Správa o chemickom prvku titánu. Štruktúra atómu titánu

1941 Teplota varu 3560 Oud. teplo fúzie 18,8 kJ/mol Oud. teplo z odparovania 422,6 kJ/mol Molárna tepelná kapacita 25,1 J/(K mol) Molárny objem 10,6 cm³/mol Kryštalická mriežka jednoduchej látky Mriežková štruktúra šesťuholníkový
tesne zabalené (α-Ti) Parametre mriežky a=2,951 c=4,697 (α-Ti) Postoj c/a 1,587 Teplota Debye 380 Iné vlastnosti Tepelná vodivosť (300 K) 21,9 W/(m K) Nie CAS 7440-32-6

Encyklopedický YouTube

1 / 5

✪ Titán / titán. Chémia je ľahká

✪ Titán je NAJSILNEJŠÍ KOV NA ZEMI!

✪ Chémia 57. Prvok je titán. Prvok ortuti - Akadémia zábavných vied

✪ Výroba titánu. Titán je jeden z najsilnejších kovov na svete!

✪ Iridium - najvzácnejší kov na Zemi!

titulky

Ahojte všetci! Alexander Ivanov je s vami a toto je projekt „Chémia je jednoduchá“ A teraz to trochu rozsvietime titánom! Takto vyzerá pár gramov čistého titánu, ktoré boli získané kedysi dávno na univerzite v Manchestri, keď to ešte nebola univerzita. Táto vzorka je z toho istého múzea. Takto vyzerá hlavný minerál, z ktorého titán sa extrahuje vyzerá ako.Toto je Rutil.obsahujú titán V roku 1867 sa všetko, čo ľudia vedeli o titáne, zmestilo do učebnice na 1 stranu Začiatkom 20. storočia sa vlastne nič nezmenilo V roku 1791 objavil anglický chemik a mineralóg William Gregor nový prvok v minerále menakinit a nazval ho „menakin“ O niečo neskôr, v roku 1795, objavil nemecký chemik Martin Klaproth nový chemický prvok v inom minerále – rutile.Titán dostal svoje meno od Klaprotha, ktorý ho pomenoval na počesť tzv. kráľovná elfov Titania.Podľa inej verzie však názov prvku pochádza od titánov, mocných synov bohyne zeme – Gayov.V roku 1797 sa však ukázalo, že Gregor a Klaproth objavili rovnaký chemický prvok Ale meno ten, ktorý dal Klaproth, zostal. Ale ani Gregor, ani Klaproth nedokázali získať kovový titán. Získali biely kryštalický prášok, ktorým bol oxid titaničitý. Prvýkrát kovový titán získal ruský vedec D.K. Kirilov v roku 1875 Ale ako sa to stáva bez riadneho pokrytia, jeho prácu si nikto nevšimol. Potom čistý titán získali Švédi L. Nilsson a O. Peterson, ako aj Francúz Moissan. A až v roku 1910 americký chemik M. Hunter vylepšil doterajšie spôsoby výroby titánu a získal niekoľko gramov čistého 99% titánu. Preto vo väčšine kníh práve Hunter uvádza, ako vedec, ktorý získal kovový titán Nikto nepredpovedal titánu veľkú budúcnosť, keďže tie najmenšie nečistoty vo svojom zložení ho robilo veľmi krehkým a krehkým, čo neumožňovalo mechanické spracovanie Preto niektoré zlúčeniny titánu našli svoje široké uplatnenie skôr ako samotný kov Prvýkrát bol použitý chlorid titaničitý. svetová vojna na vytvorenie dymovej clony Pod holým nebom sa chlorid titaničitý hydrolyzuje za vzniku oxychloridu titánu a oxidu titaničitého. Biely dym, ktorý vidíme, sú častice oxychloridu titánu a oxidu titánu. Že tieto častice sa dajú potvrdiť, ak nakvapkáme niekoľko kvapiek titánu tetrachlorid do vody Na získanie kovového titánu sa v súčasnosti používa tetrachloridový titán Metóda získavania čistého titánu sa nemení už sto rokov Najprv sa oxid titaničitý premení chlórom na chlorid titaničitý, o ktorom sme hovorili už skôr. sa získava z chloridu titaničitého, ktorý vzniká vo forme špongie. Tento proces prebieha pri teplote 900°C v oceľových retortách Vzhľadom na drsné reakčné podmienky bohužiaľ nemáme možnosť tento proces ukázať. V dôsledku toho sa získa titánová huba, ktorá sa roztaví do kompaktného kovu.Na získanie ultračistého titánu sa používa jodidová metóda. úprava, ktorej sa budeme podrobne venovať vo videu o zirkóniu.Ako ste si už všimli, chlorid titaničitý je za normálnych podmienok číra, bezfarebná kvapalina.Ale ak si vezmeme chlorid titaničitý, je to tuhá fialová látka.Len o jeden menej chlóru atóm v molekule a už iná podmienka Chlorid titaničitý je hygroskopický. Preto sa s ním dá pracovať len v inertnej atmosfére Chlorid titaničitý sa dobre rozpúšťa v kyseline chlorovodíkovej Teraz tento proces pozorujete V roztoku vzniká komplexný ión 3 Čo sú to komplexné ióny vám poviem inokedy nabudúce. Zatiaľ sa len zhrozte :) Ak do vzniknutého roztoku pridáte trochu kyseliny dusičnej, tak vzniká dusičnan titaničitý a uvoľňuje sa hnedý plyn, ktorý vlastne vidíme.Dochádza ku kvalitatívnej reakcii na titánové ióny.Prikvapkáme peroxid vodíka Ako môžete vidieť, dochádza k reakcii s vytvorením jasne sfarbenej zlúčeniny Ide o kyselinu pertitanovú V roku 1908 sa v Spojených štátoch použil oxid titaničitý na výrobu bielej, ktorá nahradila bielu, ktorá bola založená na olove a zinku. Titánová biela bola oveľa kvalitnejšia ako olovené a zinkové náprotivky. Oxid titaničitý sa tiež používal na výrobu smaltu, ktorý sa používal na nátery kovov a dreva pri stavbe lodí V súčasnosti sa oxid titaničitý používa v Potravinársky priemysel ako biele farbivo - ide o aditívum E171, ktoré nájdete v krabových tyčinkách, raňajkových cereáliách, majonéze, žuvačkách, mliečnych výrobkoch atď. Oxid titaničitý sa používa aj v kozmetike - je súčasťou opaľovacích krémov "Nie všetko zlato, ktoré sa blyští “- toto príslovie poznáme od detstva A vo vzťahu k modernej cirkvi a titánu to funguje v doslovnom zmysle a zdá sa, že čo môže byť spoločné medzi cirkvou a titánom? A tu je to, čo: všetky moderné kupole kostolov, ktoré sa trblietajú zlatom, v skutočnosti nemajú so zlatom nič spoločné. V skutočnosti sú všetky kupole potiahnuté nitridom titánu. Tiež kovové vrtáky sú potiahnuté nitridom titánu. Až v roku 1925 vys. -získaný titán v čistote, čo umožnilo jeho štúdium.fyzikálne a chemické vlastnosti A ukázali sa ako fantastické. Ukázalo sa, že titán, ktorý je takmer dvakrát ľahší ako železo, svojou pevnosťou prevyšuje mnohé ocele.Aj keď titán je jedenapolkrát ťažší ako hliník, je šesťkrát pevnejší ako on a svoju pevnosť si zachováva až do 500 °C. - vďaka svojej vysokej elektrickej vodivosti a nemagnetizmu je titán v elektrotechnike veľmi zaujímavý. odolný voči korózii Vďaka svojim vlastnostiam sa titán stal materiálom pre vesmírne technológie V Rusku vo Verkhnyaya Salda pôsobí korporácia VSMPO-AVISMA, ktorá vyrába titán pre globálny letecký priemysel Z Verkhne Salda titán vyrábajú Boeingy, Airbusy, Rolls- Ro kocky ľadu, rôzne chemické zariadenia a mnoho iného drahého haraburdia Každý z vás si však môže kúpiť lopatu alebo páčidlo z čistého titánu! A to nie je vtip! A takto reaguje jemne rozptýlený titánový prášok so vzdušným kyslíkom Vďaka takémuto farebnému spaľovaniu titán našiel uplatnenie v pyrotechnike A to je všetko, prihláste sa, dajte prst hore, nezabudnite podporiť projekt a povedzte to aj svojim priateľom! Zbohom!

Príbeh

Objav TiO 2 urobil takmer súčasne a nezávisle jeden Angličan W. Gregor?! a nemecký chemik M. G. Klaproth. W. Gregor, ktorý skúmal zloženie magnetického železitého piesku (Creed, Cornwall, Anglicko,), izoloval novú „zem“ (oxid) neznámeho kovu, ktorý nazval menaken. V roku 1795 objavil nemecký chemik Klaproth nový prvok v minerále rutil a nazval ho titán. O dva roky neskôr Klaproth zistil, že rutil a menaken zem sú oxidy toho istého prvku, za ktorým zostal názov „titán“, ktorý navrhol Klaproth. Po 10 rokoch sa objav titánu uskutočnil po tretíkrát. Francúzsky vedec L. Vauquelin objavil titán v anatase a dokázal, že rutil a anatas sú identické oxidy titánu.

Prvú vzorku kovového titánu získal v roku 1825 J. Ya Berzelius. Kvôli vysokej chemickej aktivite titánu a zložitosti jeho čistenia získali Holanďania A. van Arkel a I. de Boer v roku 1925 čistú vzorku Ti tepelným rozkladom pár jodidu titánu TiI 4 .

pôvod mena

Kov dostal svoje meno na počesť titánov, postáv starovekej gréckej mytológie, detí Gaie. Názov prvku dal Martin Klaproth v súlade so svojimi názormi na chemické názvoslovie, na rozdiel od francúzskej chemickej školy, kde sa snažili pomenovať prvok podľa jeho chemických vlastností. Keďže nemecký bádateľ sám poznamenal, že nie je možné určiť vlastnosti nového prvku iba podľa jeho oxidu, vybral si preň názov z mytológie, analogicky s uránom, ktorý objavil už skôr.

Byť v prírode

Titán je 10. najrozšírenejší v prírode. Obsah v zemskej kôre je 0,57% hmotnosti, v morskej vode - 0,001 mg / l. 300 g/t v ultrabázických horninách, 9 kg/t v zásaditých horninách, 2,3 kg/t v kyslých horninách, 4,5 kg/t v íloch a bridliciach. V zemskej kôre je titán takmer vždy štvormocný a je prítomný iba v kyslíkatých zlúčeninách. Vo voľnej forme sa nevyskytuje. Titán má v podmienkach zvetrávania a zrážok geochemickú afinitu k Al 2 O 3 . Koncentruje sa v bauxitoch zvetrávacej kôry a v morských ílovitých sedimentoch. Prenos titánu sa uskutočňuje vo forme mechanických úlomkov minerálov a vo forme koloidov. V niektorých íloch sa hromadí až 30 % hmotnosti TiO 2 . Minerály titánu sú odolné voči poveternostným vplyvom a tvoria veľké koncentrácie v sypačoch. Je známych viac ako 100 minerálov obsahujúcich titán. Najvýznamnejšie z nich sú: rutil TiO 2 , ilmenit FeTiO 3 , titanomagnetit FeTiO 3 + Fe 3 O 4 , perovskit CaTiO 3 , titanit CaTiSiO 5 . Primárne sú titánové rudy - ilmenit-titanomagnetit a ryža - rutil-ilmenit-zirkón.

Miesto narodenia

Ložiská titánu sa nachádzajú v Južnej Afrike, Rusku, na Ukrajine, v Číne, Japonsku, Austrálii, Indii, na Cejlóne, v Brazílii, Južná Kórea, Kazachstan. V krajinách SNŠ zaujíma vedúcu pozíciu z hľadiska preskúmaných zásob titánových rúd Ruská federácia (58,5 %) a Ukrajina (40,2 %). Najväčšie ložisko v Rusku - Yaregskoye.

Zásoby a výroba

V roku 2002 sa 90 % vyťaženého titánu použilo na výrobu oxidu titaničitého TiO 2 . Svetová produkcia oxidu titaničitého bola 4,5 milióna ton ročne. Potvrdené zásoby oxidu titaničitého (bez Ruska) sú asi 800 miliónov ton.Na rok 2006 podľa US Geological Survey, pokiaľ ide o oxid titaničitý a bez Ruska, zásoby ilmenitových rúd predstavujú 603-673 miliónov ton a rutil - 49, 7-52,7 milióna ton. Pri súčasnom tempe výroby teda vystačia overené svetové zásoby titánu (okrem Ruska) na viac ako 150 rokov.

Rusko má po Číne druhé najväčšie zásoby titánu na svete. Základňa nerastných surovín titánu v Rusku pozostáva z 20 ložísk (z ktorých 11 je primárnych a 9 aluviálnych), pomerne rovnomerne rozptýlených po celej krajine. Najväčšie z preskúmaných ložísk (Yaregskoye) sa nachádza 25 km od mesta Ukhta (Republika Komi). Zásoby ložiska sa odhadujú na 2 miliardy ton rudy s priemerným obsahom oxidu titaničitého okolo 10 %.

Najväčší svetový výrobca titánu - ruská spoločnosť"VSMPO-AVISMA".

Potvrdenie

Východiskovým materiálom na výrobu titánu a jeho zlúčenín je spravidla oxid titaničitý s relatívne malým množstvom nečistôt. Môže ísť najmä o rutilový koncentrát získaný pri úprave titánových rúd. Zásoby rutilu sú však vo svete veľmi obmedzené a častejšie sa používa takzvaná syntetická rutilová alebo titánová troska, získaná pri spracovaní koncentrátov ilmenitu. Na získanie titánovej trosky sa koncentrát ilmenitu redukuje v elektrickej oblúkovej peci, zatiaľ čo železo sa separuje na kovovú fázu (liatinu) a neredukované oxidy titánu a nečistoty tvoria troskovú fázu. Bohatá troska sa spracováva chloridovou alebo kyselinou sírovou metódou.

Koncentrát titánových rúd sa podrobí kyseline sírovej alebo pyrometalurgickému spracovaniu. Produktom spracovania kyselinou sírovou je práškový oxid titaničitý Ti02. Pomocou pyrometalurgickej metódy sa ruda speká s koksom a spracováva sa chlórom, čím sa získajú páry chloridu titaničitého TiCl 4:

T i O 2 + 2 C + 2 C l 2 → T i C l 4 + 2 C O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2C+2Cl_(2)\rightarrow TiCl_(4)+2CO)))

Pary TiCl 4 vytvorené pri 850 ° C sa redukujú horčíkom:

Ti C l 4 + 2 M g → 2 M g C l 2 + Ti (\displaystyle (\mathsf (TiCl_(4)+2Mg\rightarrow 2MgCl_(2)+Ti)))

Okrem toho si v súčasnosti začína získavať na popularite takzvaný proces FFC Cambridge, pomenovaný podľa vývojárov Dereka Freya, Toma Farthinga a Georgea Chena a University of Cambridge, kde bol vytvorený. Tento elektrochemický proces umožňuje priamu kontinuálnu redukciu titánu z oxidu v tavenine zmesi chloridu vápenatého a nehaseného vápna. Tento proces využíva elektrolytický kúpeľ naplnený zmesou chloridu vápenatého a vápna, s grafitovou obetnou (alebo neutrálnou) anódou a katódou vyrobenou z oxidu, ktorý sa má redukovať. Keď prúd prechádza kúpeľom, teplota rýchlo dosiahne ~1000–1100 °C a tavenina oxidu vápenatého sa na anóde rozkladá na kyslík a kovový vápnik:

2 C a O → 2 C a + O 2 (\displaystyle (\mathsf (2CaO\rightarrow 2Ca+O_(2))))

Výsledný kyslík oxiduje anódu (v prípade použitia grafitu) a vápnik migruje v tavenine na katódu, kde obnovuje titán z oxidu:

O 2 + C → C O 2 (\displaystyle (\mathsf (O_(2)+C\rightarrow CO_(2)))) T i O 2 + 2 C a → T i + 2 C a O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2Ca\rightarrow Ti+2CaO)))

Vzniknutý oxid vápenatý opäť disociuje na kyslík a vápenatý kov a proces sa opakuje až do úplnej premeny katódy na titánovú špongiu alebo do vyčerpania oxidu vápenatého. Chlorid vápenatý sa v tomto procese používa ako elektrolyt na udelenie elektrickej vodivosti tavenine a pohyblivosti aktívnych iónov vápnika a kyslíka. Pri použití inertnej anódy (napríklad oxidu cínu) sa namiesto oxidu uhličitého na anóde uvoľňuje molekulárny kyslík, ktorý menej znečisťuje prostredie, ale proces sa v tomto prípade stáva menej stabilným a navyše za určitých podmienok , rozklad chloridu sa stáva energeticky priaznivejším ako oxid vápenatý, čo vedie k uvoľňovaniu molekulárneho chlóru.

Výsledná titánová "huba" sa roztaví a vyčistí. Titán sa rafinuje jodidovou metódou alebo elektrolýzou, pričom sa oddeľuje Ti od TiCl4. Na získanie titánových ingotov sa používa oblúkové, elektrónové alebo plazmové spracovanie.

Fyzikálne vlastnosti

Titán je ľahký, striebristo biely kov. Existuje v dvoch kryštalických modifikáciách: α-Ti s hexagonálnou tesne zbalenou mriežkou (a=2,951 Á; c=4,679 Á; z=2; priestorová grupa C6mmc), β-Ti s kubickým telom centrovaným tesnením (a=3,269 Å; z=2; priestorová skupina Im3m), teplota prechodu α↔β 883 °C, prechod ΔH 3,8 kJ/mol. Teplota topenia 1660 ± 20 °C, teplota varu 3260 °C, hustota α-Ti a β-Ti je 4,505 (20 °C) a 4,32 (900 °C) g/cm³, atómová hustota 5,71⋅10 22 pri /cm³ [ ] . Plast, zváraný v inertnej atmosfére. Odpor 0,42 µOhm m o 20 °C

Má vysokú viskozitu, pri obrábaní je náchylný na priľnutie k reznému nástroju, a preto je potrebné na nástroj nanášať špeciálne nátery, rôzne mazivá.

Pri normálnej teplote je pokrytý ochranným pasivačným filmom oxidu TiO 2, vďaka čomu je odolný voči korózii vo väčšine prostredí (okrem alkalických).

Titánový prach má tendenciu explodovať. Teplota vzplanutia - 400 °C. Titánové hobliny sú horľavé.

Titán je spolu s oceľou, volfrámom a platinou vysoko odolný voči vákuu, čo ho spolu s jeho ľahkosťou robí veľmi perspektívnym pri konštrukcii kozmických lodí.

Chemické vlastnosti

Titán je odolný voči zriedeným roztokom mnohých kyselín a zásad (okrem H 3 PO 4 a koncentrovanej H 2 SO 4).

Ľahko reaguje aj so slabými kyselinami v prítomnosti komplexotvorných činidiel, napríklad s kyselinou fluorovodíkovou, interaguje v dôsledku tvorby komplexného aniónu 2−. Titán je najviac náchylný na koróziu v organických médiách, pretože v prítomnosti vody sa na povrchu titánového produktu vytvára hustý pasívny film oxidov a hydridu titánu. Najvýraznejšie zvýšenie koróznej odolnosti titánu je badateľné pri zvýšení obsahu vody v agresívnom prostredí z 0,5 na 8,0 %, čo potvrdzujú elektrochemické štúdie elektródových potenciálov titánu v roztokoch kyselín a zásad v zmiešanej vode. - organické médiá.

Pri zahriatí na vzduchu na 1200°C sa Ti zapáli jasným bielym plameňom za vzniku oxidových fáz rôzneho zloženia TiO x. Hydroxid TiO(OH)2 ·xH20 sa vyzráža z roztokov solí titánu, starostlivou kalcináciou ktorých sa získa oxid Ti02. Hydroxid TiO(OH)2 xH20 a oxid Ti02 sú amfotérne.

Aplikácia

V čistej forme a vo forme zliatin

Titán vo forme zliatin je najdôležitejším konštrukčným materiálom pri stavbe lietadiel, rakiet a lodí.
Kov sa používa v: chemický priemysel(reaktory, potrubia, čerpadlá, potrubné armatúry), vojenský priemysel (nepriestrelné vesty, pancierové a protipožiarne bariéry v letectve, bývanie ponorky), priemyselné procesy (odsoľovacie zariadenia, celulózové a papierenské procesy), automobilový priemysel, poľnohospodársky priemysel, potravinársky priemysel, piercingové šperky, medicínsky priemysel (protézy, osteoprotézy), zubné a endodontické nástroje, zubné implantáty, športové potreby, šperky, mobilné telefóny, ľahké zliatiny atď.
Odlievanie titánu sa vykonáva vo vákuových peciach v grafitových formách. Používa sa aj vákuové odlievanie. Pre technologické ťažkosti pri umeleckom odlievaní sa používa v obmedzenej miere. Prvou monumentálnou liatou titánovou sochou na svete je pomník Jurija Gagarina na námestí pomenovanom po ňom v Moskve.
Titán je legujúcim prídavkom do mnohých legovaných ocelí a väčšiny špeciálnych zliatin [ čo?] .
Nitinol (nikel-titán) je zliatina s tvarovou pamäťou používaná v medicíne a technológii.
Aluminidy titánu sú veľmi odolné voči oxidácii a žiaruvzdorné, čo následne predurčilo ich použitie v leteckom a automobilovom priemysle ako konštrukčné materiály.
Titán je jedným z najbežnejších getrových materiálov používaných vo vysokovákuových pumpách.

Vo forme spojení

Biely oxid titaničitý (TiO 2 ) sa používa vo farbách (ako je titánová biela), ako aj pri výrobe papiera a plastov. Potravinová prísada E171.
Organické zlúčeniny titánu (napríklad tetrabutoxytitán) sa používajú ako katalyzátor a tvrdidlo v chemickom priemysle a priemysle farieb.
Anorganické zlúčeniny titánu sa používajú v chemickom, elektronickom priemysle a priemysle sklenených vlákien ako prísady alebo nátery.
Karbid titánu, diborid titánu, karbonitrid titánu sú dôležité zložky supertvrdých materiálov na spracovanie kovov.
Nitrid titánu sa používa na poťahovanie nástrojov, kostolných kupol a pri výrobe šperkov, keďže má farbu podobnú zlatu.
Titaničitan bárnatý BaTiO 3, titaničitan olovnatý PbTiO 3 a množstvo ďalších titaničitanov sú feroelektriká.

Existuje veľa zliatin titánu s rôzne kovy. Legujúce prvky sa v závislosti od ich vplyvu na teplotu polymorfnej premeny delia do troch skupín: beta stabilizátory, alfa stabilizátory a neutrálne tvrdidlá. Prvé znižujú transformačnú teplotu, druhé ju zvyšujú a druhé ju neovplyvňujú, ale vedú k vytvrdzovaniu matrice v roztoku. Príklady alfa stabilizátorov: hliník, kyslík, uhlík, dusík. Beta stabilizátory: molybdén, vanád, železo, chróm, nikel. Neutrálne tvrdidlá: zirkón, cín, kremík. Beta stabilizátory sa zase delia na beta-izomorfné a beta-eutektoid tvoriace.

Najbežnejšou zliatinou titánu je zliatina Ti-6Al-4V (v ruskej klasifikácii - VT6).

Analýza spotrebiteľských trhov

Čistota a kvalita hrubého titánu (titánovej špongie) je zvyčajne určená jeho tvrdosťou, ktorá závisí od obsahu nečistôt. Najbežnejšie značky sú TG100 a TG110 [ ] .

Fyziologické pôsobenie

Ako už bolo spomenuté vyššie, titán sa používa aj v zubnom lekárstve. Výrazná vlastnosť Využitie titánu nespočíva len v pevnosti, ale aj v schopnosti samotného kovu rásť spolu s kosťou, čo umožňuje zabezpečiť kvázi-pevnosť zubného základu.

izotopy

Prírodný titán pozostáva zo zmesi piatich stabilných izotopov: 46 Ti (7,95 %), 47 Ti (7,75 %), 48 Ti (73,45 %), 49 Ti (5,51 %), 50 Ti (5, 34 %).

Známe sú umelé rádioaktívne izotopy 45 Ti (T ½ = 3,09 h), 51 Ti (T ½ = 5,79 min) a ďalšie.

Poznámky

Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atómové váhy prvkov 2011 (IUPAC Technical Report) (anglicky) // Čistá a aplikovaná chémia. - 2013. - Zv. 85, č. 5. - S. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
Redakcia: Zefirov N. S. (šéfredaktor). Chemická encyklopédia: v 5 zväzkoch - Moskva: Sovietska encyklopédia, 1995. - T. 4. - S. 590-592. - 639 s. - 20 000 kópií. - ISBN 5-85270-039-8.
titán- článok z Fyzickej encyklopédie
J.P. Riley a Skirrow G. Chemická oceánografia V. 1, 1965
Záloha titán.
Záloha titán.
Ilmenit, rutil, titanomagnetit - 2006
titán (neurčité) . Informačno-analytické centrum "Minerál". Získané 19. novembra 2010. Archivované z originálu 21. augusta 2011.
Spoločnosť VSMPO-AVISMA
Koncz, sv; Szanto, sv.; Waldhauser, H., Der Sauerstoffgehalt von Titan-jodidstäben, Naturwiss. 42 (1955), str. 368-369
Titán - kov budúcnosti (ruština).
Titanium - článok z chemickej encyklopédie
Vplyv voda na procesnú pasiváciu titán - 26. február 2015 - Chémia a chemická technológia v živote (neurčité) . www.chemfive.ru Získané 21. októbra 2015.
Art casting v XX storočí
Na svetovom trhu titánu za posledné dva mesiace sa stabilizovali ceny (prehľad)

Odkazy

Titán v populárnej knižnici chemických prvkov

buď

Nie

Titán pôvodne pomenoval „gregorit“ britský chemik reverend William Gregor, ktorý ho objavil v roku 1791. Titán potom nezávisle objavil nemecký chemik M. H. Klaproth v roku 1793. Pomenoval ho titánom na počesť titánov z gréckej mytológie – „stelesnenie prírodnej sily“. Až v roku 1797 Klaproth zistil, že jeho titán je prvkom, ktorý predtým objavil Gregor.

Charakteristika a vlastnosti

Titán je chemický prvok so symbolom Ti a atómovým číslom 22. Je to lesklý kov striebornej farby, nízkej hustoty a vysokej pevnosti. Je odolný voči korózii v morskej vode a chlóru.

Element sa stretáva v množstve nerastných ložísk, najmä rutilu a ilmenitu, ktoré sú široko rozšírené v zemskej kôre a litosfére.

Titán sa používa na výrobu pevných ľahkých zliatin. Dve najužitočnejšie vlastnosti kovu sú odolnosť proti korózii a pomer tvrdosti k hustote, najvyšší zo všetkých kovových prvkov. Vo svojom nelegovanom stave je tento kov rovnako pevný ako niektoré ocele, ale menej hustý.

Fyzikálne vlastnosti kovu

Je to silný kov s nízkou hustotou, skôr ťažný (najmä v anoxickom prostredí), brilantná a metaloidná biela. Jeho relatívne vysoká teplota topenia nad 1650 °C (alebo 3000 °F) ho robí užitočným ako žiaruvzdorný kov. Je paramagnetický a má pomerne nízku elektrickú a tepelnú vodivosť.

Na Mohsovej stupnici je tvrdosť titánu 6. Podľa tohto ukazovateľa je o niečo nižšia ako tvrdená oceľ a volfrám.

Komerčne čistý (99,2 %) titán má pevnosť v ťahu asi 434 MPa, čo je v súlade s konvenčnými nízkokvalitnými oceľovými zliatinami, ale titán je oveľa ľahší.

Chemické vlastnosti titánu

Rovnako ako hliník a horčík, aj titán a jeho zliatiny oxidujú okamžite, keď sú vystavené vzduchu. Pomaly reaguje s vodou a vzduchom pri teplotách životné prostredie, pretože tvorí pasívny oxidový povlak ktorý chráni objemový kov pred ďalšou oxidáciou.

Atmosférická pasivácia dáva titánu vynikajúcu odolnosť proti korózii takmer ekvivalentnú platine. Titán je schopný odolať útoku zriedenej kyseliny sírovej a chlorovodíkovej, roztokov chloridov a väčšiny organických kyselín.

Titán je jedným z mála prvkov, ktoré horia v čistom dusíku, pričom pri teplote 800 °C (1470 °F) reagujú za vzniku nitridu titánu. Vďaka svojej vysokej reaktivite s kyslíkom, dusíkom a niektorými ďalšími plynmi sa titánové vlákna používajú v titánových sublimačných čerpadlách ako absorbéry týchto plynov. Tieto čerpadlá sú lacné a spoľahlivo produkujú extrémne nízke tlaky v UHV systémoch.

Bežné minerály obsahujúce titán sú anatas, brookit, ilmenit, perovskit, rutil a titanit (sfén). Z týchto minerálov iba rutil a ilmenit majú hospodársky význam, ale aj tie je ťažké nájsť vo vysokých koncentráciách.

Titán sa nachádza v meteoritoch a bol nájdený v Slnku a hviezdach typu M s povrchovou teplotou 3200 °C (5790 °F).

V súčasnosti známe spôsoby extrakcie titánu z rôznych rúd sú prácne a drahé.

Výroba a výroba

V súčasnosti bolo vyvinutých a používa sa asi 50 druhov titánu a titánových zliatin. K dnešnému dňu je uznaných 31 tried kovového titánu a zliatin, z ktorých triedy 1-4 sú komerčne čisté (nelegované). Líšia sa pevnosťou v ťahu v závislosti od obsahu kyslíka, pričom stupeň 1 je najtvárnejší (najnižšia pevnosť v ťahu s 0,18 % kyslíka) a stupeň 4 je najmenej tvárny (maximálna pevnosť v ťahu s 0,40 % kyslíka).

Zostávajúce triedy sú zliatiny, z ktorých každá má špecifické vlastnosti:

plast;
pevnosť;
tvrdosť;
elektrický odpor;
špecifická odolnosť proti korózii a ich kombinácie.

Okrem týchto špecifikácií sa zliatiny titánu vyrábajú aj tak, aby vyhovovali letectvu a kozmonautike vojenskej techniky(SAE-AMS, MIL-T), normy ISO a špecifikácie špecifické pre jednotlivé krajiny a požiadavky koncových používateľov na letecké, vojenské, lekárske a priemyselné aplikácie.

Komerčne čistý plochý výrobok (plech, platňa) sa dá ľahko tvarovať, ale spracovanie musí brať do úvahy skutočnosť, že kov má "pamäť" a tendenciu sa vracať späť. To platí najmä pre niektoré vysokopevnostné zliatiny.

Titán sa často používa na výrobu zliatin:

s hliníkom;
s vanádom;
s meďou (na kalenie);
so železom;
s mangánom;
s molybdénom a inými kovmi.

Oblasti použitia

Zliatiny titánu vo forme plechov, dosiek, tyčí, drôtov, odliatkov nachádzajú uplatnenie na priemyselných, leteckých, rekreačných a rozvíjajúcich sa trhoch. Práškový titán sa používa v pyrotechnike ako zdroj jasne horiacich častíc.

Pretože zliatiny titánu majú vysoký pomer pevnosti v ťahu k hustote, vysokú odolnosť proti korózii, odolnosť proti únave, vysokú odolnosť proti praskaniu a schopnosť odolávať stredne vysokým teplotám, používajú sa v lietadlách, pancieroch, lodiach, kozmických lodiach a raketách.

Pre tieto aplikácie je titán legovaný hliníkom, zirkónom, niklom, vanádom a ďalšími prvkami na výrobu rôznych komponentov vrátane kritických konštrukčných prvkov, protipožiarnych stien, podvozkov, výfukových potrubí (vrtuľníky) a hydraulických systémov. V skutočnosti sa asi dve tretiny vyrobeného titánu použijú v letecké motory a rámy.

Keďže zliatiny titánu sú odolné voči korózii morskou vodou, používajú sa na výrobu vrtuľových hriadeľov, armatúr výmenníkov tepla atď. Tieto zliatiny sa používajú v krytoch a komponentoch zariadení na pozorovanie a monitorovanie oceánov pre vedu a armádu.

Špecifické zliatiny sa pre ich vysokú pevnosť používajú v vrtoch a ropných vrtoch a hydrometalurgii niklu. Celulózový a papierenský priemysel používa titán v procesných zariadeniach vystavených drsnému prostrediu, ako je chlórnan sodný alebo mokrý plynný chlór (pri bielení). Medzi ďalšie aplikácie patrí ultrazvukové zváranie, spájkovanie vlnou.

Okrem toho sa tieto zliatiny používajú v automobiloch, najmä v automobilových a motocyklových pretekoch, kde je dôležitá nízka hmotnosť, vysoká pevnosť a tuhosť.

Titán sa používa v mnohých športových tovaroch: tenisové rakety, golfové palice, lakrosové valce; kriketové, hokejové, lakrosové a futbalové prilby, ako aj rámy a komponenty bicyklov.

Vďaka svojej odolnosti sa titán stal obľúbenejším pre dizajnérske šperky (najmä titánové prstene). Vďaka svojej inertnosti je dobrou voľbou pre ľudí s alergiami alebo pre tých, ktorí budú nosiť šperky v prostredí, ako sú bazény. Titán je tiež legovaný zlatom, aby sa vytvorila zliatina, ktorá sa môže predávať ako 24 karátové zlato, pretože 1 % legovaného Ti nestačí na to, aby sa vyžadovala nižšia kvalita. Výsledná zliatina má tvrdosť približne 14 karátového zlata a je pevnejšia ako čisté 24 karátové zlato.

Preventívne opatrenia

Titán je netoxický ani vo vysokých dávkach. Vo forme prášku alebo ako kovové hobliny predstavuje vážne nebezpečenstvo požiaru a pri zahrievaní na vzduchu nebezpečenstvo výbuchu.

Vlastnosti a aplikácie zliatin titánu

Nižšie je uvedený prehľad najčastejšie sa vyskytujúcich zliatin titánu, ktoré sú rozdelené do tried, ich vlastností, výhod a priemyselných aplikácií.

7. trieda

Stupeň 7 je mechanicky a fyzikálne ekvivalentný čistému titánu stupňa 2, s výnimkou pridania medziľahlého prvku paládia, vďaka čomu ide o zliatinu. Má vynikajúcu zvárateľnosť a elasticitu, najväčšiu odolnosť proti korózii zo všetkých zliatin tohto typu.

Trieda 7 sa používa v chemických procesoch a pri výrobe komponentov zariadení.

11. ročník

Stupeň 11 je veľmi podobný ako Stupeň 1, s výnimkou pridania paládia na zlepšenie odolnosti proti korózii, čo z neho robí zliatinu.

Ďalšie užitočné vlastnosti zahŕňajú optimálnu ťažnosť, pevnosť, húževnatosť a vynikajúcu zvárateľnosť. Táto zliatina môže byť použitá najmä v aplikáciách, kde je problémom korózia:

chemické spracovanie;
výroba chlorečnanov;
odsoľovanie;
námorné aplikácie.

Ti 6Al-4V trieda 5

Najčastejšie sa používa zliatina Ti 6Al-4V alebo titán triedy 5. Predstavuje 50 % celkovej spotreby titánu na celom svete.

Jednoduché použitie spočíva v jeho mnohých výhodách. Ti 6Al-4V je možné tepelne spracovať, aby sa zvýšila jeho pevnosť. Táto zliatina má vysokú pevnosť pri nízkej hmotnosti.

Toto je najlepšia zliatina na použitie vo viacerých odvetviach ako je letecký, medicínsky, námorný a chemický spracovateľský priemysel. Dá sa použiť na vytvorenie:

letecké turbíny;
komponenty motora;
konštrukčné prvky lietadiel;
spojovacie prvky pre letectvo;
vysokovýkonné automatické diely;
športové vybavenie.

Ti 6AL-4V ELI trieda 23

23. stupeň - chirurgický titán. Ti 6AL-4V ELI, alebo Grade 23, je verzia Ti 6Al-4V s vyššou čistotou. Môže byť vyrobený z kotúčov, prameňov, drôtov alebo plochých drôtov. to najlepšia voľba pre každú situáciu, kde sa vyžaduje kombinácia vysokej pevnosti, nízkej hmotnosti, dobrej odolnosti proti korózii a vysokej húževnatosti. Má vynikajúcu odolnosť proti poškodeniu.

Môže byť použitý v biomedicínskych aplikáciách, ako sú implantovateľné komponenty vďaka svojej biokompatibilite, dobrej únavovej pevnosti. Môže sa tiež použiť pri chirurgických zákrokoch na výrobu týchto konštrukcií:

ortopedické kolíky a skrutky;
svorky na ligatúru;
chirurgické svorky;
pružiny;
ortodontické prístroje;
kryogénne nádoby;
zariadenia na fixáciu kostí.

12. ročník

Titán triedy 12 má vynikajúcu zvárateľnosť vysokej kvality. Je to zliatina s vysokou pevnosťou, ktorá poskytuje dobrú pevnosť pri vysokých teplotách. Titán triedy 12 má vlastnosti podobné nehrdzavejúcej oceli série 300.

Jeho schopnosť tvarovať sa rôznymi spôsobmi ho robí užitočným v mnohých aplikáciách. Vysoká odolnosť tejto zliatiny proti korózii ju robí neoceniteľnou aj pre výrobné zariadenia. Trieda 12 sa môže použiť v nasledujúcich odvetviach:

tepelné výmenníky;
hydrometalurgické aplikácie;
chemická výroba so zvýšenou teplotou;
námorné a vzdušné zložky.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2,5Sn je zliatina, ktorá môže poskytnúť dobrú zvárateľnosť so stabilitou. Má tiež vysokú teplotnú stabilitu a vysokú pevnosť.

Ti 5Al-2,5Sn sa používa hlavne v leteckom priemysle, ako aj v kryogénnych zariadeniach.

Mnohí sa zaujímajú o trochu tajomný a nie úplne pochopený titán - kov, ktorého vlastnosti sú trochu nejednoznačné. Kov je zároveň najsilnejší a zároveň najkrehkejší.

Najpevnejší a najkrehkejší kov

Objavili ho dvaja vedci s rozdielom 6 rokov - Angličan W. Gregor a Nemec M. Klaproth. Meno titána sa spája na jednej strane s bájnymi titánmi, nadprirodzenými a nebojácnymi, na druhej strane s Titaniou, kráľovnou víl.
Je to jeden z najbežnejších materiálov v prírode, ale proces získavania čistého kovu je obzvlášť náročný.

22 chemický prvok tabuľky D. Mendelejeva Titán (Ti) patrí do 4. skupiny 4. periódy.

Farba titánu je striebristo biela s výrazným leskom. Jeho odlesky sa trblietajú všetkými farbami dúhy.

Toto je jeden z žiaruvzdorné kovy. Topí sa pri +1660°C (±20°). Titán je paramagnetický: nie je magnetizovaný v magnetickom poli a nie je z neho vytláčaný.
Kov sa vyznačuje nízkou hustotou a vysokou pevnosťou. Ale zvláštnosť tohto materiálu spočíva v tom, že aj minimálne nečistoty iných chemických prvkov radikálne menia jeho vlastnosti. V prítomnosti nevýznamného podielu iných kovov stráca titán svoju tepelnú odolnosť a minimum nekovových látok v jeho zložení robí zliatinu krehkou.
Táto vlastnosť určuje prítomnosť 2 typov materiálu: čistého a technického.

Čistý titán sa používa tam, kde sa vyžaduje veľmi ľahká látka, ktorá vydrží veľké zaťaženie a extrémne vysoké teplotné rozsahy.
Technický materiál sa používa tam, kde sa cenia parametre ako ľahkosť, pevnosť a odolnosť proti korózii.

Látka má vlastnosť anizotropie. To znamená, že kov môže zmeniť svoje fyzicka charakteristika na základe vynaloženého úsilia. Táto vlastnosť by sa mala brať do úvahy pri plánovaní použitia materiálu.

Titán stráca svoju silu pri najmenšej prítomnosti nečistôt iných kovov v ňom.

Vykonané štúdie vlastností titánu za normálnych podmienok potvrdzujú jeho inertnosť. Látka nereaguje na prvky v okolitej atmosfére.
Zmena parametrov začína, keď teplota stúpne na +400°C a viac. Titán reaguje s kyslíkom, môže sa vznietiť v dusíku, pohlcuje plyny.
Tieto vlastnosti sťažujú získanie čistá substancia a jeho zliatiny. Výroba titánu je založená na použití drahých vákuových zariadení.

Titán a konkurencia s inými kovmi

Tento kov sa neustále porovnáva s hliníkom a zliatinami železa. Mnohé z chemických vlastností titánu sú výrazne lepšie ako u konkurentov:

Pokiaľ ide o mechanickú pevnosť, titán prevyšuje železo 2-krát a hliník 6-krát. Jeho pevnosť stúpa s klesajúcou teplotou, čo u konkurentov nepozorujeme.
Antikorózne vlastnosti titánu sú výrazne vyššie ako vlastnosti iných kovov.
Pri teplote okolia je kov absolútne inertný. Ale keď teplota stúpne nad +200 ° C, látka začne absorbovať vodík, čím sa zmení jeho charakteristika.
Pri vyšších teplotách titán reaguje s inými chemickými prvkami. Má vysokú špecifickú pevnosť, ktorá je 2-krát vyššia ako vlastnosti najlepších zliatin železa.
Antikorózne vlastnosti titánu výrazne prevyšujú vlastnosti hliníka a nehrdzavejúcej ocele.
Látka je zlým vodičom elektriny. Titán má 5-krát väčší odpor ako železo, 20-krát väčší odpor ako hliník a 10-krát väčší odpor ako horčík.
Titán sa vyznačuje nízkou tepelnou vodivosťou, je to spôsobené nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti. Je to 3-krát menej ako železo a 12-krát menej ako hliník.

Ako sa titán získava?

Materiál zaujíma 10. miesto z hľadiska distribúcie v prírode. Existuje asi 70 minerálov obsahujúcich titán vo forme kyseliny titaničitej alebo jej oxidu. Najbežnejšie z nich a obsahujúce vysoké percento kovových derivátov:

ilmenit;
rutil;
anatas;
perovskit;
brookit.

Hlavné ložiská titánových rúd sa nachádzajú v USA, Veľkej Británii, Japonsku, veľké ložiská z nich boli objavené v Rusku, na Ukrajine, v Kanade, Francúzsku, Španielsku a Belgicku.

Ťažba titánu je nákladný a pracovne náročný proces

Získanie kovu z nich je veľmi drahé. Vedci vyvinuli 4 spôsoby výroby titánu, z ktorých každý funguje a efektívne sa používa v priemysle:

Magnéziová metóda. Vyťažené suroviny obsahujúce titánové nečistoty sa spracujú a získa sa oxid titaničitý. Táto látka podlieha chlorácii v banských alebo soľných chlorátoroch pri zvýšenej teplotný režim. Proces je veľmi pomalý a uskutočňuje sa v prítomnosti uhlíkového katalyzátora. V tomto prípade sa pevný oxid premieňa na plynnú látku - chlorid titaničitý. Výsledný materiál sa redukuje horčíkom alebo sodíkom. Zliatina vytvorená počas reakcie sa podrobí zahrievaniu vo vákuovej jednotke na ultra vysoké teploty. V dôsledku reakcie dochádza k odparovaniu horčíka a jeho zlúčenín s chlórom. Na konci procesu sa získa materiál podobný špongii. Roztaví sa a získa sa vysoko kvalitný titán.
Hydridovo-vápenatá metóda. Ruda sa podrobí chemickej reakcii a získa sa hydrid titánu. Ďalšou fázou je oddelenie látky na zložky. Pri zahrievaní vo vákuových zariadeniach sa uvoľňuje titán a vodík. Na konci procesu sa získa oxid vápenatý, ktorý sa premyje slabými kyselinami. Prvé dva spôsoby sa týkajú priemyselnej výroby. Umožňujú získať čistý titán v čo najkratšom čase pri relatívne nízkych nákladoch.
metóda elektrolýzy. Zlúčeniny titánu sú vystavené vysokému prúdu. V závislosti od suroviny sa zlúčeniny delia na zložky: chlór, kyslík a titán.
Jodidová metóda alebo rafinácia. Oxid titaničitý získaný z minerálov sa zalieva parami jódu. V dôsledku reakcie sa vytvára jodid titánu, ktorý sa zahrieva na vysokú teplotu - + 1300 ... + 1400 ° C a pôsobí naň elektrickým prúdom. Súčasne sú zo zdrojového materiálu izolované zložky: jód a titán. Kov získaný touto metódou nemá žiadne nečistoty a prísady.

Oblasti použitia

Použitie titánu závisí od stupňa jeho čistenia od nečistôt. Prítomnosť aj malého množstva iných chemických prvkov v zložení titánovej zliatiny radikálne mení jej fyzikálne a mechanické vlastnosti.

Titán s určitým množstvom nečistôt sa nazýva technický. Má vysokú mieru odolnosti proti korózii, je to ľahký a veľmi odolný materiál. Jeho aplikácia závisí od týchto a ďalších ukazovateľov.

V chemickom priemysle titán a jeho zliatiny sa používajú na výrobu výmenníkov tepla, rúr rôznych priemerov, armatúr, krytov a častí čerpadiel na rôzne účely. Látka je nepostrádateľná na miestach, kde sa vyžaduje vysoká pevnosť a odolnosť voči kyselinám.
Na preprave titán sa používa na výrobu dielov a zostáv bicyklov, automobilov, železničné vagóny a kompozície. Použitie materiálu znižuje hmotnosť koľajových vozidiel a vozidiel a robí časti bicyklov ľahkými a odolnými.
Titán je dôležitý v námornom oddelení. Vyrábajú sa z neho časti a prvky trupov ponoriek, vrtule pre člny a vrtuľníky.
V stavebníctve používa sa zliatina zinku a titánu. Používa sa ako dokončovací materiál na fasády a strechy. Táto veľmi pevná zliatina má dôležitú vlastnosť: dá sa z nej vyrobiť architektonické detaily tej najfantastickejšej konfigurácie. Môže mať akúkoľvek formu.
V poslednom desaťročí sa vo veľkej miere používa titán v ropnom priemysle. Jeho zliatiny sa používajú pri výrobe zariadení na ultra hlboké vŕtanie. Materiál sa používa na výrobu zariadení na ťažbu ropy a plynu na pobrežných šelfoch.

Titán má veľmi široké využitie.

Čistý titán má svoje využitie. Je potrebná tam, kde sa vyžaduje odolnosť voči vysokým teplotám a zároveň musí byť zachovaná pevnosť kovu.

Aplikuje sa v :

letecký a kozmický priemysel na výrobu častí plášťa, trupov, spojovacích prvkov, podvozkov;
lieky na protetiku a výrobu srdcových chlopní a iných zariadení;
technika pre prácu v kryogénnej oblasti (tu využívajú vlastnosť titánu - s poklesom teploty sa zvyšuje pevnosť kovu a nestráca sa jeho plasticita).

V percentách je použitie titánu na výrobu rôzne materiály vyzerá takto:

60% sa používa na výrobu farby;
plast spotrebuje 20%;
13 % sa používa pri výrobe papiera;
strojárstvo spotrebuje 7 % výsledného titánu a jeho zliatin.

Suroviny a proces získavania titánu sú drahé, náklady na jeho výrobu sú kompenzované a splácané životnosťou výrobkov z tejto látky, jej schopnosťou nemeniť svoj vzhľad počas celej doby prevádzky.

Najvýznamnejšie pre Národné hospodárstvo existovali a stále existujú zliatiny a kovy, ktoré spájajú ľahkosť a pevnosť. Titán patrí do tejto kategórie materiálov a navyše má výbornú odolnosť proti korózii.

Titán je prechodný kov 4. skupiny 4. periódy. Jeho molekulová hmotnosť je iba 22, čo naznačuje ľahkosť materiálu. Látka sa zároveň vyznačuje mimoriadnou pevnosťou: spomedzi všetkých konštrukčných materiálov má najvyššiu špecifickú pevnosť titán. Farba je striebristo biela.

Čo je titán, video nižšie prezradí:

Koncept a vlastnosti

Titán je celkom bežný - zaujíma 10. miesto z hľadiska obsahu v zemskej kôre. Zvýraznite však naozaj čistý kov podarilo až v roku 1875. Predtým sa látka získavala buď s nečistotami, alebo sa jej zlúčeniny nazývali kovový titán. Tento zmätok viedol k tomu, že zlúčeniny kovov sa používali oveľa skôr ako samotný kov.

Je to spôsobené zvláštnosťou materiálu: najvýznamnejšie nečistoty výrazne ovplyvňujú vlastnosti látky, niekedy ju úplne zbavujú jej prirodzených vlastností.

Najmenšia frakcia iných kovov teda zbavuje titán tepelnej odolnosti, čo je jedna z jeho cenných vlastností. A malý prídavok nekovu zmení odolný materiál na krehký a nevhodný na použitie.

Táto vlastnosť okamžite rozdelila výsledný kov do 2 skupín: technický a čistý.

Prvý sa používajú v prípadoch, kde je najviac potrebná pevnosť, ľahkosť a odolnosť proti korózii, keďže titán nikdy nestráca svoju poslednú kvalitu.
Materiál vysokej čistoty používa sa tam, kde je potrebný materiál, ktorý funguje pri veľmi vysokej záťaži a vysokých teplotách, no zároveň je ľahký. Toto je, samozrejme, veda o lietadlách a raketách.

Druhou zvláštnosťou hmoty je anizotropia. Niektoré z jeho fyzikálnych kvalít sa menia v závislosti od pôsobenia síl, ktoré treba pri aplikácii brať do úvahy.

Za normálnych podmienok je kov inertný, nekoroduje ani v morskej vode, ani v morskom či mestskom vzduchu. Navyše ide o biologicky najinertnejšiu známu látku, vďaka ktorej sú titánové protézy a implantáty široko používané v medicíne.

Zároveň, keď teplota stúpa, začne reagovať s kyslíkom, dusíkom a dokonca aj s vodíkom a absorbuje plyny v kvapalnej forme. Táto nepríjemná vlastnosť mimoriadne sťažuje získanie samotného kovu, ako aj výrobu zliatin na jeho báze.

Toto je možné len pri použití vákuového zariadenia. Najzložitejší výrobný proces zmenil celkom bežný prvok na veľmi drahý.

Lepenie s inými kovmi

Titán zaujíma medzipolohu medzi ďalšími dvoma známymi konštrukčnými materiálmi - hliníkom a železom, alebo skôr zliatinami železa. V mnohých ohľadoch je kov lepší ako jeho „konkurenti“:

mechanická pevnosť titánu je 2-krát vyššia ako u železa a 6-krát vyššia ako u hliníka. V tomto prípade sa pevnosť zvyšuje s klesajúcou teplotou;
odolnosť proti korózii je oveľa vyššia ako u železa a dokonca aj hliníka;
Pri normálnych teplotách je titán inertný. Keď však vystúpi na 250 C, začne absorbovať vodík, čo ovplyvňuje vlastnosti. Pokiaľ ide o chemickú aktivitu, je horší ako horčík, ale, bohužiaľ, prevyšuje železo a hliník;
kov vedie elektrinu oveľa slabšie: jeho elektrický odpor je 5-krát vyšší ako odpor železa, 20-krát vyšší ako odpor hliníka a 10-krát vyšší ako odpor horčíka;
tepelná vodivosť je tiež oveľa nižšia: 3-krát menšia ako železo 1 a 12-krát menšia ako hliník. Táto vlastnosť má však za následok veľmi nízky koeficient tepelnej rozťažnosti.

Klady a zápory

V skutočnosti má titán veľa nevýhod. Ale kombinácia sily a ľahkosti je taká žiadaná, že ani zložitý spôsob výroby, ani potreba výnimočnej čistoty nezastavia spotrebiteľov kovov.

Nepochybné výhody látky zahŕňajú:

nízka hustota, čo znamená veľmi nízku hmotnosť;
výnimočná mechanická pevnosť ako samotného titánu, tak aj jeho zliatin. S rastúcou teplotou zliatiny titánu prekonávajú všetky zliatiny hliníka a horčíka;
pomer pevnosti a hustoty - špecifická pevnosť dosahuje 30–35, čo je takmer 2-krát viac ako u najlepších konštrukčných ocelí;
na vzduchu je titán potiahnutý tenkou vrstvou oxidu, ktorá poskytuje vynikajúcu odolnosť proti korózii.

Kov má aj svoje nevýhody:

Odolnosť proti korózii a inertnosť sa vzťahuje len na neaktívne povrchové produkty. Napríklad titánový prach alebo hobliny sa samovoľne vznietia a horia pri teplote 400 C;
veľmi zložitý spôsob získavania kovového titánu poskytuje veľmi vysoké náklady. Materiál je oveľa drahší ako železo, alebo;
schopnosť absorbovať atmosférické plyny so zvyšujúcou sa teplotou vyžaduje použitie vákuového zariadenia na tavenie a získavanie zliatin, čo tiež výrazne zvyšuje náklady;
titán má slabé antifrikčné vlastnosti - nefunguje na trenie;
kov a jeho zliatiny sú náchylné na vodíkovú koróziu, ktorej je ťažké zabrániť;
titán sa ťažko obrába. Zváranie je tiež náročné kvôli fázovému prechodu pri zahrievaní.

Titánová doska (foto)

Vlastnosti a charakteristiky

Silne závislá na čistote. Referenčné údaje samozrejme popisujú čistý kov, ale vlastnosti technického titánu sa môžu výrazne líšiť.

Hustota kovu pri zahriatí klesá z 4,41 na 4,25 g/cm 3. Fázový prechod mení hustotu len o 0,15 %.
Teplota topenia kovu je 1668 C. Teplota varu je 3227 C. Titán je žiaruvzdorná látka.
Pevnosť v ťahu je v priemere 300 - 450 MPa, ale toto číslo sa môže zvýšiť na 2 000 MPa pomocou vytvrdzovania a starnutia, ako aj zavedením ďalších prvkov.
Na stupnici HB je tvrdosť 103 a to nie je limit.
Tepelná kapacita titánu je nízka - 0,523 kJ/(kg K).
Merný elektrický odpor - 42,1 10 -6 ohm cm.
Titán je paramagnet. S klesajúcou teplotou sa znižuje jeho magnetická susceptibilita.
Kov ako celok sa vyznačuje ťažnosťou a kujnosťou. Tieto vlastnosti sú však silne ovplyvnené kyslíkom a dusíkom v zliatine. Oba prvky spôsobujú, že materiál je krehký.

Látka je odolná voči mnohým kyselinám, vrátane dusičnej, sírovej v nízkych koncentráciách a takmer všetkým organickým kyselinám okrem mravčej. Táto kvalita zabezpečuje, že titán je žiadaný v chemickom, petrochemickom, papierenskom priemysle atď.

Štruktúra a zloženie

Titán - aj keď ide o prechodný kov a jeho elektrický odpor je nízky, napriek tomu je to kov a vedie elektrický prúd, čo znamená usporiadanú štruktúru. Po zahriatí na určitú teplotu sa štruktúra zmení:

do 883 C je α-fáza stabilná s hustotou 4,55 g / cu. pozri Vyznačuje sa hustou šesťhrannou mriežkou. Kyslík sa v tejto fáze rozpúšťa za vzniku intersticiálnych roztokov a stabilizuje α-modifikáciu - posúva teplotnú hranicu;
nad 883 C je β-fáza s kubickou mriežkou centrovanou na telo stabilná. Jeho hustota je o niečo nižšia - 4,22 g / cu. viď.vodík stabilizuje túto štruktúru - keď je rozpustený v titáne, vznikajú aj intersticiálne roztoky a hydridy.

Táto vlastnosť veľmi sťažuje prácu hutníka. Rozpustnosť vodíka prudko klesá, keď sa titán ochladí a v zliatine sa vyzráža hydridovodík, γ-fáza.

Pri zváraní spôsobuje trhliny za studena, takže výrobcovia musia po roztavení kovu pracovať mimoriadne tvrdo, aby ho očistili od vodíka.

O tom, kde nájdete a ako vyrobiť titán, povieme nižšie.

Toto video je venované popisu titánu ako kovu:

Výroba a ťažba

Titán je veľmi bežný, takže s rudami obsahujúcimi kov a v pomerne veľkých množstvách nie sú žiadne ťažkosti. Surovinou sú rutil, anatas a brookit - oxid titaničitý v rôznych modifikáciách, ilmenit, pyrofanit - zlúčeniny so železom a pod.

Je to však zložité a vyžaduje si drahé vybavenie. Spôsoby získavania sú trochu odlišné, pretože zloženie rudy je odlišné. Napríklad schéma získavania kovu z ilmenitových rúd vyzerá takto:

získavanie titánovej trosky - hornina sa vloží do elektrickej oblúkovej pece spolu s redukčným činidlom - antracitom, drevené uhlie a zahreje sa na 1650 C. Súčasne sa oddelí železo, ktoré sa používa na získanie liatiny a oxidu titaničitého v troske;
troska sa chlóruje v banských alebo soľných chlorátoroch. Podstatou procesu je premena pevného oxidu na plynný chlorid titaničitý;
v odporových peciach v špeciálnych bankách sa kov redukuje sodíkom alebo horčíkom z chloridu. V dôsledku toho sa získa jednoduchá hmota - titánová špongia. Ide o technický titán, ktorý je celkom vhodný napríklad na výrobu chemických zariadení;
ak je potrebný čistejší kov, uchýlia sa k rafinácii - v tomto prípade kov reaguje s jódom, aby sa získal plynný jodid, a ten sa vplyvom teploty - 1300 - 1400 C a elektrického prúdu rozkladá a uvoľňuje čistý titán. Elektrina sa privádza cez titánový drôt natiahnutý v retorte, na ktorý sa nanáša čistá látka.

Na získanie titánových ingotov sa titánová špongia roztaví vo vákuovej peci, aby sa zabránilo rozpúšťaniu vodíka a dusíka.

Cena titánu za 1 kg je veľmi vysoká: v závislosti od stupňa čistoty stojí kov od 25 do 40 dolárov za 1 kg. Na druhej strane, prípad prístroja z nehrdzavejúcej ocele odolnej voči kyselinám bude stáť 150 rubľov. a nebude trvať dlhšie ako 6 mesiacov. Titán bude stáť asi 600 r, ale prevádzkuje sa 10 rokov. V Rusku je veľa zariadení na výrobu titánu.

Oblasti použitia

Vplyv stupňa čistenia na fyzikálne a mechanické vlastnosti nás núti uvažovať o ňom z tohto hľadiska. Takže technický, to znamená nie najčistejší kov, má vynikajúcu odolnosť proti korózii, ľahkosť a pevnosť, čo určuje jeho použitie:

chemický priemysel– výmenníky tepla, potrubia, plášte, časti čerpadiel, armatúry atď. Materiál je nevyhnutný v oblastiach, kde sa vyžaduje odolnosť voči kyselinám a pevnosť;
dopravný priemysel- látka sa používa na výrobu vozidiel od vlakov po bicykle. V prvom prípade kov poskytuje menšiu hmotnosť zlúčenín, čo zefektívňuje trakciu, v druhom prípade dodáva ľahkosť a pevnosť, nie nadarmo sa titánový rám bicykla považuje za najlepší;
námorné záležitosti- titán sa používa na výrobu výmenníkov tepla, tlmičov výfuku pre ponorky, ventilov, vrtúľ atď.
v výstavbyširoko používaný - titán - vynikajúci materiál na dokončenie fasád a striech. Spolu s pevnosťou zliatina poskytuje ďalšiu výhodu dôležitú pre architektúru - schopnosť dať výrobkom najbizarnejšiu konfiguráciu, možnosť tvarovania zliatiny je neobmedzená.

Čistý kov je tiež veľmi odolný voči vysokým teplotám a zachováva si svoju pevnosť. Aplikácia je jasná:

raketový a letecký priemysel - vyrába sa z neho plášť. Časti motora, spojovacie prvky, časti podvozku atď.;
medicína - biologická inertnosť a ľahkosť robia z titánu oveľa perspektívnejší materiál pre protetiku, až po srdcové chlopne;
kryogénna technológia - titán je jednou z mála látok, ktoré pri poklese teploty iba zosilnejú a nestrácajú plasticitu.

titán - konštrukčný materiál najvyššiu pevnosť s takou ľahkosťou a ťažnosťou. Tieto jedinečné vlastnosti mu zabezpečujú čoraz dôležitejšiu úlohu v národnom hospodárstve.

Video nižšie vám povie, kde získať titán pre nôž:

Titán - kov víly. Živel je aspoň pomenovaný po kráľovnej týchto mýtických stvorení. Titania, rovnako ako všetci jej príbuzní, sa vyznačovala vzdušnosťou.

Víly môžu lietať nielen s krídlami, ale aj s nízkou hmotnosťou. Titán je tiež ľahký. Hustota prvku je najmenšia spomedzi kovov. Tu končí podobnosť s vílami a začína čistá veda.

Chemické a fyzikálne vlastnosti titánu

Titán je prvok strieborno-bielej farby, s výrazným leskom. V odleskoch kovu môžete vidieť ružovú, modrú a červenú. Trblietanie sa všetkými farbami dúhy je charakteristickým znakom 22. prvku.

Jeho vyžarovanie je vždy jasné, pretože odolné voči titánu ku korózii. Materiál je pred ním chránený oxidovým filmom. Vytvára sa na povrchu pri štandardnej teplote.

Výsledkom je, že korózia kovov nie je strašná ani na vzduchu, ani vo vode, alebo napríklad vo väčšine agresívnych prostredí. Tak chemici nazývali zmes koncentrovaných a kyselín.

22. prvok sa topí pri 1 660 stupňoch Celzia. Ukázalo sa, titán - neželezný kovžiaruvzdorná skupina. Materiál začne horieť skôr, ako zmäkne.

Pri 1200 stupňoch sa objaví biely plameň. Látka vrie pri 3260 stupňoch Celzia. Roztopením prvku sa stáva viskóznym. Musíte použiť špeciálne činidlá, ktoré zabraňujú lepeniu.

Ak je tekutá hmota kovu viskózna a lepkavá, potom je titán v práškovom stave výbušný. Aby „bomba“ fungovala, stačí nahriatie na 400 stupňov Celzia. Pri prijímaní tepelnej energie ju prvok zle prenáša.

Titán sa tiež nepoužíva ako elektrický vodič. Materiál je však cenený pre svoju pevnosť. V kombinácii s nízkou hustotou a hmotnosťou je užitočný v mnohých priemyselných odvetviach.

Chemicky je titán pomerne aktívny. Tak či onak, kov interaguje s väčšinou prvkov. Výnimky: - inertné plyny, , sodík, draslík, , vápnik a .

Takéto malé množstvo látok ľahostajných k titánu komplikuje proces získavania čistého prvku. Nie je ľahké vyrábať a zliatiny titánových kovov. Priemyselníci sa to však naučili robiť. Praktické využitie zmesí na báze 22. látky je príliš vysoké.

Aplikácia titánu

Montáž lietadiel a rakiet – tam sa to hodí v prvom rade titán. Kúpiť kov potrebné na zvýšenie tepelnej odolnosti a tepelnej odolnosti trupu. Tepelná odolnosť - odolnosť voči vysokým teplotám.

Sú napríklad nevyhnutné pri zrýchľovaní rakety v atmosfére. Tepelná odolnosť je zachovanie väčšiny mechanických vlastností zliatiny v „ohnivých“ podmienkach. Teda s titánom výkonnostné charakteristiky detaily sa nemenia v závislosti od podmienok prostredia.

Vhod príde aj odolnosť 22. kovu voči korózii. Táto vlastnosť je dôležitá nielen pri výrobe strojov. Prvok ide do baniek a iného náčinia pre chemické laboratóriá, stáva sa surovinou pre šperky.

Suroviny nie sú lacné. Vo všetkých odvetviach sú však náklady splácané životnosťou titánových výrobkov, ich schopnosťou zachovať si svoj pôvodný vzhľad.

Takže séria jedál od petrohradskej spoločnosti "Neva" "Kovový titán". PK“ vám umožňuje používať pri vyprážaní kovové lyžice. Zničili by teflón, poškriabali ho. Titánový povlak nie je ovplyvnený útokmi ocele a hliníka.

To sa mimochodom týka aj šperkov. Prsteň vyrobený zo zlata alebo zlata sa dá ľahko poškriabať. Titánové modely zostávajú hladké po celé desaťročia. Preto sa 22. prvok začal považovať za surovinu pre svadobné obrúčky.

Panvica "Titan Metal"ľahké, ako riad s teflónom. 22. prvok je len o niečo ťažší ako hliník. To inšpirovalo nielen predstaviteľov ľahký priemysel ale aj automobilových špecialistov. Nie je žiadnym tajomstvom, že autá majú množstvo hliníkových dielov.

Sú potrebné na zníženie hmotnosti dopravy. Ale titán je silnejší. Čo sa týka reprezentatívnych áut, automobilový priemysel takmer úplne prešiel na používanie 22. kovu.

Diely vyrobené z titánu a jeho zliatin znižujú hmotnosť motora vnútorné spaľovanie o 30 %. Púzdro je tiež odľahčené, avšak cena rastie. Hliník je stále lacnejší.

Pevný "Neva Metal Titan", recenzie o ktorom je ponechané spravidla znamienko plus, vyrába riad. Automobilové značky používajú titán pre autá. dať prvku tvar prsteňov, náušníc a náramkov. V tejto sérii presunov nie je dostatok lekárskych spoločností.

22. kov je surovinou pre protézy a chirurgické nástroje. Výrobky nemajú takmer žiadne póry, takže sa ľahko sterilizujú. Okrem toho titán, ktorý je ľahký, znesie obrovské zaťaženie. Čo je ešte potrebné, ak sa napríklad namiesto kolenných väzov umiestni cudzia časť?

Absenciu pórov v materiáli oceňujú úspešní reštaurátori. Dôležitá je čistota skalpelov chirurga. Dôležitá je však aj čistota pracovných plôch kuchárov. Aby bolo jedlo bezpečné, krája sa a dusí na titánových stoloch.

Neškriabu a ľahko sa čistia. Zariadenia na strednej úrovni spravidla používajú oceľové náčinie, ktoré má však nižšiu kvalitu. V reštauráciách s michelinskými hviezdami je preto vybavenie titánové.

Ťažba titánu

Prvok patrí medzi 20 najbežnejších na Zemi a je presne v strede rebríčka. Podľa hmotnosti zemskej kôry je obsah titánu 0,57%. Na liter morskej vody pripadá 0,001 miligramu 24. kovu. Bridlice a íly prvku obsahujú 4,5 kilogramu na tonu.

V kyslých horninách, ktoré sú bohaté na oxid kremičitý, predstavuje titán 2,3 kilogramu na tisíc. V hlavných ložiskách vytvorených z magmy má 22. kov asi 9 kilogramov na tonu. Najmenej titánu ukrývajú ultramafické horniny s 30% obsahom oxidu kremičitého – 300 gramov na 1 000 kilogramov surovín.

Napriek prevalencii v prírode sa v nej čistý titán nenachádza. Materiálom na získanie 100% kovu bol jeho jodid. Tepelný rozklad látky vykonali Arkel a De Boer. Toto sú holandskí chemici. Experiment bol úspešný v roku 1925. V 50. rokoch 20. storočia sa začala masová výroba.

Súčasníci spravidla extrahujú titán z jeho oxidu. Ide o minerál nazývaný rutil. Má najmenšie množstvo cudzích nečistôt. Vyzerajú ako titanit a.

Pri spracovaní ilmenitových rúd zostáva troska. Je to on, kto slúži ako materiál na získanie 22. prvku. Na výstupe je pórovitý. Sekundárne pretavovanie musíme vykonávať vo vákuových peciach s prídavkom.

Pri práci s oxidom titaničitým sa do neho pridáva horčík a chlór. Zmes sa zahrieva vo vákuových sušiarňach. Teplota sa zvyšuje, kým sa všetky nadbytočné prvky neodparia. Zostáva na dne nádob čistý titán. Metóda sa nazýva horčíková termálna.

Bola vypracovaná aj hydridovo-vápenatá metóda. Je založená na elektrolýze. Vysoký prúd umožňuje, aby sa hydrid kovu rozdelil na titán a vodík. Naďalej sa používa jodidová metóda extrakcie prvku vyvinutá v roku 1925. V 21. storočí je však časovo a najdrahšie, a tak sa naň začína zabúdať.

Cena titánu

Na cena kov titán nastavený na kilogram. Na začiatku roka 2016 je to približne 18 amerických dolárov. Svetový trh s 22. prvkom dosiahol za posledný rok 7 000 000 ton. Najväčšími dodávateľmi sú Rusko a Čína.

Je to kvôli rezervám v nich preskúmaným a vhodným na rozvoj. V druhej polovici roka 2015 začal dopyt po titáne a plechoch klesať.

Kov sa predáva aj vo forme drôtu, rôznych častí, napríklad rúr. Sú oveľa lacnejšie ako akciové ceny. Ale musíte zvážiť, čo je v drahých kameňoch čistý titán a zliatiny na jeho základe sa používajú vo výrobkoch.