C, плотность α-Ti и β-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/см³^[1], атомная плотность 5,71·10²² ат/см³^{[источник не указан 1191 день]}. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Удельное сопротивление 0,42 мкОм·м при 20 °C

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей плёнкой оксида TiO₂, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.

Химические свойства

Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен^[9].

Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H₃PO₄ и концентрированной H₂SO₄).

При нагревании на воздухе до 1200 °C Ti загорается с образованием оксидных фаз переменного состава TiO_x. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO₂. Гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O и диоксид TiO₂амфотерны.

TiO₂ взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na₂CO₃ или поташом K₂CO₃ оксид TiO₂ образует титанаты:

При нагревании Ti взаимодействует с галогенами. Тетрахлорид титана TiCl₄ при обычных условиях — бесцветная жидкость, сильно дымящая на воздухе, что объясняется гидролизом TiCl₄ содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.

Восстановлением TiCl₄водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl₃ и TiCl₂ — твёрдые вещества, обладающие сильными восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br₂ и I₂.

С азотом N₂ выше 400 °C титан образует нитрид TiN_x(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiC_x (x=0,49-1,00).

При нагревании Ti поглощает H₂ с образованием соединения переменного состава TiH_х (x=1,3 — 2). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H₂. Титан образует сплавы со многими металлами.

Применение

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 7 декабря 2012.

Часы из титанового сплава

В чистом виде и в виде сплавов

Титановый памятник Гагарину на Ленинском проспекте в Москве

Металл применяется в: химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы, трубопроводная арматура), военной промышленности (бронежилеты, броня и противопожарные перегородки в авиации, корпуса подводных лодок), промышленных процессах (опреснительных установках, процессах целлюлозы и бумаги), автомобильной промышленности, сельскохозяйственной промышленности, пищевой промышленности, украшениях для пирсинга, медицинской промышленности (протезы, остеопротезы), стоматологических и эндодонтических инструментах, зубных имплантатах, спортивных товарах, ювелирных изделиях (Александр Хомов), мобильных телефонах, лёгких сплавах и т. д. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.
Титановое литье выполняют в вакуумных печах в графитовые формы. Также используется вакуумное литье по выплавляемым моделям. Из-за технологических трудностей, в художественном литье используется ограниченно. Первой в мировой практике монументальной литой скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве^[10].
Титан является легирующей добавкой во многих легированных сталях и большинстве спецсплавов.
Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике.
Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.

В виде соединений

Белый диоксид титана (TiO₂) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Пищевая добавка E171.
Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки или покрытий.
Карбид титана, диборид титана, карбонитрид титана — важные компоненты сверхтвёрдых материалов для обработки металлов.
Нитрид титана применяется для покрытия инструментов, куполов церквей и при производстве бижутерии, т.к. имеет цвет, похожий на золото.
Титанат бария BaTiO₃, титанат свинца PbTiO₃ и ряд других титанатов —- сегнетоэлектрики.

Существует множество титановых сплавов с различными металлами. Легирующие элементы разделяют на три группы, в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения: на бета-стабилизаторы, альфа-стабилизаторы и нейтральные упрочнители. Первые понижают температуру превращения, вторые повышают, третьи не влияют на неё, но приводят к растворному упрочнению матрицы. Примеры альфа-стабилизаторов: алюминий, кислород, углерод, азот. Бета-стабилизаторы: молибден, ванадий, железо, хром, никель. Нейтральные упрочнители: цирконий, олово, кремний. Бета-стабилизаторы, в свою очередь, делятся на бета-изоморфные и бета-эвтектоидообразующие. Самым распространённым титановым сплавом является сплав Ti-6Al-4V (в российской классификации — ВТ6).

Анализ рынков потребления

В 2005 компания Titanium Corporation опубликовала следующую оценку потребления титана в мире:

60 % — краска;
20 % — пластик;
13 % — бумага;
7 % — машиностроение.

Цены

15-25 $ за килограмм, в зависимости от чистоты.

Чистота и марка чернового титана (титановой губки) обычно определяется по её твёрдости, которая зависит от содержания примесей. Наиболее распространены марки ТГ100 и ТГ110.

Цена ферротитана (минимум 70 % титана) на 22.12.2010 $6,82 за килограмм. На 01.01.2010 цена была на уровне $5,00 за килограмм.

В России цены на титан на начало 2012 года составляли 1200-1500 руб/кг.

Физиологическое действие

Примечания

Ссылки

Электрохимический ряд активности металлов
Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Предпочтительные марки титана в стоматологии

Многочисленные фундаментальные и прикладные исследования заявляют, что лучшим материалом для изготовления дентальных имплантатов является титан.

В России для производства различных конструкций используется технически чистый титан марок BT 1-0 и BT 1-00 (ГОСТ 19807−91), а за рубежом применяют так называемый «коммерчески чистый» титан, который делят на 4 марки (Grade 1−4 ASTM, ISO). Также применяется титановый сплав Ti-6Al−4V (ASTM, ISO), являющийся аналогом отечественного сплава BT-6. Все эти вещества различны по химическому составу и механическим свойствам.

Титан марки Grade 1,2,3 – не используется в стоматологии, т.к. слишком мягкий.

Преимущества чистого титана марки Grade 4 (СP4)

Лучшая биологическая совместимость
Отсутствие в составе токсичного ванадия (V)
Лучшая стойкость к коррозии
100% отсутствие аллергических рекаций

По данным исследования научных статей, методических и презентационных публикаций зарубежных компаний, стандартов ASTM, ISO, ГОСТ имеются сравнительные таблицы свойств и состава титана разных марок.

Таблица 1. Химический состав титана по ISO 5832/II и ASTM F 67−89.

Элемент	Grade 1, %	Grade 2, %	Grade 3, %	Grade 4, %	Ti-6Al−4V, %
Азот	0,03	0,03	0,05	0,05	(0,05)
Углерод	0,1	0,1	0,1	0,1	(0,1)
Водород	0,015	0,015	0,015	0,015	(0,015)
Железо	0,2	0,3	0,3	0,5	(0,4)
Кислород	0,18	0,25	0,35	0,5 (0,4)**	(0,2)
Алюминий	нет	нет	нет	нет	(5,5−6,75)
Ванадий	нет	нет	нет	нет	(3,5−4,5)
Титан	остальное	остальное	остальное	остальное	остальное

** Данные ISO и ASTM совпадают во многих пунктах, при их расхождении показатели ASTM приведены в скобках.

Таблица 2. Механические свойства титана по ISO 5832/II и ASTM F 67−89.

	Grade 1, МПа	Grade 2, МПа	Grade 3, МПа	Grade 4, МПа	Ti-6Al−4V, МПа
Предел прочности на растяжение	240	345	450	550	(895)
Предел текучести	170	230 (275)	300 (380)	440 (483)	(830)

Таблица 3. Химический состав титановых сплавов по ГОСТ 19807−91.

Элемент	Титановый сплав ВТ 1−0, %	Титановый сплав ВТ 1−00, %	Титановый сплав ВТ-6, %
Азот	0,04	0,04	0,05
Углерод	0,07	0,05	0,1
Водород	0,01	0,008	0,015
Железо	0,25	0,15	0,6
Кислород	0,2	0,1	0,2
Алюминий	нет	нет	5,3−6,8
Ванадий	нет	нет	3,5−4,5
Цирконий	нет	нет	0,3
Другие примеси*	0,3	0,1	0,3

* В титане марки ВТ 1−00 допускается массовая доля алюминия не более 0,3%, в титане марки ВТ 1−0 не более 0,7%.

Таблица 4. Механические свойства титановых сплавов по ГОСТ 19807−91.

Показатели механических свойств	Титановый сплав ВТ 1−0, МПа	Титановый сплав ВТ 1−00, МПа	Титановый сплав ВТ-6, МПа
Предел прочности на растяжение	200−400	400−550	850−1000***
Предел текучести	350	250	***

** Данные приведены по ОСТ 1 90 173−75.
*** В доступной литературе данных не обнаружено.

Самым прочным из рассмотренных материалов является сплав Ti-6Al−4V (отечественный аналог ВТ-6). Увеличение прочности достигается за счет введения в его состав алюминия и ванадия. Однако, данный сплав относится к биоматериалам первого поколения и, несмотря на отсутствие каких-либо клинических противопоказаний, он используется все реже. Это положение приведено в аспекте проблем эндопротезирования крупных суставов.

С точки зрения лучшей биологической совместимости, более перспективными представляются вещества, относящиеся к группе «чистого» титана. Необходимо отметить, что когда говорят о «чистом» титане, имеют в виду одну из четырех марок титана, допущенных для введения в ткани организма в соответствии с международными стандартами. Как видно из приведенных выше данных, они различны по химическому составу, который, собственно, и определяет биологическую совместимость и механические свойства.

Важен также вопрос о прочности этих материалов. Лучшими характеристиками в этом отношении обладает титан класса 4.
При рассмотрении его химического состава можно отметить, что в титане этой марки увеличено содержание кислорода и железа. Принципиальным является вопрос: ухудшает ли это биологическую совместимость?

Увеличение кислорода, вероятно, не будет являться отрицательным. Увеличение содержания железа на 0,3% в титане Grade 4 (по сравнению с Grade 1) может вызвать некоторые опасения, так как, по экспериментальным данным, железно (так же как и алюминий) при имплантации в ткани организма приводит к образованию вокруг имплантата соединительно-тканной прослойки, что является признаком недостаточной биоинертности металла. Кроме того, по тем же данным, железо подавляет рост органической культуры. Однако, как говорилось, приведенные выше данные касаются имплантации «чистых» металлов.

В данном случае важным является вопрос: возможен ли выход ионов железа через слой окиси титана в окружающие ткани, и если возможен, то с какой скоростью и каков из дальнейший метаболизм? В доступной литературе мы не встретили информации по этому поводу.

При сопоставлении зарубежных и отечественных стандартов можно отметить, что разрешенные для клинического применения в нашей стране титановые сплавы ВТ 1−0 и ВТ 1−00 практически соответствуют маркам «чистого» титана Grade 1 и 2. Пониженное содержание кислорода и железа в этих марках приводит к снижению их прочностных свойств, что не может считаться благоприятным. Хотя у титана марки ВТ 1−00 верхняя граница предела прочности на растяжение соответствует аналогичному показателю Grade 4, предел текучести при этом у отечественного сплава почти в два раза ниже. Кроме того, в его состав может входить алюминий, что, как указывалось выше, нежелательно.

При сопоставлении зарубежных стандартов можно отметить, что американский стандарт является более строгим, и стандарты ISO ссылаются на американские в ряде пунктов. Кроме того, делегация США выразила несогласие при утверждении стандарта ISO в отношении титана, используемого в хирургии.

Таким образом, можно утверждать, что:
Лучшим материалом для изготовления дентальных имплантатов, на сегодняшний день, является «чистый» титан класса 4 по стандарту ASTM, так как он:

не содержит токсичного ванадия, как, например, сплав Ti-6Al−4V;
наличие в его составе Fe (измеряемого в десятых долях %) не может считаться отрицательным, так как даже в случае возможного выхода ионов железа в окружающие ткани воздействие их на ткани не является токсичным, как у ванадия;
титан класса 4 обладает лучшими прочностными свойствами по сравнению с другими материалами группы «чистого» титана;

Реферат на тему Химический элемент Ti(Титан)

Содержание:

Химические и физические свойства
Получение титана
Применение титана
Заключение

Предмет:	Химия
Тип работы:	Реферат
Язык:	Русский
Дата добавления:	07.12.2019

Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой работой!
Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

По этой ссылке вы сможете найти рефераты по химии на любые темы и посмотреть как они написаны:

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

Введение:

До 1795 года элемент 22 назывался «менакин». Он был назван в 1791 году британским химиком и минералогом Уильямом Грегором. Четыре года после открытия Грегора немецкий химик Мартин Клапрот открыл новый химический элемент в другом минерале — рутиле.

В 1797 году У. Грегор и Клапрот нашел тот же самый элемент. Грегор делал это раньше, но новый элемент-м. Но ни Грегор, ни Клапрот, данные Клапротом, не могли получить базового гиганта. Он превращается в TiO2 с белым кристаллическим порошком. Долгое время никто из химиков не мог отделить чистый металл от него.

В течение многих лет считалось, что металлический Титан был впервые получен Берцелиусом в 1825 году, когда фторотан калия был восстановлен металлическим натрием. Но сегодня, сравнивая свойства титана и продуктов, полученных Берцелиусом, председатель Шведской академии наук отмечает, что чистый титан быстро превращается в плавиковую кислоту.

На самом деле Титан был открыт в 1875 году русским ученым Кирилловым. Результаты этой работы опубликованы в его брошюре «исследование Титана». Однако работа малоизвестного русского ученого не осталась незамеченной. Еще через 12 лет довольно чистый продукт-около 95% титана-был создан известным химиком л. Берцелиусом, соотечественником Берцелиуса — Петерсоном.

Наконец, в 1910 году Л. Муассан восстановил углекислый газ в дуговой печи и подвергнул полученный материал двойному рафинированию, в результате чего Титан содержал только 2% примесей, главным образом углерода. Нильсон и американский химик М. Петерсон усовершенствовали метод, с помощью которого удалось получить около 99% чистого титана в несколько граммов. Поэтому в большинстве книг приоритет получения металлического титана отдается Кириллову, приписывается не Муассану, а охотнику.

Но ни Хантер, ни его современники не предсказывали великое будущее титанов. Только несколько десятых процента примесей содержалось в металле, но эти примеси делают Титан хрупким и хрупким для механической обработки, а следовательно, непригодным для самого металла для открытия соединений титана.

Химические и физические свойства

Титан — это серебристо — белый элемент с ярко выраженным блеском. В блеске металла можно увидеть и розовый, и синий, и красный. Сияние всеми цветами радуги характерно для 22-го элемента периодической системы.

Титан устойчив к коррозии, поэтому его излучение всегда яркое. Затем материал защищают оксидной пленкой, но когда его измельчают в порошок, а также тонкой стружкой или проволокой, Титан самовоспламеняется. Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки-400 ° C. титановые осколки пожароопасны. Он образуется на поверхности при стандартной температуре.

В результате Коррозия металла не страшна ни на воздухе, ни в воде, ни в самой агрессивной среде, например, в смеси концентрированной азотной и соляной кислот. Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, h4PO4 и концентрированной h3SO4). Титан устойчив к воздействию влажного хлора и водных растворов хлора.

Он легко реагирует со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF для образования комплексных анионов [TiF6]*2−. Наиболее значительное повышение коррозионной стойкости большинства титанов в органической среде заметно, когда содержание влаги в активной среде увеличивается на 0,5-8,0%, а смешанная водно-кислотная и щелочная вода в органической среде также очень устойчива к коррозии, так как Титан образуется на поверхности оксида и гидрида Титана в органической среде.

При нагревании на воздухе до 1200°C Титан (Ti) склеивается ярким белым пламенем с образованием оксидной фазы переменного состава TiOx. Из раствора соли титана гидроксид TIO (oh) 2·xh3O тщательно прокаливают для получения оксида tio2. Гидроксид TiO (Ohio) 2*xh3O и диоксид TiO2 являются амфотерными. TiO2 реагирует с серной кислотой при длительном кипячении.

При плавлении с содой Na2CO3 или поташем K2CO3 оксид TiO2 образует титанаты: при нагревании Титан взаимодействует с галогеном, например, тетрахлорид TiCl4 в нормальных условиях реагирует с ticl4 гидролизом TiCl4, образованием водяного пара и капель, содержащихся в воздухе, и образованием гидроксида титана.

Восстанавливая TiCl4 водородом, алюминием, кремнием и другими мощными восстановителями, трихлорид титана и дихлорид Титана, которые являются твердыми веществами с сильной восстанавливаемостью, взаимодействуют с Br2 и I2.

При температуре азота N2 выше 400°C Титан образует нитрид. Атмосферы азота-единственные элементы, которые горят в воздухе. Когда титан взаимодействует с углеродом, образуется карбид титана TiC. При нагревании Титан поглощает h3, образуя соединение переменного состава Tih3. При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением h3.

Титан также образует сплавы со многими металлами.

Получение титана

Цены замедляют производство и потребление титана. На самом деле, высокая стоимость не является врожденным дефектом титана. Их очень много в земной коре–0,63%. Минералы, содержащие Титан, встречаются повсеместно. В России титановые месторождения находятся на Урале, а крупнейшим производителем является Верхне — Салдинское.

В конструкционных металлах наиболее распространены титан, алюминий, железо и магний. Высокая цена титана является следствием сложности извлечения его из руды и применения вакуумного оборудования для переплава. При промышленном производстве титана руда или концентрат преобразуется в диоксид титана, после чего он хлорируется. Но даже при 800-1000 ° с хлорирование происходит медленно.

Происходит в присутствии углерода, который со скоростью, достаточной для практических целей, связывает кислород главным образом с CO2:

TiO2+2Cl2+2C=TiCl4+2CO2

Хлорид титана (IV) восстанавливается магнием:

TiCl4+2Mg = Ti+2MgCl2

И полученную смесь нагревают в вакууме. В этом случае магний и его хлориды испаряются и оседают в конденсаторе. Остальное-губчатый Титан-расплавляется для получения компактного ковкого металла. Для очистки от кислорода, углерода и других вредных примесей извлечение титана осуществляют в герметичном устройстве в атмосфере аргона, промывку и переплавку в условиях высокого вакуума.

Для получения титана высокой чистоты используется йодистый метод, предложенный в 1925 году. Сущность этой методики была детально разработана в 30-х годах немецким химиком Вильгельмом Кроллем, разработавшим грубый металл, загрязненный примесями, который при нагревании до 100-200 ° с, дальнейшем нагревании йодида до температуры около 1300-1500 ° с с йодом, распадается на Титан и йод.

Кроме того, парообразный йод снова соединяется с черным металлом, и Титан осаждается на горячей поверхности титанового семени. Примеси в черных металлах взаимодействуют с йодом и не попадают в горячий чистый титан.

Титан (окрашенный)+2I2 (газ) 100-200°C TiI4 (газ) 1300-1500°C Титан (чистый)+2I2 (газ).

Применение титана

Применение металлического титана во многих отраслях промышленности обусловлено тем, что его прочность практически равна прочности стали, но при этом он на 45% легче. Титан на 60% тяжелее алюминия, но он примерно в два раза прочнее.

Титан в виде сплава является важнейшим конструкционным материалом в авиационной, ракетной и судостроительной промышленности.

Металлы используются в химической промышленности, военной промышленности, промышленном процессе и других отраслях промышленности.

Поскольку Титан физиологически инертен, его используют в медицине — для протезирования, протезирования костей, зубных имплантатов, стоматологии и эндодонтии, а также для пирсинга ювелирных изделий.

Литье титана производится в вакуумной печи в графитовой форме. Вакуумное литье также используется для расплавления моделей. Из-за технических трудностей в технологии литья, существует ограниченное применение. Первая монументальная литая скульптура из титана в мире-это памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве.

Титан является легирующей добавкой во многих легированных сталях и большинстве специальных сплавов (нитинол используется в медицине;алюминиды используются в авиации и автомобилестроении). Существует много титановых сплавов с различными металлами.

Легирующие элементы делятся на три группы в зависимости от влияния на температуру полиморфного превращения: бета-стабилизаторы, альфа-стабилизаторы и нейтральные отвердители. Первый понижает температуру превращения, второй повышает, а третий не влияет на нее, но приводит к отверждению раствора матрицы. Примеры альфа-стабилизаторов: алюминий, кислород, углерод и азот. Бета-стабилизаторы: молибден, ванадий, железо, хром, никель. Нейтральный дюраль: цирконий, олово, кремний.

В 1980-х годах около 60-65% мирового титана использовалось в строительстве самолетов и ракет, 15% — в химическом машиностроении, 10% — в энергетике, 8% — в судостроении и использовалось в опреснителях воды.

Значение металлов в человеческом обществе растет. Революция в технологии происходит в интенсивном развитии алюминиевой и магниевой промышленности. В последние десятилетия человечество получило в свое распоряжение группу редких металлов. И вот теперь, в наше время, в самые последние годы, новый промышленный металл-титан -«поднимается» на передний план истории.

Заключение

Титан, с большим правом, можно назвать металлом нашего века-этот новый конструкционный материал впервые был произведен и использован только в пятидесятых годах, но Титан называют «металлом 20 века».

А смысла у слова «Титан» много, столько синонимов и названия самого металла. «Вечный», «парадоксальный», «сверхзвуковой металл», «футуристический металл», «дитя войны» — вот лишь некоторые из них.

Титан называют металлом будущего. Это, конечно, правильно. В будущем появятся новые области применения этого замечательного материала, и люди будут создавать сплавы с еще более удивительными свойствами. Но будущее начинается сегодня, и будущее и настоящее не разделены границами.

Титан уже давно является ценным, важным и необходимым материалом времени. Кроме того, его широкое и повсеместное использование позволяет нам приблизиться к тому светлому и прекрасному будущему, о котором мы все мечтаем.

Ученый опорного АлтГУ за год опубликовал 8 статей, которые вошли в первый квартиль международных научных журналов — Новости

В гостях у «ЗН» Александр Валерьевич Воронцов, ведущий научный сотрудник отдела сопровождения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ опорного Алтайского государственного университета.

Александр Валерьевич работает в нашем университете недавно (с 2017 года), и многие ученые впервые услышали его фамилию на Днях российской науки. По итогам 2018 года А.В. Воронцов опубликовал сразу восемь статей, которые вошли в первый квартиль (то есть высшую категорию!) международных научных журналов. А еще он собрал команду молодых ученых и занимается компьютерным моделированием наночастиц, изучает фотокатализ и признается, что любимый его химический элемент – титан. Нам кажется, это не случайно…

– Александр Валерьевич, давайте знакомиться: расскажите, откуда вы приехали на Алтай?

– Родился в Новосибирске, в семье инженеров. По профилю я химик. Окончил факультет естественных наук НГУ, химическое направление. Почти всю свою жизнь отработал в Институте катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН, занимался кинетикой, катализом, адсорбцией. Руководил группой фотокатализа на полупроводниках. И вот осенью 2017 года начал работу в опорном Алтайском госуниверситете.

– Для обывателей расскажите, что такое фотокатализ?

– Фотокатализ – это реакции, которые протекают на поверхности твердых тел под действием света. А фотокатализатор – это вещество, которое катализирует (например, диоксид титана). Выглядит он как белый порошок, но посветив на него ультрафиолетом, мы получаем активную химическую реакцию – окисление. Если в воздухе есть органические вещества, запахи, бактерии, вирусы, то во время этой реакции происходит полное разрушение всех загрязнений. И это всего лишь одно из направлений фотокатализа.

Еще интересное направление – получение водорода из воды. Если в присутствии паров воды посветить ультрафиолетом на диоксид титана, содержащий определенные добавки (для усиления реакции), то вода разложится на кислород и водород. Водород очень интересен, его не случайно раньше часто называли «топливом будущего». Он содержит в себе много энергии и экологичен, в отличие от бензина. В мире уже есть водородные автомобили, заправки с водородным топливом (например, в Южной Корее), так что это очень перспективное направление исследований. И по данной теме у меня есть цикл публикаций. С июня 2017 года я работаю еще и редактором International Journal of Hydrogen Energy («Международный журнал водородной энергетики»).

Большой плюс фотокатализа: все реакции проводить достаточно легко, не нужно дорогостоящее сложное оборудование, к опытам можно подключать студентов.

Алтай, с точки зрения изучения фотокатализа, пока не охвачен. Активные исследования ведутся в Новосибирске, Томске, Москве, Екатеринбурге, Санкт-Петербурге, но Барнаул пока отстает. Будем это дело исправлять.

– Вы со школы влюбились в химию?

– С седьмого класса, как только начался курс школьной химии. Как сейчас помню: учебник был скучный, а вот преподаватель – очень активный, сумел заинтересовать. А уж после того как мы со старшим братом стали «химичить» (устраивать небольшие опыты), то химия меня вообще захватила.

– А кроме химии были в детстве хобби?

– Конечно! Увлекался фотографией. Но тогда это было не так просто, и фотограф был тоже немного химик: необходимо было проявлять фотографии, разводить проявитель в бочке, закрепитель, все реакции строго по времени.

– Вы редактируете журнал на английском языке, наверное, в школе увлекались и английским?

– В школе я изучал немецкий. С английским познакомился в НГУ. Современному ученому без английского невозможно развиваться, постоянно нужно читать статьи на английском. И вот, выучил. Сейчас я выписываю журнал Science и регулярно его читаю.

– Расскажите про самое экзотическое место, где вы были в научной командировке?

– Пожалуй, это поездка в Чили, где я побывал в июне 2018 года и представлял опорный Алтайский госуниверситет. Удивительное государство в Южной Америке, располагающееся на узкой полосе земли между Тихим Океаном и Андами. Там очень много вулканов, в том числе действующих. Я побывал в университете города Консепсьон.

– Еще вы занимаетесь компьютерным моделированием наночастиц. Что это за проект?

– С помощью отдела организации учебно-исследовательской работы студентов АлтГУ мне удалось собрать молодой научный коллектив. Сейчас в команде семь ребят с разных факультетов (биологического, химического, математического), и мы в компьютерном классе проводим занятия по квантово-химическому моделированию наночастиц. Моделируем на компьютере реальные материалы и реакции, например фотокатализа. Это очень интересно, потому что на эксперименте мы часто наблюдаем разные явления, а почему реакция проходит именно так – непонятно. А мы создаем модели наночастиц, которые отражают реальные частицы и помогают найти ответы на вопросы, которые возникают в реальных экспериментах. С ребятами мы подали заявку на грант, подготовили к публикации статью для научного журнала по результатам наших экспериментов.

– Как часто проходят занятия?

– Каждую неделю по субботам в 16:40. Сейчас в наших планах набрать молодежь с младших курсов, чтобы ребята смогли набраться опыта, поучаствовать в гранте. Места есть, так что приглашаю всех желающих с разных факультетов!

– Давайте поговорим о ваших научных статьях. Вы лидер в вузе по числу публикаций за год, вошедших в Q1 (первый квартиль международных журналов). Расскажите, на какую они тему?

– Последние мои статьи все по компьютерному моделированию наночастиц. Наночастицы бывают разных форм, вот эти формы я и изучал. Кроме того, сотрудничаю с коллегой из Индии, который проводит эксперименты по фотокатализу, а я их описываю с точки зрения теории и компьютерного моделирования. И мы с ним опубликовали уже четыре совместных статьи.

– В нашей газете мы уже поднимали проблемы академического письма, молодые ученые не умеют писать статьи для международных научных журналов. Какой бы вы дали совет? Что в этом деле самое главное?

– Написание статьи – это большой труд. И порой еще ученому необходимо обладать эмоциональной устойчивостью. Сейчас считается нормой, если 75% статей авторитетный журнал просто отклоняет, несмотря на то, что статья может быть качественной, интересной и т.д. И нужно быть готовым к тому, что вам придется отправлять статью не раз и не два, а делать по пять-шесть попыток в разные журналы, чтобы ее хотя бы просто рассмотрели. Кстати, даже у Эйнштейна были гениальные работы, которые он посылал в журналы и их не принимали. Если это кого-то утешит… Лично у меня был рекорд восемь отказов: только на девятый статью рассмотрели и опубликовали. Так что главный секрет успеха, помимо кропотливого труда, – стрессоустойчивость.

– А у вас есть свой рецепт, как укрепить нервы?

– Я практикую регулярные прогулки на свежем воздухе, по 5-7 км. И как минимум совершать в день 10 000 шагов.

– Написание статьи – это творческий процесс. Вы из тех людей, кто сидит и ждет вдохновения, или вы заставляете это вдохновение прийти, упорно стуча по клавиатуре?

– Только вдохновение. Можно сидеть неделю за компьютером и ничего не высидеть. Поэтому я ловлю вдохновение. Иногда помогает прогулка. Раньше я практиковал походы в Горный Алтай. Знаете, когда идешь с рюкзаком на две недели в горы, полностью отрываешься от реальности, и вот там голова полностью просветляется, вдохновение накатывает. (Смеется.) Хоть на камень садись и пиши статьи в научный журнал.

– 2019 год – год Периодической таблицы Менделеева. Как у химика не можем не спросить, какой ваш любимый элемент?

– Ну, конечно, титан – элемент номер 22! Это для меня особое число, оно часто в жизни у меня встречается. Все знают, что 22 – это и номер региона, где находится наш университет.

Наталья Теплякова.

Титан (Ti) — химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду

Титан

Химический элемент, Ti, атомный номер 22 и атомная масса 47,90. Его химическое поведение имеет много общего с кремнеземом и цирконием как элементом, принадлежащим к первой переходной группе. Его химический состав в водном растворе, особенно в более низких степенях окисления, имеет некоторое сходство с химическим составом хрома и ванадия. Титан — это светильник из переходного металла бело-серебристо-металлического цвета.Он прочный, блестящий, устойчивый к коррозии. Чистый титан не растворяется в воде, но растворяется в концентрированных кислотах. Этот металл образует пассивное, но защитное оксидное покрытие (ведущее к коррозионной стойкости) при воздействии повышенных температур на воздухе, но при комнатной температуре он сопротивляется потускнению.

Основная степень окисления — 4+, хотя состояния 3+ и 2+ также известны, но менее стабильны. Этот элемент горит на воздухе при нагревании до диоксида TiO ₂ и в сочетании с галогенами.Он восстанавливает водяной пар с образованием диоксида и водорода и аналогично реагирует с горячими концентрированными кислотами, хотя образует трихлорид с хлороводородной кислотой. Металл поглощает водород с образованием TiH ₂ и образует нитрид TiN и карбид TiC. Другими известными соединениями являются сера TiS ₂, а также низшие оксиды Ti ₂ O ₃ и TiO, а также сера Ti ₂ S ₃ и TiS. Соли известны в трех степенях окисления.

Области применения

Диоксид титана широко используется в качестве белого пигмента в наружных картинах, поскольку он химически инертен, обладает большой покрывающей способностью, непрозрачностью для повреждения ультрафиолетом и способностью к автоочистке. Диоксид также однажды использовался в качестве отбеливающего и успокаивающего агента в фарфоровых эмалях, придавая им последний штрих большой яркости, твердости и кислотостойкости. Типичная помада содержит 10% титана.

Титановые сплавы характеризуются очень высокой прочностью на разрыв даже при высоких температурах, малым весом, высокой коррозионной стойкостью и способностью выдерживать экстремальные температуры.Благодаря этим свойствам они в основном используются в самолетах, трубах для электростанций, бронировании, военно-морских кораблях, космических кораблях и ракетах. Титан прочен, как сталь, но на 45% легче.

В медицине титан используется для изготовления эндопротезов бедра и колена, кардиостимуляторов, костных пластин и винтов, черепных пластин при переломах черепа. Он также использовался для прикрепления ложных тезисов.

Титанаты щелочноземельных металлов обладают некоторыми замечательными свойствами. Уровень диэлектрической проницаемости варьируется от 13 для MgTiO ₃ до различных миллиардов для твердых растворов SrTiO3 в BaTiO ₃.Титанат бария также имеет диэлектрическую постоянную 10.000, близкую к 120 ° C, что является его точкой Кюри; он имеет низкий диэлектрический гистерезис. Керамические преобразователи, содержащие титанат бария, выгодно отличаются от соли Рошеля с точки зрения термической стабильности и с кварцем с точки зрения силы воздействия и способности формировать керамику в различных формах. Компаунд использовался как генератор ультразвуковых колебаний и как детектор звука.

Титан в окружающей среде

Хотя в природе он не обнаружен несвязанным с другими элементами, титан является девятым по распространенности элементом в земной коре (0.63% по массе) и присутствует в большинстве магматических пород и в образовавшихся на них отложениях. Важными минералами титана являются рутил, брукит, анатаз, илменит и титанит. Основная добываемая руда, ильменит, встречается в виде обширных залежей песка в Западной Австралии, Норвегии, Канаде и Украине. Крупные месторождения рутила в Северной Америке и Южной Африке также вносят значительный вклад в мировые поставки титана. Мировое производство металла составляет около 90 000 тонн в год, диоксида титана — 4.3 миллиона тонн в год.

Диоксид титана TiO ₂ обычно находится в черной или коричневатой форме, известной как рутил. В природе реже встречаются анатасит и бруквит. И чистый рутил, и чистый анатасит белые. Черный основной оксид FeTiO ₃ находится в естественной форме в виде природного минерала, называемого ильменитом; это основной коммерческий источник титана.

Влияние титана на здоровье

Биологическая роль титана неизвестна.В организме человека обнаруживается количество титана, и, по оценкам, мы принимаем около 0,8 мг / день, но большая часть проходит через нас, не адсорбируясь. Это не ядовитый металл, и человеческий организм может переносить титан в больших дозах.

Элементарный титан и диоксид титана обладают низкой токсичностью. У лабораторных животных (крыс), подвергшихся воздействию двуокиси титана при вдыхании, в легких образовывались небольшие локализованные участки темных отложений пыли. Чрезмерное воздействие на человека может привести к незначительным изменениям в легких.

Последствия чрезмерного воздействия титанового порошка: Вдыхание пыли может вызвать чувство стеснения и боли в груди, кашель и затрудненное дыхание. Попадание на кожу или в глаза может вызвать раздражение. Пути попадания: Вдыхание, контакт с кожей, попадание в глаза.

Канцерогенность: Международное агентство по изучению рака (IARC) включило диоксид титана в группу 3 (агент не классифицируется по его канцерогенности для человека).

Воздействие титана на окружающую среду

Низкая токсичность.Металлический титан в виде металлического порошка представляет значительную опасность возгорания, а при нагревании на воздухе — опасность взрыва.

О воздействии на окружающую среду не сообщалось.

А теперь посмотрите нашу страницу «Титан в воде»

Вернуться к периодической таблице элементов

Факты о титане | Живая наука

Есть ли какой-нибудь элемент, напоминающий о силе, как титан? Названный в честь титанов, греческих богов мифов, 22-й элемент Периодической таблицы появляется в авиалайнерах и палках для лакросса, пирсинге, медицинском оборудовании и даже солнцезащитном креме.

Титан устойчив к коррозии, отличается особой прочностью и легкостью. По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, он прочен, как сталь, но его вес составляет всего 45 процентов. И он вдвое прочнее алюминия, но только на 60 процентов тяжелее.

Только факты

Атомный номер (количество протонов в ядре): 22
Атомный символ (в Периодической таблице элементов): Ti
Атомный вес (средняя масса атома): 47,867
Плотность : 4.5 граммов на кубический сантиметр
Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
Точка плавления: 3 034,4 градуса по Фаренгейту (1668 градусов по Цельсию)
Точка кипения: 5 948,6 F (3287 C)
Количество изотопов: 18; пять изотопов стабильны
Наиболее распространенные изотопы: Титан-46, Титан-47, Титан-48, Титан-49 и Титан-50

(Изображение предоставлено Грегом Робсоном / Creative Commons, Андрей Маринкас Shutterstock)

Элемент супергероя

Для элемента, обладающего сверхспособностями, титан имеет подходящую историю происхождения: он выкован в недрах сверхновых звезд или коллапсирующих звезд.Исследование конкретной умирающей звезды, Supernova 1987A, в 2012 году показало, что одна сверхновая может создать по массе титан-44, радиоактивный изотоп титана, стоимостью в 100 земных земных.

Титан является девятым по содержанию металлом в земной коре, согласно Chemicool, но он не был открыт до 1791 года. Английский геолог-любитель преподобный Уильям Грегор обнаружил черный металлический песок в русле ручья, проанализировал его и обнаружил. быть смесью магнетита, обычной формы оксида железа и нового металла.Грегор назвал его манакканитом в честь прихода, в котором он обнаружил песок.

Четыре года спустя немецкий ученый по имени Мартин Генрих Клапрот изучал руду из Венгрии, когда обнаружил, что она содержит никогда ранее не описанный химический элемент. Он назвал его титаном, а позже подтвердил, что манакканит Грегора тоже содержал титан.

По данным Королевского химического общества (RSC), первым, кто перегонял титан в чистую форму, был М.А. Хантер, сотрудник General Electric.Однако только в 1930-х годах Уильям Дж. Кролл изобрел процесс, который сделал возможным извлечение титана в промышленных масштабах. Так называемый процесс Кролла сначала обрабатывает руду оксида титана хлором с получением хлорида титана. Затем магний или натрий смешиваются с хлоридом титана в газообразном аргоне (пропуск кислорода в процесс действительно был бы довольно взрывоопасным, учитывая, что титан очень реактивен к кислороду, согласно RSC). При температуре 2192 F (1200 C) магний или натрий восстанавливают хлорид титана до чистого титана.По данным RSC, этот процесс примерно в 10 000 раз менее эффективен, чем процесс, используемый для производства железа, что помогает объяснить, почему титан является более дорогим металлом.

Титан — переходный металл, что означает, что он может образовывать связи, используя электроны более чем с одной из своих оболочек или уровней энергии. Он разделяет эту особенность с другими переходными металлами, включая золото, медь и ртуть.

Кто знал?

По данным RSC, почти каждая магматическая порода — горная порода, образовавшаяся в результате затвердевания расплавленной породы — содержит титан.
По данным компании, Boeing 737 Dreamliner на 15 процентов состоит из титана.
Титан сейчас вращается вокруг планеты: по данным НАСА, у Международной космической станции (МКС) есть ряд деталей из титана, в том числе трубы. Rosetta Project, исследовательское и архивное предприятие, целью которого является сохранение человеческих языков и мышления, также вывезло кусок чистого титана за пределы МКС, чтобы увидеть, как он противостоит радиации и суровым условиям космоса.
Земля — не единственное место, где можно найти титан. В 2011 году на спутниковой карте поверхности Луны были обнаружены скопления богатых титаном горных пород. Эти породы часто содержат до 10 процентов титана по сравнению с 1 процентом или около того, которые обычно наблюдаются в земных породах.
Титан можно использовать в качестве сырья для 3D-печати. В 2013 году исследователи из Австралийской организации научных и промышленных исследований Содружества Наций напечатали на 3D-принтере пару легких титановых подков для скаковых лошадей. Туфли были стильного ярко-розового цвета.

Диоксид титана

Диоксид титана (TiO ₂), также называемый оксидом титана (IV) или диоксидом титана, представляет собой встречающийся в природе оксид титана. Белый пигмент, диоксид титана, используется в красках (как титановый белила или пигментный белый 6) и в солнцезащитных кремах из-за его способности преломлять свет и поглощать ультрафиолетовые лучи. По данным Геологической службы США, 95 процентов добываемого титана превращается в пигменты из диоксида титана, а оставшиеся 5 процентов идут на производство химикатов, металлов, карбидов и покрытий.

Диоксид титана также широко используется в медицине, косметике и зубной пасте и все чаще используется в качестве пищевой добавки (как E171) для отбеливания продуктов или придания им более непрозрачного вида. Некоторые из наиболее распространенных пищевых продуктов с добавлением E171 включают глазурь, жевательную резинку, зефир и добавки.

Ограничений на использование диоксида титана в пищевых продуктах нет. Однако новое исследование на мышах, опубликованное в журнале Gut, показывает, что частицы диоксида титана могут сильно повредить кишечник людей с определенными воспалительными заболеваниями кишечника.

Исследователи из Цюрихского университета в Швейцарии обнаружили, что, когда клетки кишечника поглощают частицы диоксида титана, слизистая оболочка кишечника мышей, переболевших колитом, воспаляется и повреждается, говорится в пресс-релизе исследования.

Воспалительные заболевания кишечника, такие как болезнь Крона и язвенный колит, в западных странах на протяжении многих лет растут. Эти состояния характеризуются крайней аутоиммунной реакцией на кишечную флору. Несколько факторов играют роль в развитии болезни, включая генетические факторы и факторы окружающей среды, такие как образ жизни и питание.Швейцарские исследователи обнаружили, что наночастицы диоксида титана, обычно содержащиеся в зубной пасте и многих пищевых продуктах, могут еще больше усугубить эту воспалительную реакцию.

Кроме того, более высокие концентрации частиц диоксида титана могут быть обнаружены в крови пациентов с язвенным колитом. Это означает, что эти частицы могут абсорбироваться из пищи при определенных заболеваниях, объясняют исследователи в пресс-релизе.

Хотя результаты еще не были подтверждены на людях, исследователи предполагают, что пациентам с колитом следует избегать приема внутрь частиц диоксида титана.

Титан — легкий и прочный металл, часто используемый в машинах, инструментах, спортивном снаряжении и ювелирных изделиях. (Изображение предоставлено Кристианом Лагереком Shutterstock)

Текущее исследование

Диоксид титана имел головокружительный набор функций в мире технологий, от приложений солнечных батарей до биосовместимых датчиков, сказал Джей Нараян, ученый-материаловед из Университета штата Северная Каролина.

В 2012 году Нараян и его коллеги сообщили о способе «настройки» диоксида титана, адаптируя его к конкретным приложениям.Этот материал имеет две кристаллические структуры, называемые «рутил» и «анатаз», каждая из которых имеет свои собственные свойства и функции. Обычно диоксид титана любит находиться в фазе анатаза при температуре ниже 932 F (500 C) и превращается в фазу рутила при более высоких температурах.

Выращивая кристалл за кристаллом диоксида титана и выстраивая их на шаблоне из триоксида титана, Нараян и его коллеги смогли установить фазу материала как рутил или анатаз при комнатной температуре, как они сообщили в июне 2012 года в журнал Applied Physics Letters.Сделав еще больший скачок, исследователи смогли интегрировать этот диоксид титана в компьютерные чипы.

«Оксид титана также является очень хорошим сенсорным материалом, поэтому, если он интегрирован с компьютерным чипом, он действует как интеллектуальный датчик», — сказал Нараян Live Science. Поскольку датчик является частью микросхемы, устройство может реагировать быстрее и эффективнее, чем если бы датчик был отдельным и должен был быть жестко подключен к вычислительной части устройства.

Вывод продукта на рынок потребует снижения производственных затрат, сказал Нараян, но у «настраиваемого» диоксида титана есть и другие перспективы.Обрабатывая материал мощными лазерными импульсами, исследователи могут создавать небольшие дефекты, называемые кислородными вакансиями, где в материале отсутствуют молекулы кислорода. Затем этот материал можно использовать для расщепления воды (h3O) путем похищения кислорода и оставления водорода, который затем можно использовать для производства водородного топлива.

«Это дешевый и чистый источник энергии», — сказал Нараян. Новые производственные и инженерные методы расширяют область применения титана. Управление военно-морских исследований объявило в 2012 году, что новый метод сварки титана будет использован для производства полноразмерного корпуса корабля; По мнению ВМФ, эта конструкция является прорывом, поскольку титан, как правило, слишком дорог и сложен в производстве для судостроения.Новый метод, называемый сваркой трением с перемешиванием, использует вращающийся металлический штифт для частичного плавления краев двух кусков титана вместе.

В медицине титановые имплантаты используются для замены или стабилизации сломанной кости. Крошечные титановые имплантаты используются даже для улучшения слуха у людей с некоторыми типами глухоты. Титановый стержень в форме винта просверливается в черепе за ухом и прикрепляется к внешнему блоку обработки звука. Внешний блок улавливает звуки и передает вибрацию через титановый имплант во внутреннее ухо, обходя любые проблемы в среднем ухе.

В 2010 году исследователи объявили о разработке «Tifoam» — пенополиуретана, пропитанного порошком титана. Согласно исследованию 2013 года, опубликованному в журнале Acta Biomaterialia, пористая структура имитирует человеческую кость и позволяет клеткам человеческой кости проникать и сливаться с имплантатом по мере заживления человека.

Дополнительный отчет от Трейси Педерсен, сотрудника Live Science.

Следуйте за Стефани Паппас на Twitter Google+ .Следуйте за нами @livescience , Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

Титан

Химический элемент титан относится к переходным металлам. Он был открыт в 1791 году преподобным Уильямом Грегором.

Зона данных

Классификация:	Титан — переходный металл
Цвет:	серебристо-белый
Атомный вес:	47.87
Состояние:	цельный
Температура плавления:	1668 ^o C, 1941 K
Температура кипения:	3287 ^o C, 3560 K
Электронов:	22
Протонов:	22
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе:	26
Электронные оболочки:	2,8,10,2
Электронная конфигурация:	[Ар] 3d ² 4s ²
Плотность при 20 ^o C:	4.50 г / см ³

Показать больше, в том числе: тепла, энергии, окисления,
реакций, соединений, радиусов, проводимости

Атомный объем:	10,64 см ³ / моль
Состав:	hcp: шестигранник закрытый pkd
Твердость:	6.0 mohs
Удельная теплоемкость	0,52 Дж г ^-1 K ^-1
Теплота плавления	14.15 кДж моль ^-1
Теплота распыления	471 кДж моль ^-1
Теплота испарения	425 кДж моль ^-1
1 ^st энергия ионизации	658 кДж моль ^-1
2 ^nd энергия ионизации	1310,3 кДж моль ^-1
3 ^rd энергия ионизации	2652.5 кДж моль ^-1
Сродство к электрону	7,6 кДж моль ^-1
Минимальная степень окисления	-1
Мин. общее окисление нет.	0
Максимальное число окисления	4
Макс. общее окисление нет.	4
Электроотрицательность (шкала Полинга)	1,54
Объем поляризуемости	14.6 Å ³
Реакция с воздухом	легкая, w / ht ⇒ TiO ₂
Реакция с 15 M HNO ₃	пассивированный
Реакция с 6 M HCl	нет
Реакция с 6 М NaOH	нет
Оксид (ов)	TiO, Ti ₂ O ₃, TiO ₂ (диоксид титана) и др.
Гидрид (ы)	TiH ₂
Хлорид (ы)	TiCl ₂, TiCl ₃, TiCl ₄
Атомный радиус	140 вечера
Ионный радиус (1+ ион)	128 вечера
Ионный радиус (2+ ионов)	100 вечера
Ионный радиус (3+ ионов)	81 вечера
Ионный радиус (1-ионный)	–
Ионный радиус (2-ионный)	–
Ионный радиус (3-ионный)	–
Теплопроводность	21.9 Вт м ^-1 K ^-1
Электропроводность	2,6 x 10 ⁶ См ^-1
Температура замерзания / плавления:	1668 ^o C, 1941 K

Музей Гуггенхайма, Бильбао, покрытый титановыми панелями.

Ильменит, минерал, в котором Уильям Грегор открыл титан.

Открытие титана

Доктор Дуг Стюарт

Об открытии титана было объявлено в 1791 году геологом-любителем преподобным Уильямом Грегором из Корнуолла, Англия.^{(1), (2)}

Грегор нашел черный магнитный песок, похожий на порох, в ручье в округе Маннакан в Корнуолле, Англия. (Теперь мы называем этот песчаный ильменит; это смесь, состоящая в основном из оксидов железа и титана.)

Грегор проанализировал песок и обнаружил, что это в основном магнетит (Fe ₃ O ₄) и довольно нечистый оксид нового металла, который он описал как «красновато-коричневый кальций».

Эта окалина становится желтой при растворении в серной кислоте и пурпурной при восстановлении железом, оловом или цинком.Грегор пришел к выводу, что он имел дело с новым металлом, который он назвал манакканитом в честь прихода Маннакана.

Обнаружив новый металл, Грегор вернулся к своим пастырским обязанностям.

Немногое больше происходит в нашей истории до 1795 года, когда известный немецкий химик Мартин Клапрот испытал волнение от открытия нового металлического элемента. Клапрот назвал новый металл титаном в честь титанов, сыновей богини Земли в греческой мифологии.

Клапрот обнаружил титан в минерале рутиле из Бойника, Венгрия.Как и калькс Грегора, рутил был красного цвета. В 1797 году Клапрот прочитал отчет Грегора от 1791 года и понял, что красный оксид, в котором он нашел титан, и красный оксид, в котором Грегор нашел манакканит, на самом деле одно и то же; титан и макканит были одним и тем же элементом, и Грегор был настоящим первооткрывателем этого элемента.

Грегор, возможно, превзошел Клапрота в новом металле, но ученые предпочли «титан» Клапрота «манакканиту» Грегора.

Получить образец чистого титана оказалось намного сложнее, чем его обнаружить.

Многие ученые пытались это сделать, но прошло 119 лет с момента его открытия, пока в 1910 году металлургом Мэтью Хантером в Скенектади, штат Нью-Йорк, металлургом Мэтью Хантером не был выделен титан с чистотой 99,9%, который нагрел хлорид титана (IV) с натрием до красного тепла в цилиндре под давлением. ⁽²⁾

В 1936 году процесс Кролла (нагрев хлорида титана (IV) с магнием) сделал возможным промышленное производство титана. К 1948 году мировое производство достигло всего 3 тонн в год.

К 1956 году, однако, ученые и инженеры поняли, что свойства титана очень желательны, и мировое производство выросло до 25 000 тонн в год.⁽³⁾

Прогноз мирового производства металлического титана с использованием процесса Kroll на 2011 год составлял 223 000 метрических тонн. ⁽⁴⁾

Кузнец делает нож из титана и демонстрирует свойства металла.

Мелкодисперсный титан легко горит.

Компьютерное изображение атомов титана (синий), связанных с углеродной нанотрубкой в водородном (красный) топливном элементе.Подобные молекулы могут повысить эффективность топливных элементов для использования в автомобилях. Изображение: T. Yildirim / NIST

Внешний вид и характеристики

Вредные воздействия:

Металлический титан считается нетоксичным. В виде металлической стружки или порошка он представляет значительную опасность пожара. Хлориды титана вызывают коррозию.

Характеристики:

Чистый титан — легкий серебристо-белый твердый блестящий металл. Он обладает превосходной прочностью и устойчивостью к коррозии, а также имеет высокое соотношение прочности и веса.

Скорость коррозии титана настолько мала, что после 4000 лет в морской воде коррозия могла бы проникнуть в металл только на толщину тонкого листа бумаги. ⁽³⁾

При высоких температурах металл горит на воздухе и, что необычно, титан горит еще и в чистом азоте.

Титан пластичен и податлив при нагревании.

Нерастворим в воде, но растворим в концентрированных кислотах.

Использование титана

Металлический титан используется в качестве легирующего агента с металлами, включая алюминий, железо, молибден и марганец.Сплавы титана в основном используются в аэрокосмической отрасли, самолетах и двигателях, где необходимы прочные, легкие, термостойкие материалы.

Благодаря своей устойчивости к морской воде (см. Выше) титан используется для изготовления корпусов кораблей, гребных валов и других конструкций, подверженных воздействию моря.

Титан также используется в имплантатах для замены суставов, таких как шаровидный тазобедренный сустав.

Около 95% производства титана приходится на долю диоксида титана (диоксида титана).Этот ярко-белый пигмент с высоким показателем преломления и сильным поглощением ультрафиолетового излучения используется в белых красках, пищевых красителях, зубных пастах, пластмассах и солнцезащитных кремах.

Титан используется в нескольких повседневных изделиях, таких как сверла, велосипеды, клюшки для гольфа, часы и портативные компьютеры.

Численность и изотопы

Полнота земной коры: 0,56% по массе, 0,25% по молям

Солнечная система изобилия: 4 части на миллион по весу, 100 частей на миллиард по молям

Стоимость, чистая: 661 доллар за 100 г

Стоимость, оптом: $ за 100 г

Источник: Титан — девятый по содержанию металл в земной коре.Титан не встречается в природе в свободном виде, но содержится в таких минералах, как рутил (оксид титана), ильменит (оксид железа, титана) и сфен (титанит или силикат титана кальция).

В промышленных масштабах металл выделяют с использованием процесса Кролла, который первоначально дает оксид титана из минерала ильменита. Оксид TiO ₂ затем превращается в хлорид (TiCl ₄) посредством карбохлорирования. Его конденсируют и очищают фракционной перегонкой, а затем восстанавливают расплавленным магнием в атмосфере аргона.

Изотопы: Титан имеет 18 изотопов, период полураспада которых известен, с массовыми числами от 39 до 57. Встречающийся в природе титан представляет собой смесь его пяти стабильных изотопов, и они находятся в указанном процентном соотношении: ⁴⁶ Ti (8,2%), ⁴⁷ Ti (7,4%), ⁴⁸ Ti (73,7%), ⁴⁹ Ti (5,4%) и ⁵⁰ Ti (5,2%). Наиболее естественно распространенным из этих изотопов является ⁴⁸ Ti в количестве 73,7%.

Список литературы

Уильям Грегор, Beobachtungen und Versuche über den Menakanite, einen in Cornwall gefundenen magnetischen Sand., в Chemische Annalen Лоренца Крелла, 1791, стр. 40.
Мэри Эльвира Уикс, Открытие элементов. XI. Некоторые элементы, выделенные с помощью калия и натрия: цирконий, титан, церий и торий. J. Chem. Образов., 1932, с. 1231.
Том Маргерисон, Будущее титана., New Scientist, 12 июня 1958 г., стр. 156.
Исследования и разработки в области титана.

Цитируйте эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

 Титан

или

  Факты о титановых элементах

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:

 «Титан». Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 18 октября 2012 г. Интернет.
.

Титан | Химия | The Guardian

Если вам нравится думать об элементах как связанных с определенной страной, то моим британским читателям особенно понравится сегодняшний элемент, поскольку он был обнаружен в Корнуолле.Сегодняшний элемент — это титан Ti с атомным номером 22. Титан — это переходный металл серебристого цвета с низкой плотностью, легкий, очень прочный и устойчивый к коррозии. Эти качества, вероятно, вдохновили его название, которое чествует титанов из греческой мифологии. Как и следовало ожидать, у титана есть удивительное множество применений и применений.

Большая часть добываемого титана используется в аэрокосмической промышленности и в военных целях. Однако большинство людей, вероятно, знакомы с титаном, потому что они используют его каждый день: в ювелирных изделиях, в рамах и компонентах велосипедов, в качестве зубных и ортопедических имплантатов, а также для отбеливания зубных паст и создания ярких белых фейерверков.

Вот захватывающий видеоклип из программы Science Channel, который показывает, как производится чистый титан:

Вы уже встречали эти элементы:

Скандий: Sc , атомный номер 21
Кальций: Ca , атомный номер 20
Калий: K , атомный номер 19
Аргон: Ar , атомный номер 18
Хлор: Cl , атомный номер 17 ^{Сера , , атомный номер 16
Фосфор: P , атомный номер 15
Кремний: Si , атомный номер 14
Алюминий: Al , атомный номер 13
Магний: атомный номер Mg 9000 12
Натрий: Na , атомный номер 11
Неон: Ne , атомный номер 10
Фтор: F , атом ic номер 9
Кислород: O , атомный номер 8
Азот: N , атомный номер 7
Углерод: C , атомный номер 6
Бор: B , атомный номер 5
Бериллий: Be , атомный номер 4
Литий: Li , атомный номер 3
Гелий: He , атомный номер 2
Водород: H , ат.}

Вот замечательная интерактивная Периодическая таблица элементов, с которой действительно интересно играть!

электронная почта: [email protected]
twitter: @GrrlScientist

The Element Titanium — Titanium Atom

Титан — химический элемент. с символом Ti и атомным номером 22. Иногда называют «металлом космической эры», ^[2] он имеет низкую плотность и прочный, блестящие, устойчивые к коррозии (в том числе морская вода, царская водка и хлор) переход металл серебристого цвета.

Титан был обнаружен в Корнуолле, Англия, Уильям Грегор в 1791 году и названный Мартином Генрихом Клапротом для Титаны греческой мифологии.

Элемент встречается в нескольких месторождения полезных ископаемых, в основном рутил и ильменит, которые широко распространены в земной коре и литосфере, и он встречается почти во всех живых существах, скалы, водоемы и почвы.^[3] Металл добывается из основного минерала руды с помощью процесса Кролла ^[4] или процесс Хантера. Самый распространенный соединение, диоксид титана, является популярным фотокатализатор и используется при производстве белых пигментов.^[5] Другие соединения включают титан. тетрахлорид (TiCl ₄), компонент дымовых завес и катализаторов; и титан трихлорид (TiCl ₃), который используется как катализатор в производстве полипропилена. ^[3]

Титан можно легировать железом, алюминием, ванадий, молибден, среди других элементов, производить прочные легкие сплавы для аэрокосмическая промышленность (реактивные двигатели, ракеты и космические аппараты), военный, промышленный процесс (химикаты и нефтехимия, опреснительные установки, целлюлоза и бумага), автомобилестроение, агропищевая промышленность, медицинские протезы, ортопедические имплантаты, стоматологические и эндодонтические инструменты и файлы, зубные имплантаты, спортивные товары, украшения, мобильные телефоны и другие приложения.^[3]
Два наиболее полезных свойства металлическая форма отличается коррозионной стойкостью и самое высокое отношение прочности к весу любой металл. ^[6] В нелегированном состоянии, титан такой же прочный, как и некоторые стали, но на 45% легче. ^[7] Есть две аллотропные формы ^[8] и пять встречающихся в природе изотопов этого элемент, ⁴⁶ Ti через ⁵⁰ Ti, причем ⁴⁸ Ti является наиболее распространенным (73.8%). ^[9] Титановые свойства химически и физически похож на цирконий, потому что оба у них одинаковое количество валентных электронов и находятся в одной группе в периодическом Таблица.
Характеристики
Физическое недвижимость
Металлический элемент, признан титан за высокое соотношение прочности и веса.^[8] Это прочный металл с низкая плотность, довольно пластичная (особенно в бескислородной среде), ^[3] блестящий, и металлического белого цвета. ^[10] Относительно высокая температура плавления (более чем 1650 ° C или 3000 ° F) делает его полезным в качестве тугоплавкого металла.Он парамагнитен и имеет довольно низкую электрическая и теплопроводность. ^[3]
Титан технических (чистота 99,2%) имеют предел прочности на разрыв около 63000 фунтов на квадратный дюйм (434 МПа), что равно обычные низкосортные стальные сплавы, но На 45% легче.^[7] Титан на 60% плотнее алюминия, но более чем вдвое сильнее ^[7] как наиболее часто используемый алюминий 6061-T6 сплав. Некоторые титановые сплавы (например, Beta C) достигают предела прочности более 200000 фунтов на квадратный дюйм (1400 МПа).^[11] Однако титан теряет прочность при нагревании выше 430 ° C (806 ° F). ^[12]
Это довольно сложно (хотя и не так сложно) как некоторые марки термообработанной стали), немагнитный и плохой проводник тепла и электричество. Обработка требует мер предосторожности, так как материал будет размягчаться и желчить, если острые инструменты и правильные методы охлаждения не используются.Как те, что сделаны из стали, титановые конструкции имеют предел выносливости что гарантирует долговечность в некоторых приложениях. ^[10] Специальные титановые сплавы жесткость также обычно не так хороша как другие материалы, такие как алюминиевые сплавы и углеродное волокно, поэтому его меньше используют для конструкции, требующие повышенной жесткости.
Металл представляет собой диморфный аллотроп, гексагональная альфа-форма превращается в объемно-центрированную кубическая (решетчатая) β-форма при 882 ° C (1620 ° F). ^[12] Удельная теплоемкость альфа-формы увеличивается резко как он нагревается до этого перехода температура но потом падает и остается довольно постоянна для формы β независимо от температуры.^[12] Подобно цирконию и гафнию, дополнительная существует омега-фаза, которая термодинамически стабильна при высоких давлениях, но метастабильна при атмосферном давлении. Эта фаза обычно шестиугольный ( идеальный ) или треугольный ( искаженный ) и может рассматриваться как результат мягкого продольный акустический фонон β фаза, вызывающая коллапс плоскостей (111) атомов.^[13]
Список литературы
Andersson, N. et al. (2003). «Спектры излучения TiH и TiD около 938 нм». J. Chem. Phys. 118 : 10543. DOI: 10.1063 / 1.1539848. http://bernath.uwaterloo.ca/media/257.pdf.
Уильям Л. Мастертон; Сесиль Н. Херли (2008). Химия: принципы и реакции (6-е изд.). Cengage Обучение. п. 18. ISBN 0495126713. http://books.google.com/?id=teubNK-b2bsC&pg=PT44&lpg=PT44&dq=titanium+%22space-age+metal%22&q=titanium%20%22space-age%20metal%22.
«Титан». Британская энциклопедия . 2006. http://www.britannica.com/eb/article-43/titanium. Проверено 29 декабря 2006.
Lide, Д.Красный. (2005), CRC Справочник по Химия и физика (86-е изд.), Бока-Ратон (Флорида): CRC Press, ISBN 0-8493-0486-5
Кребс, Роберт Э. (2006). История и Использование химических элементов нашей Земли: Справочное руководство (2-е издание) .Вестпорт, Коннектикут: Гринвуд Нажмите. ISBN 0313334382.
Мэтью Дж. Доначи-младший (1988). ТИТАН: Технический Путеводитель . Металл Парк, Огайо: ASM International. п. 11. ISBN 0871703092.
Барксдейл 1968, стр.738
«Титан». Колумбийская энциклопедия (6-е изд.). Нью-Йорк: Колумбийский университет Нажмите. 2000–2006 гг. ISBN 0-7876-5015-3. http://www.answers.com/Titanium.
Барбалас, Кеннет Л. (2006). «Периодическая таблица элементов: Ti — титан».http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Ti-pg2.html#Nuclides. Проверено 26 декабря 2006.
Stwertka, Альберт (1998). «Титан». Руководство к элементам (пересмотренная ред.). Оксфордский университет Нажмите. С. 81–82. ISBN 0-19-508083-1.
Мэтью Дж. Доначи-младший.(1988). Титан: Технический Путеводитель . Металл Парк, Огайо: ASM International. Приложение J, Таблица J.2. ISBN 0871703092.
Барксдейл 1968, стр. 734
Sikka, S.K .; Вохра, Ю.К., Чидамбарам, Р. (1982). «Омега-фаза в материалах». Прогресс в Материаловедение 27 : 245–310. DOI: 10.1016 / 0079-6425 (82)
-0.
Титан | Encyclopedia.com
Предпосылки
Титан известен как переходный металл в периодической таблице элементов, обозначенный символом Ti. Это легкий серебристо-серый материал с атомным номером 22 и атомным весом 47.90. Его плотность составляет 4510 кг / м ³, что находится где-то между плотностями алюминия и нержавеющей стали. Он имеет температуру плавления примерно 3032 ° F (1667 ° C) и точку кипения 5948 ° F (3287 ° C). По химическому составу он похож на цирконий и кремний. Он имеет отличную коррозионную стойкость и высокое соотношение прочности и веса.
Титан — четвертый по распространенности металл, составляющий около 0,62% земной коры. Редко встречающийся в чистом виде, титан обычно присутствует в таких минералах, как анатаз, брукит, ильменит, лейкоксен, перовскит, рутил и сфен.Хотя титана относительно много, он по-прежнему стоит дорого, поскольку его трудно изолировать. К ведущим производителям титановых концентратов относятся Австралия, Канада, Китай, Индия, Норвегия, ЮАР и Украина. В Соединенных Штатах основными штатами-производителями титана являются Флорида, Айдахо, Нью-Джерси, Нью-Йорк и Вирджиния.
Разработаны тысячи титановых сплавов, которые можно разделить на четыре основные категории. Их свойства зависят от их основной химической структуры и способа обращения с ними во время производства.Некоторые элементы, используемые для изготовления сплавов, включают алюминий, молибден, кобальт, цирконий, олово и ванадий. Сплавы с альфа-фазой имеют самую низкую прочность, но они поддаются формованию и сварке. Сплавы Альфа плюс бета обладают высокой прочностью. Сплавы, близкие к альфа, имеют среднюю прочность, но обладают хорошим сопротивлением ползучести. Бета-фазные сплавы обладают самой высокой прочностью среди всех титановых сплавов, но им также не хватает пластичности.
Титан и его сплавы имеют множество применений. Авиакосмическая промышленность является крупнейшим потребителем титановой продукции.Он используется в этой промышленности из-за высокого отношения прочности к весу и высокотемпературных свойств. Обычно используется для деталей и креплений самолетов. Эти же свойства делают титан полезным для производства газотурбинных двигателей. Он используется для таких деталей, как лопатки компрессора, кожухи, кожухи двигателя и тепловые экраны.
Поскольку титан обладает хорошей коррозионной стойкостью, он является важным материалом для металлообрабатывающей промышленности. Здесь он используется для изготовления змеевиков, приспособлений и футеровок теплообменников.Стойкость титана к хлору и кислоте делает его важным материалом в химической обработке. Он используется для различных насосов, клапанов и теплообменников на линии химического производства. В нефтеперерабатывающей промышленности для изготовления трубок конденсаторов используются титановые материалы из-за коррозионной стойкости. Это свойство также делает его полезным для оборудования, используемого в процессе опреснения.
Титан используется в производстве человеческих имплантатов, потому что он хорошо совместим с человеческим телом.Одно из наиболее заметных применений титана в последнее время — искусственное сердце, впервые имплантированное человеку в 2001 году. Другие применения титана — протезирование тазобедренного сустава, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, а также локтевые и тазобедренные суставы.
Наконец, титановые материалы используются в производстве многочисленных потребительских товаров. Его используют при производстве таких вещей, как обувь, ювелирные изделия, компьютеры, спортивное оборудование, часы и скульптуры. Как титан диоксид, он используется как белый пигмент в пластике, бумаге и краске.Он даже используется как белый пищевой краситель и как солнцезащитный крем в косметических продуктах.
История
Большинство историков приписывают открытие титана Уильяму Грегору. В 1791 году он работал с менаханитом (минералом, обнаруженным в Англии), когда он обнаружил новый элемент и опубликовал свои результаты. Несколько лет спустя этот элемент был вновь открыт в руде рутила немецким химиком М. Х. Клапротом. Клапрот назвал элемент титаном в честь мифологических гигантов, Титанов.
И Грегор, и Клапрот работали с соединениями титана.Первое значительное выделение почти чистого титана было осуществлено Кирилловым в 1875 году в России. Выделение чистого металла не было продемонстрировано до 1910 года, когда Мэтью Хантер и его соратники прореагировали тетрахлорид титана с натрием в нагретой стальной бомбе. В ходе этого процесса производились отдельные детали из чистого титана. В середине 1920-х группа голландских ученых создала небольшие проволочки из чистого титана, проведя реакцию диссоциации на тетраиодиде титана.
Эти демонстрации побудили Уильяма Кролла начать эксперименты с различными методами эффективного выделения титана.Эти ранние эксперименты привели к разработке процесса выделения титана восстановлением магнием в 1937 году. Этот процесс, теперь называемый процессом Кролла, по-прежнему является основным процессом производства титана. Первые изделия из титана были представлены примерно в 1940-х годах и включали в себя проволоку, листы и стержни.
В то время как работа Кролла продемонстрировала метод производства титана в лабораторных условиях, потребовалось почти десять лет, прежде чем его можно было адаптировать для крупномасштабного производства.Эта работа проводилась Горным бюро США с 1938 по 1947 год под руководством Р. С. Дина. К 1947 году они внесли различные модификации в процесс Кролла и произвели почти 2 тонны металлического титана. В 1948 году DuPont открыла первое крупномасштабное производственное предприятие.
Этот крупномасштабный метод производства позволил использовать титан в качестве конструкционного материала. В 1950-х годах он использовался в основном в авиакосмической промышленности при строительстве самолетов. Поскольку во многих областях применения титан превосходил сталь, отрасль быстро росла.К 1953 году годовой объем производства достиг 2 миллионов фунтов (907 200 кг), а основным покупателем титана были вооруженные силы США. В 1958 году спрос на титан значительно упал, потому что военные сместили акцент с пилотируемых самолетов на ракеты, для которых сталь была более подходящей. С тех пор в титановой промышленности наблюдались различные циклы высокого и низкого спроса. За прошедшие годы было обнаружено множество новых областей применения и отраслей для титана и его сплавов. Сегодня около 80% титана используется в аэрокосмической промышленности и 20% — в неавиационно-космической промышленности.
Сырье
Титан получают из различных руд, встречающихся на Земле в естественных условиях. Основные руды, используемые для производства титана, включают ильменит, лейкоксен и рутил. Другие известные источники включают анатаз, перовскит и сфен.
Ильменит и лейкоксен — титаносодержащие руды. Ильменит (FeTiO3) содержит примерно 53% диоксида титана. Лейкоксен имеет аналогичный состав, но содержит около 90% диоксида титана. Они встречаются в отложениях твердых пород или на пляжах и на аллювиальных песках.Рутил — это относительно чистый диоксид титана (TiO2). Анатаз — это еще одна форма кристаллического диоксида титана, которая совсем недавно стала важным коммерческим источником титана. Оба они встречаются в основном на пляже и в песчаных отложениях.
Перовскит (CaTiO3) и сфен (CaTi-SiO5) — это кальциевые и титановые руды. Ни один из этих материалов не используется в промышленном производстве титана из-за сложности удаления кальция. Вполне вероятно, что в будущем перовскит можно будет использовать в коммерческих целях, поскольку он содержит почти 60% диоксида титана и содержит только кальций в качестве примеси.Сфен содержит кремний в качестве второй примеси, что еще больше затрудняет выделение титана.
Помимо руд, другие соединения, используемые при производстве титана, включают газообразный хлор, углерод и магний.
Производственный процесс

Титан производится с использованием процесса Кролла. Эти этапы включают экстракцию, очистку, производство губки, создание сплава, а также формовку и формование. В Соединенных Штатах многие производители специализируются на разных этапах этого производства.Например, одни производители просто производят губку, другие только плавят и создают сплав, а третьи производят конечную продукцию. В настоящее время ни один производитель не выполняет все эти шаги.
Добыча
1 В начале производства производитель получает титановые концентраты с рудников. Хотя рутил можно использовать в его естественной форме, ильменит обрабатывают для удаления железа, чтобы он содержал не менее 85% диоксида титана. Эти материалы помещаются в реактор с псевдоожиженным слоем вместе с газообразным хлором и углеродом.Материал нагревают до 1652 ° F (900 ° C), и последующая химическая реакция приводит к образованию нечистого тетрахлорида титана (TiCl4) и монооксида углерода. Примеси возникают из-за того, что вначале не используется чистый диоксид титана. Следовательно, необходимо удалить различные образующиеся нежелательные хлориды металлов.
Очистка
2 Прореагировавший металл помещают в большие дистилляционные резервуары и нагревают. На этом этапе примеси отделяются с помощью фракционной перегонки и осаждения.Это действие удаляет хлориды металлов, включая хлориды железа, ванадия, циркония, кремния и магния.
Производство губки
3 Затем очищенный тетрахлорид титана переносят в виде жидкости в емкость реактора из нержавеющей стали. Затем добавляют магний и контейнер нагревают примерно до 1212 ° F (1100 ° C). В контейнер закачивают аргон, чтобы удалить воздух и предотвратить загрязнение кислородом или азотом. Магний реагирует с хлором с образованием жидкого хлорида магния.При этом остается чистый титан в твердом состоянии, поскольку температура плавления титана выше, чем у реакции.
4 Твердый титан удаляют из реактора путем просверливания, а затем обрабатывают водой и соляной кислотой для удаления избытка магния и хлорида магния. Получающееся в результате твердое вещество представляет собой пористый металл, называемый губкой.
Создание сплава
5 Затем чистую губку титана можно преобразовать в пригодный для использования сплав в дуговой печи с плавящимся электродом. На этом этапе губка смешивается с различными легирующими добавками и металлоломом.Точная пропорция губки к материалу сплава определяется в лаборатории до начала производства. Затем эту массу спрессовывают в прессы и сваривают, образуя губчатый электрод.
6 Затем губчатый электрод помещают в вакуумную дуговую печь для плавления. В этом водоохлаждаемом медном контейнере электрическая дуга используется для плавления губчатого электрода с образованием слитка. Весь воздух в контейнере либо удаляется (образуя вакуум), либо атмосфера заполняется аргоном для предотвращения загрязнения.Обычно слиток переплавили еще один или два раза, чтобы получить коммерчески приемлемый слиток. В Соединенных Штатах большинство слитков, произведенных этим методом, весят около 9000 фунтов (4082 кг) и имеют диаметр 30 дюймов (76,2 см).
7 После изготовления слиток его вынимают из печи и проверяют на наличие дефектов. Поверхность может быть кондиционирована по желанию заказчика. Затем слиток может быть отправлен производителю готовой продукции, где из него можно фрезеровать и превратить в различные изделия.
Побочные продукты / отходы
При производстве чистого титана образуется значительное количество хлорида магния. Этот материал перерабатывается в ячейке для вторичной переработки сразу после производства. В рециркуляционной ячейке сначала отделяется металлический магний, а затем собирается газообразный хлор. Оба этих компонента повторно используются в производстве титана.
Будущее
Будущие успехи в производстве титана, вероятно, будут связаны с улучшением производства слитков, разработкой новых сплавов, снижением производственных затрат и их применением в новых отраслях промышленности.В настоящее время существует потребность в слитках большего размера, чем могут быть произведены в имеющихся печах. В настоящее время ведутся исследования по разработке более крупных печей, способных удовлетворить эти потребности. Также ведется работа по поиску оптимального состава различных титановых сплавов. В конечном итоге исследователи надеются, что специализированные материалы с контролируемой микроструктурой будут легко производиться. Наконец, исследователи изучают различные методы очистки титана. Недавно ученые Кембриджского университета объявили о способе производства чистого титана непосредственно из диоксида титана.Это могло бы существенно снизить производственные затраты и повысить доступность.
Где узнать больше
Книги
Отмер, К. Энциклопедия химической технологии. Нью-Йорк: Марсель Деккер, 1998.
Министерство внутренних дел США Геологическая служба США. Ежегодник полезных ископаемых, том 1. Вашингтон, округ Колумбия: Типография правительства США, 1998.
Periodicals
Freemantle, M. «Титан, извлеченный непосредственно из TiO2». Chemical and Engineering News (25 сентября 2000 г.).
Эйлон Д. «Титан для энергетики и промышленности». Металлургическое общество AIME (1987).
Другое
Веб-страница WebElements. 909 — 22 декабря 2001 г. .
Perry Romanowski
Титан (Ti) | АМЕРИКАНСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ®
РАЗДЕЛ 1. ИДЕНТИФИКАЦИЯ
Наименование продукта: Металлический титан
Номер продукта: Все применимые коды продуктов American Elements, e.грамм. ТИ-М-02, ТИ-М-03, ТИ-М-04, ТИ-М-05
CAS #: 7440-32-6
Соответствующие установленные области применения вещества: Научные исследования и разработки
Информация о поставщике:
American Elements
1093 Broxton Ave. Suite 2000
Los Angeles, CA

Тел .: +1 310-208-0551
Факс: +1 310-208-0351
Телефон экстренной связи:
Внутренний, Северный Америка +1 800-424-9300
Международный +1 703-527-3887
РАЗДЕЛ 2.ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОПАСНОСТЕЙ
Классификация вещества или смеси
Классификация согласно Регламенту (ЕС) № 1272/2008
Вещество не классифицируется как опасное для здоровья или окружающей среды в соответствии с Регламентом CLP.
Классификация в соответствии с Директивой 67/548 / EEC или Директивой 1999/45 / EC
Не применимо
Информация, касающаяся особых опасностей для человека и окружающей среды:
Информация отсутствует.
Опасности, не классифицированные иным образом
Информация отсутствует.
Элементы маркировки
Маркировка в соответствии с Регламентом (ЕС) № 1272/2008
Неприменимо
Пиктограммы опасности
Неприменимо
Сигнальное слово
Неприменимо
Формулировки опасности
Неприменимо
Классификация WHMIS
Не контролируется
Система классификации
Оценки HMIS 0-4)
(Система идентификации опасных материалов)
ЗДОРОВЬЕ
ПОЖАР
РЕАКТИВНОСТЬ
1
1
1
Здоровье (острые эффекты) = 1
Воспламеняемость = 1
Физическая опасность = 1
Другие опасности
Результаты оценки PBT и vPvB
PBT:
Не применимо.
vPvB:
Не применимо.
РАЗДЕЛ 3. СОСТАВ / ИНФОРМАЦИЯ ОБ ИНГРЕДИЕНТАХ
Химические характеристики: Вещества
Номер CAS Описание:
7440-32-6 Титан
Идентификационный номер (а):
Номер ЕС:
231-142-3
РАЗДЕЛ 4. ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ
Описание мер первой помощи
При вдыхании
Обеспечить свежий воздух. При необходимости сделайте искусственное дыхание. Держите пациента в тепле.
Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
При попадании на кожу
Немедленно промыть водой с мылом и тщательно сполоснуть.
Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
После контакта с глазами
Промыть открытый глаз под проточной водой в течение нескольких минут. Тогда обратитесь к врачу.
После проглатывания
Обратитесь за медицинской помощью.
Информация для врача
Наиболее важные симптомы и воздействия, как острые, так и замедленные
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Указание на необходимость немедленной медицинской помощи и специального лечения
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
РАЗДЕЛ 5. МЕРЫ ПОЖАРОТУШЕНИЯ
Средства пожаротушения
Надлежащие средства тушения
Специальный порошок для пожаротушения металла. Не используйте воду.
Средства пожаротушения, непригодные из соображений безопасности
Вода
Особые опасности, исходящие от вещества или смеси
При пожаре могут образоваться следующие вещества:
Дым оксида металла
Рекомендации для пожарных
Защитное снаряжение:
Самостоятельно носить содержал респиратор.
Надеть полностью защитный непромокаемый костюм.
РАЗДЕЛ 6. МЕРЫ ПРИ СЛУЧАЙНОМ ВЫБРОСЕ
Меры по обеспечению личной безопасности, защитное снаряжение и порядок действий в чрезвычайной ситуации
Надевайте защитное снаряжение. Не подпускайте незащищенных людей.
Обеспечьте соответствующую вентиляцию.
Меры по защите окружающей среды:
Не допускайте попадания материала в окружающую среду без соответствующих правительственных разрешений.
Не допускать попадания продукта в канализацию или водоемы.
Не допускать проникновения в землю / почву.
Методы и материал для локализации и очистки:
Собирать механически.
Предотвращение вторичных опасностей:
Никаких специальных мер не требуется.
Ссылка на другие разделы
См. Раздел 7 для получения информации о безопасном обращении.
См. Раздел 8 для получения информации о средствах индивидуальной защиты.
Информацию об утилизации см. В Разделе 13.
РАЗДЕЛ 7. ОБРАЩЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ
Обращение
Меры предосторожности для безопасного обращения
Хранить контейнер плотно закрытым.
Хранить в сухом прохладном месте в плотно закрытой таре.
Сведения о защите от взрывов и пожаров:
Информация отсутствует.
Условия безопасного хранения с учетом несовместимости
Хранение
Требования, предъявляемые к складским помещениям и таре:
Особых требований нет.
Информация о хранении в одном общем хранилище:
Хранить вдали от окислителей.
Хранить вдали от галогенов.
Хранить вдали от галоидоуглеродов.
Хранить вдали от минеральных кислот
Дополнительная информация об условиях хранения:
Хранить ёмкость плотно закрытой.
Хранить в прохладном, сухом месте в хорошо закрытой таре.
Особые конечные области применения
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
РАЗДЕЛ 8. КОНТРОЛЬ ВОЗДЕЙСТВИЯ / ЛИЧНАЯ ЗАЩИТА
Дополнительная информация о конструкции технических систем:
Правильно работающий вытяжной шкаф для химических веществ, предназначенный для опасных химикатов и имеющий среднюю скорость движения не менее 100 футов в минуту.
Контрольные параметры
Компоненты с предельными значениями, требующие контроля на рабочем месте:
Продукт не содержит каких-либо значимых количеств материалов с критическими значениями
, которые необходимо контролировать на рабочем месте.
Дополнительная информация:
Нет данных
Контроль воздействия
Средства индивидуальной защиты
Общие защитные и гигиенические меры
Следует соблюдать обычные меры предосторожности при обращении с химическими веществами.
Хранить вдали от продуктов питания, напитков и кормов.
Немедленно снимите всю грязную и загрязненную одежду.
Мыть руки перед перерывами и по окончании работы.
Поддерживайте эргономичную рабочую среду.
Дыхательное оборудование:
При высоких концентрациях используйте подходящий респиратор.
Защита рук:
Непроницаемые перчатки
Проверяйте защитные перчатки перед каждым использованием на предмет их надлежащего состояния.
Выбор подходящих перчаток зависит не только от материала, но и от качества. Качество будет варьироваться от производителя к производителю.
Время проницаемости материала перчаток (в минутах)
Не определено
Защита глаз:
Защитные очки
Защита тела:
Защитная рабочая одежда
РАЗДЕЛ 9. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Информация об основных физических и химических свойствах
Общая информация
Внешний вид:
Форма: Твердое вещество в различных формах
Цвет: Темно-серый
Запах: Без запаха
Порог запаха: Не определено.
Значение pH: Не применимо.
Изменение состояния
Точка плавления / интервал плавления: 1668 ° C (3034 ° F)
Точка кипения / интервал кипения: 3277 ° C (5931 ° F)
Температура сублимации / начало: Не определено
Воспламеняемость (твердое, газообразное)
Не определено.
Температура возгорания: Не определено.
Температура разложения: Не определено.
Самовоспламенение: Не определено.
Взрывоопасность: Не определено.
Пределы взрываемости:
Нижний: Не определено
Верхнее: Не определено
Давление пара: Не применимо.
Плотность при 20 ° C (68 ° F): 4,506 г / см³ (37,603 фунта / галлон)
Относительная плотность
Не определено.
Плотность пара
Не применимо.
Скорость испарения
Не применимо.
Растворимость в / Смешиваемость с водой: Нерастворим.
Коэффициент распределения (н-октанол / вода): Не определено.
Вязкость:
динамическая: Не применимо.
кинематика: Не применимо.
Другая информация
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
РАЗДЕЛ 10. СТАБИЛЬНОСТЬ И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ
Реакционная способность
Информация отсутствует.
Химическая стабильность
Стабилен при соблюдении рекомендуемых условий хранения.
Термическое разложение / условия, которых следует избегать:
Разложение не происходит при использовании и хранении в соответствии со спецификациями.
Возможность опасных реакций
Об опасных реакциях не известно
Условия, которых следует избегать
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Несовместимые материалы:
Окисляющие вещества
Галогены
Галоидоуглероды
Минеральные кислоты
Опасные продукты разложения:
Пары оксидов металлов
РАЗДЕЛ 11.ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Информация о токсикологическом воздействии
Острая токсичность:
Эффекты неизвестны.
Значения LD / LC50, относящиеся к классификации:
Нет данных
Раздражение или разъедание кожи:
Может вызывать раздражение
Раздражение или разъедание глаз:
Может вызывать раздражение
Сенсибилизация:
Сенсибилизирующие эффекты неизвестны.
Мутагенность зародышевой клетки:
Эффекты неизвестны.
Канцерогенность:
Нет данных о классификации канцерогенных свойств этого материала от EPA, IARC, NTP, OSHA или ACGIH.
Реестр токсических эффектов химических веществ (RTECS) содержит данные о онкогенных, канцерогенных и / или опухолевых заболеваниях этого вещества.
Репродуктивная токсичность:
Реестр токсических эффектов химических веществ (RTECS) содержит репродуктивные данные для этого вещества.
Специфическая системная токсичность, поражающая отдельные органы-мишени — многократное воздействие:
Эффекты неизвестны.
Специфическая системная токсичность, поражающая отдельные органы-мишени — однократное воздействие:
Эффекты неизвестны.
Опасность при вдыхании:
Воздействие неизвестно.
От подострой до хронической токсичности:
Эффекты неизвестны.
Дополнительная токсикологическая информация:
Насколько нам известно, острая и хроническая токсичность этого вещества полностью не изучена.
РАЗДЕЛ 12. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Токсичность
Водная токсичность:
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Стойкость и разлагаемость
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Способность к биоаккумуляции
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Подвижность в почве
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
Дополнительная экологическая информация:
Общие примечания:
Не допускайте попадания материала в окружающую среду без соответствующих правительственных разрешений.
Избегать попадания в окружающую среду.
Результаты оценки PBT и vPvB
PBT:
Не применимо.
vPvB:
Не применимо.
Другие побочные эффекты
Отсутствует какая-либо соответствующая информация.
РАЗДЕЛ 13. УТИЛИЗАЦИЯ
Методы обработки отходов
Рекомендация
Проконсультируйтесь с государственными, местными или национальными правилами для обеспечения надлежащей утилизации.
Неочищенная тара:
Рекомендация:
Утилизация должна производиться в соответствии с официальными предписаниями.
РАЗДЕЛ 14. ТРАНСПОРТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Номер ООН
DOT, ADN, IMDG, IATA
Неприменимо
Собственное транспортное наименование ООН
DOT, ADN, IMDG, IATA
Неприменимо
Класс (ы) опасности при транспортировке
DOT, ADR, ADN, IMDG, IATA
Класс
Неприменимо
Группа упаковки
DOT, IMDG, IATA
Неприменимо
Опасность для окружающей среды: Неприменимо.
Особые меры предосторожности для пользователя
Не применимо.
Транспортировка наливом в соответствии с Приложением II MARPOL73 / 78 и Кодексом IBC
Не применимо.
Транспорт / Дополнительная информация: DOT
Морские загрязнители (DOT): №
РАЗДЕЛ 15. НОРМАТИВНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Нормативы / законодательные акты по безопасности, охране здоровья и окружающей среды, относящиеся к веществу или смеси
Национальные правила
Все компоненты этого продукта перечислены в Реестре химических веществ в соответствии с Законом о контроле за токсичными веществами Агентства по охране окружающей среды США.
Все компоненты этого продукта внесены в Канадский список веществ, предназначенных для домашнего использования (DSL).
SARA Раздел 313 (списки конкретных токсичных химикатов)
Вещество не указано.
Предложение 65 Калифорнии
Предложение 65 — Химические вещества, вызывающие рак
Вещество не указано.
Предложение 65 — Токсичность для развития
Вещество не указано.
Предложение 65 — Токсичность для развития, женщины
Вещество не указано.
Предложение 65 — Токсичность для развития, мужчины
Вещество не указано.
Информация об ограничении использования:
Для использования только технически квалифицированными специалистами.
Другие постановления, ограничения и запретительные постановления
Вещество, вызывающее особую озабоченность (SVHC) в соответствии с Регламентом REACH (EC) № 1907/2006.
Вещества нет в списке.
Необходимо соблюдать условия ограничений согласно Статье 67 и Приложению XVII Регламента (ЕС) № 1907/2006 (REACH) для производства, размещения на рынке и использования.
Вещества нет в списке.
Приложение XIV Правил REACH (требуется разрешение на использование)
Вещество не указано.
REACH — Вещества, прошедшие предварительную регистрацию
Вещество внесено в список.
Оценка химической безопасности:
Оценка химической безопасности не проводилась.
16. ПРОЧАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Паспорт безопасности в соответствии с Регламентом (ЕС) № 1907/2006 (REACH). Вышеприведенная информация считается правильной, но не претендует на исчерпывающий характер и должна использоваться только в качестве руководства.Информация в этом документе основана на текущем уровне наших знаний и применима к продукту с учетом соответствующих мер безопасности. Это не является гарантией свойств продукта. American Elements не несет ответственности за любой ущерб, возникший в результате обращения или контакта с вышеуказанным продуктом. Дополнительные условия продажи см. На обратной стороне счета-фактуры или упаковочного листа. АВТОРСКИЕ ПРАВА 1997-2016 AMERICAN ELEMENTS.
No related posts.