The titan Jedná se o přechodný kov, který je reprezentován chemickým symbolem Ti. Je to druhý kov, který se objevil z bloku d periodické tabulky, hned po skandiu. Jeho atomové číslo je 22 a v přírodě se vyskytuje tolik izotopů a radioizotopů, z nichž 48Jste nejhojnější ze všech.
Jeho barva je stříbrošedá a jeho části jsou pokryty ochrannou vrstvou oxidu, díky nimž je titan velmi odolný proti korozi. Pokud je tato vrstva nažloutlá, jedná se o nitrid titanu (TiN), což je sloučenina, která vzniká při hoření tohoto kovu v přítomnosti dusíku, což je jedinečná a významná vlastnost.
Kromě výše uvedeného je vysoce odolný proti mechanickým nárazům, přestože je lehčí než ocel. Proto je známý jako nejsilnější kov ze všech a jeho samotný název je synonymem síly. Má také pevnost a lehkost, dvě vlastnosti, díky nimž je žádaným materiálem pro výrobu letadel..
Stejně tak, a neméně důležité, je titan biokompatibilní kov, který je příjemný na dotek, a proto se z něj vyrábí prsteny; a v biomedicíně, jako jsou ortopedické a zubní implantáty, schopné integrace do kostních tkání.
Jeho nejznámější použití však spočívá v TiOdva, jako pigment, přísada, povlak a fotokatalyzátor.
Je to devátý nejhojnější prvek na Zemi a sedmý v kovech. Navzdory tomu je jeho cena vysoká kvůli obtížím, které je třeba překonat, aby se získal z minerálů, mezi které patří rutil, anatase, ilmenit a perovskit. Ze všech výrobních metod je Kroll Process celosvětově nejrozšířenější.
Rejstřík článků
Titan byl poprvé identifikován v minerálu ilmenit v údolí Manaccan (Spojené království) farářem a amatérským mineralogem Williamem Gregorem již v roce 1791. Byl schopen identifikovat, že obsahuje oxid železitý, protože jeho písky procházely vlivem magnet; ale také uvedl, že existuje další oxid neznámého kovu, který nazval „manakanit“.
Bohužel, ačkoli se obrátil na Královskou geologickou společnost v Cornwallu a jinde, jeho příspěvky nezpůsobily rozruch kvůli tomu, že nebyl uznávaným vědcem..
O čtyři roky později, v roce 1795, německý chemik Martin Heinrich Klaproth nezávisle poznal stejný kov; ale v rutilové rudě v Boiniku, v současnosti na Slovensku.
Existují lidé, kteří tvrdí, že tento nový kov pojmenoval „titan“ inspirovaný jeho houževnatostí v podobnosti s Titány. Jiní tvrdí, že to bylo způsobeno spíše neutralitou samotných mytologických postav. Titan se tedy narodil jako chemický prvek a Klaproth později mohl dojít k závěru, že se jedná o stejný manakanit minerálu ilmenit.
Od té doby se pokusy začaly izolovat od těchto minerálů; ale většina z nich byla neúspěšná, protože titan byl kontaminován kyslíkem nebo dusíkem, nebo vytvořil karbid, který nebylo možné redukovat. Larsovi Nilsonovi a Otto Petterssonovi trvalo téměř století (1887), než připravili vzorek s 95% čistotou..
V roce 1896 se Henrymu Moissanovi podařilo získat vzorek s čistotou až 98%, a to díky redukčnímu působení kovového sodíku. Tyto nečisté titany však byly křehké působením atomů kyslíku a dusíku, takže bylo nutné navrhnout postup, který by je udržel mimo reakční směs..
A s tímto přístupem vznikl Hunterův proces v roce 1910, který vytvořil Matthew A. Hunter ve spolupráci s General Electric v Rensselaer Polytechnic Institute..
O dvacet let později v Lucembursku vymyslel William J. Kroll další metodu využívající vápník a hořčík. Krollský proces dnes zůstává jednou z hlavních metod výroby kovového titanu v komerčních a průmyslových měřítcích..
Od tohoto okamžiku sleduje historie titanu průběh jeho slitin v aplikacích pro letecký a vojenský průmysl..
Čistý titan může krystalizovat se dvěma strukturami: kompaktní šestihranný (hcp), nazývaný α-fáze, a kubický centrovaný na tělo (bcc), nazývaný β-fáze. Jedná se tedy o dimorfní kov, schopný podstoupit alotropické (nebo fázové) přechody mezi strukturami hcp a bcc..
Fáze α je nejstabilnější při teplotě a tlaku okolí, přičemž atomy Ti jsou obklopeny dvanácti sousedy. Když se teplota zvýší na 882 ° C, hexagonální krystal se stane krychlovým, méně hustým, což odpovídá vyšším atomovým vibracím způsobeným teplem..
Jak se teplota zvyšuje, fáze α se staví proti většímu tepelnému odporu; to znamená, že jeho specifické teplo se také zvyšuje, takže k dosažení 882 ° C je zapotřebí stále více tepla.
Co když místo zvýšení teploty dojde k tlaku? Pak získáte zkreslené krystaly BCC.
V těchto kovových krystalech valenční elektrony orbitálů 3d a 4s zasahují do vazby, která spojuje atomy Ti, podle elektronické konfigurace:
[Ar] 3ddva 4 sdva
Sotva má čtyři elektrony, které může sdílet se svými sousedy, což vede k téměř prázdným 3d pásmům, a proto titan není tak dobrým vodičem elektřiny nebo tepla jako jiné kovy..
Ještě důležitější než to, co bylo řečeno o krystalické struktuře titanu, je to, že obě fáze, α a β, mohou tvořit své vlastní slitiny. Mohou se skládat z čistých slitin α nebo β nebo ze směsí obou v různých poměrech (α + β).
Podobně velikost jejich příslušných krystalických zrn ovlivňuje konečné vlastnosti uvedených slitin titanu, jakož i hmotnostní složení a vztahy přidaných přísad (dalších několika kovů nebo atomů N, O, C nebo H)..
Aditiva mají významný vliv na slitiny titanu, protože mohou stabilizovat některé ze dvou specifických fází. Například: Al, O, Ga, Zr, Sn a N jsou přísady, které stabilizují fázi α (hustší krystaly hcp); a Mo, V, W, Cu, Mn, H, Fe a další jsou přísady, které stabilizují fázi β (méně husté krystaly bcc).
Studium všech těchto slitin titanu, jejich struktur, složení, vlastností a aplikací, jsou předmětem metalurgických prací, které se opírají o krystalografii.
Podle elektronické konfigurace by titan potřeboval osm elektronů, aby úplně vyplnil 3d orbitaly. Toho nelze dosáhnout u žádné z jeho sloučenin a nanejvýš získá až dva elektrony; to znamená, že může získat negativní oxidační čísla: -2 (3d4) a -1 (3d3).
Důvod je způsoben elektronegativitou titanu a tím, že se navíc jedná o kov, takže má větší tendenci mít kladná oxidační čísla; například +1 (3ddva4 s1), +2 (3d.)dva4 s0), +3 (3d.)14 s0) a +4 (3d04 s0).
Všimněte si, jak elektrony orbitálů 3d a 4s odcházejí, protože se předpokládá existence kationtů Ti+, Vydva+ a tak dále.
Oxidační číslo +4 (Ti4+) je nejreprezentativnější ze všech, protože odpovídá titanu v jeho oxidu: TiOdva (Vy4+NEBOdvadva-).
Stříbrošedý kov.
47,867 g / mol.
1668 ° C Tato relativně vysoká teplota tání z něj činí žáruvzdorný kov..
3287 ° C.
1200 ° C pro čistý kov a 250 ° C pro jemně rozmělněný prášek.
Titan je tvárný kov, pokud nemá kyslík.
4,506 g / ml. A při jeho bodu tání 4,11 g / ml.
14,15 kJ / mol.
425 kJ / mol.
25060 J / mol K..
1,54 na Paulingově stupnici.
První: 658,8 kJ / mol.
Za druhé: 1309,8 kJ / mol.
Za třetí: 2652,5 kJ / mol.
6.0.
Z oxidačních čísel jsou +2, +3 a +4 nejběžnější a jsou uvedena v tradiční nomenklatuře při pojmenovávání sloučenin titanu. V opačném případě zůstanou pravidla skladové a systematické nomenklatury stejná.
Zvažte například TiOdva a TiCl4, dvě z nejznámějších sloučenin titanu.
To už bylo řečeno v TiOdva oxidační číslo titanu je +4, a proto, protože je největší (nebo kladné), musí název končit příponou -ico. Jeho název je tedy podle tradiční nomenklatury oxid titaničitý; oxid titaničitý, podle nomenklatury zásob; a oxid titaničitý podle systematické nomenklatury.
A pro TiCl4 budeme postupovat přímějším způsobem:
Nomenklatura: název
-Tradiční: chlorid titaničitý
-Zásoba: chlorid titaničitý
-Systematika: chlorid titaničitý
V angličtině se tato sloučenina často označuje jako „Tickle“.
Každá sloučenina titanu může mít dokonce vlastní názvy mimo pravidla pojmenování a bude záviset na technickém žargonu daného pole..
Titan, i když je sedmým nejhojnějším kovem na Zemi a devátým nejhojnějším v zemské kůře, se v přírodě nenachází jako čistý kov, ale v kombinaci s dalšími prvky v minerálních oxidech; lépe známé jako titaniferní minerály.
K jeho získání je tedy nutné použít tyto minerály jako surovinu. Někteří z nich jsou:
-Titanit nebo slezina (CaTiSiO5), s nečistotami železa a hliníku, které mění jejich krystaly zeleně.
-Brookit (TiOdva ortorombický).
-Rutil, nejstabilnější polymorf TiOdva, následovaný minerály anatas a brookit.
-Ilmenita (FeTiO3).
-Perovskit (CaTiO3)
-Leukoxen (heterogenní směs anatasu, rutilu a perovskitu).
Všimněte si, že je zmíněno několik titaniferních minerálů, i když existují i jiné. Ne všechny jsou však stejně hojné a mohou také obsahovat nečistoty, které se obtížně odstraňují a které ohrožují vlastnosti konečného kovového titanu..
Proto se k výrobě titanu obvykle používají sfény a perovskity, protože je obtížné odstranit jejich obsah vápníku a křemíku z reakční směsi..
Ze všech těchto minerálů jsou rutil a ilmenit komerčně a průmyslově nejpoužívanější díky vysokému obsahu TiOdva; to znamená, že jsou bohaté na titan.
Výběr kteréhokoli z minerálů jako suroviny, TiOdva v nich to musí být sníženo. K tomu se minerály spolu s uhlím zahřívají do červena v reaktoru s fluidním ložem na 1000 ° C. Tady TiOdva reaguje s plynným chlorem podle následující chemické rovnice:
Strýcdva(s) + C (s) + 2CIdva(g) => TiCl4(l) + COdva(G)
TiCl4 Je to nečistá bezbarvá kapalina, protože se při této teplotě rozpouští společně s dalšími chloridy kovů (železo, vanad, hořčík, zirkon a křemík) pocházející z nečistot přítomných v minerálech. Proto je TiCl4 potom se čistí frakční destilací a srážením.
TiCl již byl čištěn4, snazší druh snížit, nalije se do nádoby z nerezové oceli, do které se aplikuje vakuum, aby se odstranil kyslík a dusík, a naplní se argonem, aby se zajistila inertní atmosféra, která neovlivňuje produkovaný titan. Do procesu se přidává hořčík, který reaguje při 800 ° C podle následující chemické rovnice:
TiCl4(l) + 2Mg (l) => Ti (s) + 2MgCldva(l)
Titan se vysráží jako houbovitá pevná látka, která se podrobí ošetření k jejímu čištění a získání lepších pevných forem, nebo se přímo používá k výrobě titanových minerálů.
Titan má vysokou odolnost proti korozi díky vrstvě TiOdva který chrání vnitřek kovu před oxidací. Když však teplota stoupne nad 400 ° C, tenký kousek kovu začne úplně hořet za vzniku směsi TiO.dva a TiN:
Ti (s) + Odva(g) => TiOdva(s)
2 Ti (s) + Ndva(g) => TiN (s)
Oba plyny, NEBOdva a Ndva, logicky jsou ve vzduchu. Tyto dvě reakce nastávají rychle, jakmile se titan zahřeje na červeno. A pokud je nalezen jako jemně rozmělněný prášek, reakce je ještě prudší, a proto je titan v tomto pevném stavu vysoce hořlavý..
Tato vrstva TiOdva-TiN nejen chrání titan před korozí, ale také před napadením kyselinami a zásadami, takže není snadné jej rozpustit.
K dosažení tohoto cíle je třeba použít vysoce koncentrované kyseliny, které se vaří k varu, čímž se získá purpurově zbarvený roztok, který je výsledkem vodných komplexů titanu; například [Ti (OHdva)6]+3.
Existuje však kyselina, která ji může rozpustit bez mnoha komplikací: kyselina fluorovodíková:
2 Ti (s) + 12HF (vod.) 2 [TiF6]3-(aq) + 3Hdva(g) + 6 H+(aq)
Titan může reagovat přímo s halogeny za vzniku příslušných halogenidů. Například vaše reakce na jód je následující:
Ti (s) + 2Idva(s) => TiI4(s)
Podobně se to děje s fluorem, chlorem a bromem, kde se vytváří intenzivní plamen.
Když je titan jemně rozmělněn, je nejen náchylný k vznícení, ale také energicky reaguje se silnými oxidačními činidly při nejmenším zdroji tepla..
Část těchto reakcí se používá pro pyrotechniku, protože se generují jasně bílé jiskry. Například reaguje s chloristanem amonným podle chemické rovnice:
2Ti (s) + 2NH4ClO4(s) => 2 TiOdva(s) + Ndva(g) + Cldva(g) + 4HdvaO (g)
Kovový titan sám o sobě nepředstavuje žádné zdravotní riziko pro ty, kteří s ním pracují. Je to neškodná pevná látka; Pokud však není rozemletý jako prášek jemných částic. Tento bílý prášek může být nebezpečný kvůli své vysoké hořlavosti, zmíněné v části s reakcemi..
Když se titan rozemele, jeho reakce s kyslíkem a dusíkem je rychlejší a energičtější a může dokonce hořet výbušninami. Proto představuje hrozné riziko požáru, pokud je tam, kde je skladováno, zasaženo plameny..
Při hoření lze oheň uhasit pouze grafitem nebo chloridem sodným; nikdy s vodou, alespoň pro tyto případy.
Rovněž je třeba za každou cenu zabránit jejich kontaktu s halogeny; to znamená při jakémkoli úniku plynu z fluoru nebo chloru nebo při interakci s načervenalou kapalinou bromu nebo těkavými krystaly jódu. Pokud k tomu dojde, titan se vznítí. Rovněž by neměl přijít do styku se silnými oxidačními činidly: manganistany, chlorečnany, chloristany, dusičnany atd..
Jinak nemohou její ingoty nebo slitiny představovat větší rizika než fyzické údery, protože nejsou příliš dobrými vodiči tepla nebo elektřiny a jsou příjemné na dotek..
Pokud je jemně rozmělněná pevná látka hořlavá, musí to být ještě více než ta, která se skládá z titanových nanočástic. Zaměření této podsekce je však způsobeno nanočásticemi TiOdva, které byly použity v nekonečných aplikacích, kde si zaslouží svou bílou barvu; jako sladkosti a bonbóny.
I když jejich absorpce, distribuce, vylučování nebo toxicita v těle nejsou známy, ve studiích na myších se prokázalo, že jsou toxické. Ukázali například, že generuje emfyzém a zarudnutí v plicích, stejně jako další respirační poruchy v jejich vývoji.
Extrapolací z myší k nám se dospělo k závěru, že dýchají nanočástice TiOdva ovlivňuje to naše plíce. Mohou také změnit oblast hipokampu v mozku. Kromě toho je Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny nevylučuje jako možné karcinogeny..
Mluvit o použití titanu se nutně týká jeho sloučeniny oxidu titaničitého. Strýcdva ve skutečnosti pokrývá asi 95% všech aplikací týkajících se tohoto kovu. Důvody: jeho bílá barva, je nerozpustný a je také netoxický (nemluvě o čistých nanočásticích).
Proto se obvykle používá jako pigment nebo přísada do všech produktů, které vyžadují bílé zabarvení; jako jsou zubní pasty, léky, sladkosti, papíry, drahokamy, barvy, plasty atd..
Strýcdva lze také použít k vytvoření filmů k potažení jakéhokoli povrchu, například skla nebo chirurgických nástrojů.
Tím, že má tyto povlaky, je voda nemůže namočit a stékat po nich, jako by déšť ležel na čelních sklech automobilů. Nástroje s těmito povlaky by mohly zabíjet bakterie absorpcí UV záření.
Psí moč nebo žvýkačka se nemohly kvůli působení TiO fixovat na asfaltu nebo cementudva, což by usnadnilo jeho následné odstranění.
A konečně s ohledem na TiOdva, je to fotokatalyzátor schopný vytvářet organické radikály, které jsou však v opalovacím krému neutralizovány křemičitými nebo hliníkovými filmy. Jeho bílá barva již jasně naznačuje, že tento oxid titaničitý musí mít.
Titan je kov se značnou pevností a tvrdostí ve vztahu k jeho nízké hustotě. To z něj dělá náhradu za ocel pro všechny ty aplikace, kde je potřeba vysoká rychlost, nebo jsou navržena velká letadla s rozpětím křídel, jako je například letadlo A380 na obrázku výše..
Proto má tento kov mnoho využití v leteckém a kosmickém průmyslu, protože odolává oxidaci, je lehký, pevný a jeho slitiny lze vylepšit přesnými přísadami..
Nejen v leteckém a kosmickém průmyslu je titan a jeho slitiny na prvním místě, ale také ve sportovním průmyslu. Je to proto, že mnoho jejich nádobí musí být lehké, aby s nimi jejich nositelé, hráči nebo sportovci mohli manipulovat, aniž by se cítili příliš těžcí..
Mezi tyto položky patří: jízdní kola, golfové nebo hokejové hole, fotbalové přilby, tenisové nebo badmintonové rakety, šermířské meče, brusle, lyže a další..
Podobně, i když v mnohem menší míře kvůli vysokým nákladům, se titan a jeho slitiny používají v luxusních a sportovních automobilech..
Mletý titan lze mísit například s KClO4, a slouží jako ohňostroj; které ve skutečnosti vyrábějí ti, kdo je vyrábějí na pyrotechnických představeních.
Titan a jeho slitiny jsou vynikajícími kovovými materiály v biomedicínských aplikacích. Jsou biokompatibilní, inertní, silné, obtížně oxidovatelné, netoxické a bezproblémově se integrují do kostí.
Díky tomu jsou velmi užitečné pro ortopedické a zubní implantáty, pro umělé kyčelní a kolenní klouby, jako šrouby pro fixaci zlomenin, pro kardiostimulátory nebo umělá srdce..
Biologická role titanu je nejistá, a přestože je známo, že se může akumulovat v některých rostlinách a prospívat růstu určitých zemědělských plodin (například rajčat), mechanismy, kde do nich zasahuje, nejsou známy..
Říká se, že podporuje tvorbu sacharidů, enzymů a chlorofylů. Domnívají se, že je to díky reakci rostlinných organismů na obranu proti nízkým biologicky dostupným koncentracím titanu, protože jsou pro ně škodlivé. Věc je však stále ve tmě.
Zatím žádné komentáře