Titanium - ang metal. titanium properties. Gamitin ng titan. Marka at chemical komposisyon ng titanium

Ang walang hanggan, mahiwagang, space, materyal ng hinaharap - ang lahat ng ito at maraming iba pang mga epithets nakatalaga sa iba't ibang pinagmumulan ng titan. Kasaysayan ng pagtuklas ng mga metal na ito ay hindi trivia: sa parehong oras sa ibabaw ng elemento release sa purong form ay nagtrabaho ng ilang mga siyentipiko. Ang proseso ng pag-aaral ng pisikal at kemikal na mga katangian at kahulugan ng kanyang aplikasyon ay hindi pa tapos ngayon. Titanium - ang metal ng hinaharap at ang kinalalagyan nito sa buhay ng tao hindi pa ganap na tinukoy, na nagbibigay sa modernong mga mananaliksik ng isang malaking saklaw para sa pagkamalikhain at pang-agham na pananaliksik.

tampok

Chemical element titanium (Titanium) ay itinalaga sa ang simbolo Panaka-nakang Table D. I. Mendeleeva Ti. Matatagpuan sa gilid subgroup IV pangkat ng ika-apat na panahon, at may isang serial number 22. Ang isang simpleng sangkap ng titanium - metal puti at silver, magaan at matibay. Ang electronic configuration ng atom ay may mga sumusunod na istraktura: +22) 2) 8) 10) 2 , 1S 2S ^{2 2} 3S ^{2 6} 2P 3P 3d ^{6 2 2} 4S. Bilang resulta, titan ay may ilang mga posibleng estado oksihenasyon 2, 3, 4, sa pinaka-matatag na compounds, ito ay tetravalent.

Titanium - haluang metal o metal?

Ang katanungan na ito ay ng interes sa marami. Sa 1910, isang kimikong Amerikano Hunter ay ang unang purong titan. metal Naglaman ang 1% lamang ng mga impurities, ngunit ang halaga ay bale-wala at di-napatutunayang hindi nagbibigay ang posibilidad ng higit pang pagsisiyasat ng mga katangian nito. Ang kalagkitan ng materyal na ito ay nakakamit tolkopod mataas na temperatura, sa ilalim ng normal na kondisyon (room temperatura), ang sample ay masyadong malutong. Sa katunayan, ang item na ito ay hindi interesado siyentipiko dahil sa kanyang paggamit prospects tila masyadong tiyak. Ang pagiging kumplikado ng pagkuha at sinisiyasat karagdagang bawasan ang potensyal ng application nito. Tanging sa 1925, chemist mula sa Netherlands J. de Boer at A. van Arkel natanggap titan metal, ang mga katangian ng na nakahimok ng pansin ng mga inhinyero at designer sa buong mundo. Ang kasaysayan ng mga pag-aaral ng elementong ito ay nagsisimula sa 1790, ito ay sa oras na ito sa parallel, nang nakapag-iisa ng bawat isa, dalawang mga siyentipiko matuklasan ang titanium bilang isang kemikal na elemento. Ang bawat isa sa mga ito na natatanggap ng isang compound (oxide) agent, hindi pagtupad upang mabawi ang mga metal sa purong form. Titanium ay itinuturing na isang tagapanguna ng Ingles monghe mineralohista William Gregor. Sa teritoryo ng kanyang parokya, na matatagpuan sa timog-kanlurang bahagi ng England, ang isang batang siyentipiko ay nagsimulang pag-aaral sa black sand Menakena Valley. Ang mga resulta ng mga eksperimento na may isang pang-akit ay ang paglalaan ng makintab na butil, na kung saan ay titanium compounds. Kasabay nito Aleman botika Martin Heinrich Klaproth nakilala ang mga bagong bagay mula sa mineral rutile. Sa 1797, siya rin proved na parallel sa bukas na mga elemento ay katulad. Titan dioxide ay higit pa sa isang siglo ay isang misteryo sa maraming mga chemists upang makuha ang purong metal ay hindi posible kahit para sa Berzelius. Pinakabagong teknolohiya ng XX siglo lubhang pinabilis ang proseso ng pag-aaral ng sinabi ng sangkap at matukoy ang paunang direksyon ng paggamit nito. Sa saklaw na ito ay patuloy na pagpapalawak. Limitahan ang saklaw ay maaari lamang pagiging kumplikado ng proseso ng pagkuha ng isang sangkap tulad ng mga purong titan. Presyo at metal alloys ay sa halip mataas na, kaya hindi ito maaaring halinhan ng mga tradisyonal na bakal at aluminum sa petsa.

Pinagmulan ng pangalan

Menakin - ang unang pangalan ng titan, na kung saan ay ginamit hanggang sa 1795. Na karapatan, ayon sa teritoryal na kaugnayan, na tinatawag na ang mga bagong elemento W. Gregor. Martin Klaproth nagtatalaga element sa 1797 ang pangalan na "Titan". Sa oras na ito, ang kanyang French kamukhang-mukha, buhok sa pamamagitan ng lubos na maimpluwensyang botika A. L. Lavuaze nag-aalok upang tawagan ang bagong tuklas na substansiya alinsunod sa kanilang mga pangunahing katangian. German scientist ay hindi sumasang-ayon sa ang paraan na ito, siya ay makatarungan-iisip na ang pagtuklas phase ay lubos na mahirap na makilala ang lahat ng mga katangian na likas sa isang sangkap, at upang sumalamin ang mga ito sa pamagat. Gayunman, dapat nating makilala na ang mga user-napiling Klaproth matagalang ganap na tumutugon sa metal - ito ay paulit-ulit na bigyang-diin modernong siyentipiko. Mayroong dalawang pangunahing mga theories ng pangalan Titan. Metal ay maaaring itinalagang sa karangalan ng elven queen Titania (Character Germanic mythology). Ang pangalan na ito ay sumasagisag sa parehong kagaanan at lakas agent. Karamihan sa mga siyentipiko ay may hilig sa paggamit ng mitolohiyang Griyego, kung saan ang Titans ay tinawag na mga anak ng makapangyarihan lupa diyosa Gaia. Ang bersyon na ito sabi ni ang pangalan ng dati bukas na elemento - uranium.

Ang pagiging sa kalikasan

Ng metal, na sa teknikal mga tuntunin ng halaga para sa isang tao, titanium nagra-rank ng ika-apat na sa lawak ng crust ng earth. Ang isang mahusay na proporsyon sa kalikasan ay nailalarawan lamang iron, magnesium at aluminyo. Karamihan sa titanium nilalaman ng nabanggit sa basalt shell bahagyang mas maliit sa kanyang granite layer. Sa seawater, ang nilalaman ng mga sangkap ay mababa - tungkol sa 0,001 mg / l. Chemical element titanium ay napaka-aktibo, kaya sa kanyang purong form ay imposible upang matugunan. Sa karamihan ng kaso, ito ay naroroon sa mga compounds na may oxygen, at may isang valence ng apat. Bilang ng titaniferous mineral ay nag-iiba 63-75 (mula sa iba't ibang pinagmulan), habang sa kasalukuyan yugto ng pananaliksik, siyentipiko ay patuloy na tumuklas ng mga bagong paraan ng compounds. Para sa mga praktikal na paggamit, ang pinakamahalagang ay ang mga sumusunod mineral:

1. Ilmenite (FeTiO _3).
2. Rutile (TiO _2).
3. Titanite (CaTiSiO _5).
4. Perovskite (Catío _3).
5. Titanomagnetite (FeTiO ₃ + Fe ₃ O ₄₎ at t. D.

Ang lahat ng umiiral titaniferous mineral ay nahahati sa basic at placer. Ang elementong ito ay mahina migrante, maaari lang itong maglakbay sa isang pagbubuntis ng baka bato o mga bato ilipat silt ilalim. Sa biosphere, ang pinakamalaking halaga ng titan na nakapaloob sa algae. Ang mga kinatawan ng pang-lupang fauna element accumulates sa tisiyu ng korneta, ng buhok. Para sa isang katawan ng tao katangian ng titanium naroroon sa pali, ang adrenal glandula, inunan, tiroydeo.

pisikal na katangian

Titanium - ferrous metal sa pagkakamit ng pilak-puti na kulay, ay kahawig ng bakal. Sa isang temperatura ng 0 ⁰ C sa isang density ng 4.517 g / cm ^3. Ang sangkap na may isang mababang thermal mass, na katangian ng alkali metal (cadmium, sosa, lithium, tsesiyum). Density titanium sumasakop isang intermediate posisyon sa pagitan ng mga bakal at aluminum, habang ang pagganap nito ay mas mataas kaysa sa parehong mga elemento. Ang pangunahing katangian ng metal, na kung saan ay isinasaalang-alang sa pagtukoy sa saklaw ng application nito ay ang lakas ng ani at tigas. Titanium aluminum mas malakas sa pamamagitan ng 12 beses, bakal at tanso - 4 na beses, habang ito ay lubha madali. Ang kalagkitan ng purong sangkap at ani limit nito payagan pagpoproseso sa mataas at mababang mga halaga ng temperatura, tulad ng sa kaso ng iba pang mga riles, t. E. Riveting diskarte, forging, hinang, lumiligid. Ang tangi katangian ng titanium - kanyang mababang init kondaktibiti at, kaya, ang mga ari-arian ay mananatili sa mataas na temperatura ng hanggang sa 500 ⁰ C. Sa isang magnetic field ay paramagnetik titanium elemento, ito ay hindi naaakit tulad ng bakal, at hindi na ipinalabas bilang tanso. Napakataas na anti-kaagnasan pagganap sa malupit na kapaligiran at mechanical effects ay natatangi. Higit sa 10 taon ng pagiging sa tubig dagat ay hindi baguhin ang anyo at komposisyon ng titanium plate. Iron sa kasong ito ay mawawasak ganap corroded.

Thermodynamic mga katangian ng titanium

1. Density (sa normal na mga kondisyon) ay 4.54 g / cm ^3.
2. Atomic numero - 22.
3. Mga Metal Group - isang matigas ang ulo, light.
4. Ang atomic bigat ng titanium - 47.0.
5. Simula ng pagkulo ⁽⁰ C) - 3260.
6. Molar dami cm ³ / mol - 10.6.
7. Ang temperatura ng pagkatunaw ng titanium ⁽⁰ C) - 1668.
8. Tukoy init ng paggawa ng usok (kJ / Mol) - 422.6.
9. Ang resistivity (sa 20 ⁰ C) ohms * cm * 10 ^-6 - 45.

mga katangian ng kemikal

Pinahusay na kaagnasan pagtutol elemento dahil sa ang pagbuo sa ibabaw ng oksaid film maliit. Pinipigilan nito (sa ilalim ng normal na kondisyon) chemical reaction na may gas (oxygen, hydrogen) na matatagpuan sa nakapalibot na kapaligiran ng isang elemento tulad ng mga metal titan. pag-aari nito baguhin sa ilalim ng impluwensiya ng temperatura. Kapag ito ay itataas sa 600 ⁰ C, ang reaksyon sa pagitan ng oxygen, na nagreresulta sa pagbuo ng titanium oxide (TiO _2). Sa kaso ng pagsipsip ng atmospheric gases ay nabuo marupok compounds na kung saan ay walang praktikal na gamitin para sa kadahilanang hinang at pagtunaw ng titanium ginawa sa vacuum. Ay isang nababaligtad reaksyon proseso ng dissolving hydrogen sa metal, ito ay nangyayari mas aktibo sa mas mataas na temperatura (400 ⁰ C at sa itaas). Titanium, lalo na ang fine particle (isang manipis na plato o isang wire) ay combusted sa ilalim ng isang nitrogen kapaligiran. Ang kimikal reaksyon sa pagitan tanging posibleng sa isang temperatura ng 700 ⁰ C, at dahil doon na bumubuo ng nitride TiN. Sa maraming paraan lubhang mahirap metal alloys ay madalas alloying elemento. Ang reaksyon na may halogens (chromium, bromo, iodo) ay nagpasok lamang kapag ang pagkakaroon ng isang katalista (mataas na temperatura) at napapailalim sa mga pakikipag-ugnayan na may dry sangkap. Ito ay gumagawa ng isang napakahirap na matigas ang ulo alloys. Sa mga solusyon sa mga pinaka-acids at alkalis titanium chemically aktibo pagbubukod ay puro sulpuriko (matagal bulak), hydrofluoric, mainit organic (formic acid, okselik acid).

deposito

Ang pinaka-karaniwang natural na nagaganap ilmenite mineral - reserves nito ay tinatayang sa 800 milyong tons. Deposito ng rutile deposito ay mas katamtaman, ngunit ang kabuuang lakas ng tunog - habang pinapanatili ang produksyon paglago - ay dapat magbigay sa sangkatauhan para sa susunod na 120 taon, ang isang metal tulad ng titan. Ang presyo ng panghuling produkto ay depende sa demand at ang pagtataas ng produksyon workability, ngunit sa average na ranged 1200-1800 Rubles. / Kg. Sa pamamagitan ng patuloy na teknikal na pagpapabuti makabuluhang bawasan ang gastos ng lahat ng mga proseso ng produksyon sa kanilang mga napapanahong upgrade. Ang pinakamalaking reserbang ng titan ores ay may China at Russia, at mineral na mapagkukunan base ay Japan, South Africa, Australia, Kazakhstan, Indya, South Korea, Ukraine, Ceylon. Deposito ng iba't ibang mga volume na produksyon at ang porsyento ng titanium sa mineral, geological survey ay patuloy na patuloy na, na ginagawang posible upang ipalagay ang isang tanggihan sa merkado na halaga ng metal at ang mas malawak na application. Russia ay sa pamamagitan ng malayo ang pinakamalaking tagagawa ng titan.

pagtanggap

Para sa ang produksyon ng mga titan dioxide, ito ay pinaka-karaniwang ginagamit, na naglalaman ang minimum na halaga ng impurities. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng enriching ilmenite o rutile mineral concentrates. Ang electric-arc pugon init paggamot ay nangyayari mineral, na kung saan ay sinamahan ng pagbuo ng bakal at paghihiwalay ng mag-abo na naglalaman ng isang titanium oxide. Sulphate o chloride pamamaraan ay ginagamit para sa pagproseso bahagi nang walang bakal. Titan oksido ay isang pulbos ng kulay abo (tingnan. Ang larawan). Titanium metal ay nakuha sa pamamagitan ng kanyang unti-unting paggamot.

Ang unang yugto ay ang proseso ng mag-abo sintering na may coke at murang luntian singaw exposure. TiCl ₄ ay nabawasan na nagreresulta magnesium o sosa kapag sumailalim sa isang temperatura ng 850 ⁰ C. Titanium sponge (porous fused mass) na nakuha sa pamamagitan ng kemikal reaksyon, o purified tunawin sa ingots. Depende sa karagdagang paggamit ng mga destinasyon, o isang metal haluang metal ay nabuo sa purong anyo (impurities ay inalis sa pamamagitan ng heating sa 1000 ⁰ C). Para sa ang produksyon ng isang sangkap na may impurities maliit na bahagi 0.01% yodido ginagamit na pamamaraan. Ito ay batay sa pagsingaw proseso ng titanium sponge pretreated may halogen, singaw nito.

Patlang ng application

Ang temperatura ng pagkatunaw ng titanium ay sapat na mataas na ang metal ay isang napakahalaga bentahe ng kadalian ng paggamit bilang isang istruktura na materyal. Samakatuwid, nahahanap nito pinakadakilang application sa industriya ng paggawa ng mga bapor, abyasyon industriya, manufacturing missiles, kemikal halaman. Titanium madalas na ginagamit bilang isang dopant sa iba't-ibang alloys na eksibit pinabuting mga katangian ng init paglaban at tigas. Mataas na kaagnasan paglaban at kakayahan upang mapaglabanan ang pinaka-agresibo mga kapaligiran gumawa ito metal ay lubhang kailangan para sa industriya ng kemikal. Titanium (alloys) ay ginawa pipelines, tangke, valves, filter, na ginagamit para sa paglilinis at transportasyon ng mga acids at iba pang mga chemically aktibong sangkap. humingi siya kapag gumagawa ng mga aparatong operating sa mataas na pagganap ng temperatura. Ang titanium compounds na ginagamit upang gumawa ng matibay pagputol mga kasangkapan, paints, plastik at papel, kirurhiko instrumento, implants, alahas, pandekorasyon materyales, na ginagamit sa industriya ng pagkain. Ang lahat ng mga direksyon ay mahirap upang ilarawan. Modern gamot para sa buong biological seguridad ay madalas na gumagamit metal titan. Presyo - ito ay ang tanging kadahilanan na nakakaapekto sa mahabang lawak ng application ng elementong ito. Nang makatwiran igiit na titanium - materyal ng hinaharap, pag-aaral na ang sangkatauhan ay ipasok ang isang bagong yugto ng pag-unlad.