Eternal, misteryoso, kosmiko, materyal ng hinaharap - lahat ng ito at marami pang ibang epithets ay itinalaga sa titanium sa iba't ibang mapagkukunan. Ang kasaysayan ng pagtuklas ng metal na ito ay hindi mahalaga: sa parehong oras, maraming mga siyentipiko ang nagtrabaho sa paghihiwalay ng elemento sa dalisay na anyo nito. Ang proseso ng pag-aaral ng pisikal, kemikal na mga katangian at pagtukoy sa mga lugar ng aplikasyon nito ay hindi pa nakumpleto hanggang sa kasalukuyan. Ang Titanium ay ang metal ng hinaharap, ang lugar nito sa buhay ng tao ay hindi pa natutukoy sa wakas, na nagbibigay sa mga modernong mananaliksik ng malaking saklaw para sa pagkamalikhain at siyentipikong pananaliksik.
Katangian
Ang elementong kemikal na titanium (Titanium) ay ipinahiwatig sa periodic table ng D. I. Mendeleev ng simbolong Ti. Ito ay matatagpuan sa pangalawang subgroup ng pangkat IV ng ika-apat na yugto at may serial number 22. Ang simpleng sangkap na titanium ay isang puting-pilak na metal, magaan at matibay. Ang electronic configuration ng isang atom ay may sumusunod na istraktura: +22)2)8)10)2, 1S22S22P 6 3S23P63d24S 2. Alinsunod dito, ang titanium ay may ilang posibleng estado ng oksihenasyon: 2,3, 4, sa pinaka-matatag na compound ito ay tetravalent.
Titanium - haluang metal o metal?
Ang tanong na ito ay kinawiwilihan ng marami. Noong 1910, nakuha ng American chemist Hunter ang unang purong titanium. Ang metal ay naglalaman lamang ng 1% ng mga impurities, ngunit sa parehong oras, ang halaga nito ay naging bale-wala at hindi naging posible upang higit pang pag-aralan ang mga katangian nito. Ang plasticity ng nakuha na sangkap ay nakamit lamang sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura; sa ilalim ng normal na mga kondisyon (temperatura ng silid), ang sample ay masyadong marupok. Sa katunayan, ang elementong ito ay hindi interesado sa mga siyentipiko, dahil ang mga prospect para sa paggamit nito ay tila masyadong hindi sigurado. Ang kahirapan sa pagkuha at pagsasaliksik ay higit na nabawasan ang potensyal para sa aplikasyon nito. Noong 1925 lamang, ang mga chemist mula sa Netherlands I. de Boer at A. Van Arkel ay nakatanggap ng titanium metal, ang mga pag-aari kung saan nakakaakit ng pansin ng mga inhinyero at taga-disenyo sa buong mundo. Ang kasaysayan ng pag-aaral ng elementong ito ay nagsisimula noong 1790, eksakto sa oras na ito, kahanay, nang nakapag-iisa sa bawat isa, natuklasan ng dalawang siyentipiko ang titanium bilang isang elemento ng kemikal. Ang bawat isa sa kanila ay tumatanggap ng isang tambalan (oxide) ng isang sangkap, na nabigong ihiwalay ang metal sa dalisay nitong anyo. Ang nakatuklas ng titanium ay ang English mineralogist na monghe na si William Gregor. Sa teritoryo ng kanyang parokya, na matatagpuan sa timog-kanlurang bahagi ng England, nagsimulang pag-aralan ng batang siyentipiko ang itim na buhangin ng Menaken Valley. Ang resulta ng mga eksperimento na may magnet ay ang paglabas ng makintab na butil, na isang titanium compound. Sa parehong oras sa Alemanya, ang chemist na si Martin Heinrich Klaproth ay naghiwalay ng isang bagong sangkap mula sa mineralrutile. Noong 1797, pinatunayan din niya na ang mga elemento na binuksan nang magkatulad ay magkatulad. Ang titanium dioxide ay naging misteryo sa maraming chemist sa loob ng mahigit isang siglo, at maging si Berzelius ay hindi nakakuha ng purong metal. Ang pinakabagong mga teknolohiya ng ika-20 siglo ay makabuluhang pinabilis ang proseso ng pag-aaral ng nabanggit na elemento at tinukoy ang mga paunang direksyon para sa paggamit nito. Kasabay nito, ang saklaw ng aplikasyon ay patuloy na lumalawak. Tanging ang pagiging kumplikado ng proseso ng pagkuha ng naturang sangkap bilang purong titanium ang maaaring limitahan ang saklaw nito. Ang presyo ng mga haluang metal at metal ay medyo mataas, kaya ngayon ay hindi nito maaaring palitan ang tradisyonal na bakal at aluminyo.
Pinagmulan ng pangalan
Menakin - ang unang pangalan para sa titanium, na ginamit hanggang 1795. Iyon ay kung paano, sa pamamagitan ng teritoryal na kaakibat, tinawag ni W. Gregor ang bagong elemento. Binigyan ni Martin Klaproth ang elemento ng pangalang "titanium" noong 1797. Sa oras na ito, ang kanyang mga kasamahan sa Pransya, na pinamumunuan ng isang medyo kagalang-galang na chemist na si A. L. Lavoisier, ay iminungkahi na pangalanan ang mga bagong natuklasang sangkap alinsunod sa kanilang mga pangunahing katangian. Ang siyentipikong Aleman ay hindi sumang-ayon sa pamamaraang ito, medyo makatwirang naniniwala siya na sa yugto ng pagtuklas ay mahirap matukoy ang lahat ng mga katangian na likas sa isang sangkap at maipakita ang mga ito sa pangalan. Gayunpaman, dapat itong kilalanin na ang terminong intuitively na pinili ni Klaproth ay ganap na tumutugma sa metal - ito ay paulit-ulit na binibigyang diin ng mga modernong siyentipiko. Mayroong dalawang pangunahing teorya para sa pinagmulan ng pangalang titan. Ang metal ay maaaring italaga sa gayon bilang parangal sa elven queen Titania(character ng Germanic mythology). Ang pangalan na ito ay sumasagisag sa parehong liwanag at lakas ng sangkap. Karamihan sa mga siyentipiko ay may hilig na gumamit ng bersyon ng paggamit ng sinaunang mitolohiyang Griyego, kung saan ang mga makapangyarihang anak ng diyosa ng lupa na si Gaia ay tinawag na mga titans. Ang pangalan ng dating natuklasang elemento, ang uranium, ay nagsasalita din sa bersyong ito.
Pagiging nasa kalikasan
Sa mga metal na teknikal na mahalaga sa mga tao, ang titanium ang pang-apat na pinaka-sagana sa crust ng mundo. Tanging ang bakal, magnesiyo at aluminyo ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malaking porsyento sa kalikasan. Ang pinakamataas na nilalaman ng titanium ay nabanggit sa bas alt shell, bahagyang mas mababa sa granite layer. Sa tubig ng dagat, ang nilalaman ng sangkap na ito ay mababa - humigit-kumulang 0.001 mg / l. Ang kemikal na elemento ng titanium ay medyo aktibo, kaya hindi ito matagpuan sa dalisay nitong anyo. Kadalasan, naroroon ito sa mga compound na may oxygen, habang mayroon itong valency na apat. Ang bilang ng mga mineral na naglalaman ng titanium ay nag-iiba mula 63 hanggang 75 (sa iba't ibang mapagkukunan), habang sa kasalukuyang yugto ng pananaliksik, ang mga siyentipiko ay patuloy na nakatuklas ng mga bagong anyo ng mga compound nito. Para sa praktikal na paggamit, ang mga sumusunod na mineral ay pinakamahalaga:
- Ilmenite (FeTiO3).
- Rutile (TiO2).
- Titanit (CaTiSiO5).
- Perovskite (CaTiO3).
- Titanomagnetite (FeTiO3+Fe3O4) atbp.
Lahat ng umiiral na titanium-bearing ores ay nahahati saalluvial at basic. Ang elementong ito ay isang mahinang migrante, maaari lamang itong maglakbay sa anyo ng mga fragment ng bato o gumagalaw na malantik sa ilalim na mga bato. Sa biosphere, ang pinakamalaking halaga ng titanium ay matatagpuan sa algae. Sa mga kinatawan ng terrestrial fauna, ang elemento ay naipon sa mga malibog na tisyu, buhok. Ang katawan ng tao ay nailalarawan sa pagkakaroon ng titanium sa pali, adrenal glandula, inunan, thyroid gland.
Mga pisikal na katangian
Ang
Titanium ay isang non-ferrous na metal na may kulay silvery-white na parang bakal. Sa temperaturang 0 0C, ang density nito ay 4.517 g/cm3. Ang sangkap ay may mababang tiyak na gravity, na karaniwan para sa mga alkali metal (cadmium, sodium, lithium, cesium). Sa mga tuntunin ng density, ang titanium ay sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng bakal at aluminyo, habang ang pagganap nito ay mas mataas kaysa sa parehong mga elemento. Ang mga pangunahing katangian ng mga metal na isinasaalang-alang kapag tinutukoy ang saklaw ng kanilang aplikasyon ay ang lakas at katigasan ng ani. Ang Titanium ay 12 beses na mas malakas kaysa sa aluminyo, 4 na beses na mas malakas kaysa sa bakal at tanso, habang ito ay mas magaan. Ang plasticity ng isang purong sangkap at ang lakas ng ani nito ay ginagawang posible upang maproseso sa mababa at mataas na temperatura, tulad ng sa kaso ng iba pang mga metal, i.e., sa pamamagitan ng riveting, forging, welding, rolling. Ang isang natatanging katangian ng titanium ay ang mababang thermal at electrical conductivity nito, habang ang mga katangiang ito ay pinapanatili sa mataas na temperatura, hanggang sa 500 0С. Sa isang magnetic field, ang titanium ay isang paramagnetic na elemento, hindiay naaakit na parang bakal, at hindi itinutulak palabas na parang tanso. Ang napakataas na anti-corrosion na pagganap sa mga agresibong kapaligiran at sa ilalim ng mekanikal na stress ay natatangi. Higit sa 10 taon na nasa tubig dagat ay hindi nagbago sa hitsura at komposisyon ng titanium plate. Ang bakal sa kasong ito ay ganap na masisira ng kaagnasan.
Thermodynamic properties ng titanium
- Density (sa ilalim ng normal na mga kondisyon) ay 4.54g/cm3.
- Ang atomic number ay 22.
- Pangkat ng metal - matigas ang ulo, magaan.
- Ang atomic mass ng titanium ay 47.0.
- Boiling point (0С) – 3260.
- Molar volume cm3/mol – 10, 6.
- Titanium melting point (0С) – 1668.
- Tiyak na init ng singaw (kJ/mol) – 422, 6.
- Electrical resistance (sa 20 0С) Ohmcm10-6 – 45.
Mga katangian ng kemikal
Ang tumaas na resistensya ng kaagnasan ng elemento ay dahil sa pagbuo ng maliit na oxide film sa ibabaw. Pinipigilan nito (sa ilalim ng normal na mga kondisyon) ang mga reaksiyong kemikal na may mga gas (oxygen, hydrogen) sa nakapaligid na kapaligiran ng isang elemento tulad ng titanium metal. Ang mga katangian nito ay nagbabago sa ilalim ng impluwensya ng temperatura. Kapag tumaas ito sa 600 0С, nangyayari ang isang reaksyon sa pakikipag-ugnayan sa oxygen, na nagreresulta sa pagbuo ng titanium oxide (TiO2). Sa kaso ng pagsipsip ng mga gas sa atmospera, ang mga malutong na compound ay nabuo na walang praktikal na aplikasyon, kung kaya't ang hinang at pagtunaw ng titanium ay isinasagawa sa ilalim ng mga kondisyon ng vacuum. nababaligtad na reaksyonay ang proseso ng hydrogen dissolution sa metal, ito ay nangyayari nang mas aktibo sa pagtaas ng temperatura (mula sa 400 0С at mas mataas). Ang titanium, lalo na ang maliliit na particle nito (manipis na plato o wire), ay nasusunog sa isang nitrogen na kapaligiran. Ang isang kemikal na reaksyon ng pakikipag-ugnayan ay posible lamang sa temperatura na 700 0С, na nagreresulta sa pagbuo ng TiN nitride. Bumubuo ng napakatigas na mga haluang metal na may maraming mga metal, kadalasan bilang isang elemento ng haluang metal. Ito ay tumutugon sa mga halogens (chromium, bromine, yodo) lamang sa pagkakaroon ng isang katalista (mataas na temperatura) at napapailalim sa pakikipag-ugnayan sa isang tuyong sangkap. Sa kasong ito, nabuo ang napakahirap na refractory alloys. Sa mga solusyon ng karamihan sa mga alkali at acid, ang titanium ay hindi aktibo sa kemikal, maliban sa concentrated sulfuric (na may matagal na pagkulo), hydrofluoric, mainit na organic (formic, oxalic).
Mga Deposit
Ang
Ilmenite ores ay ang pinakakaraniwan sa kalikasan - ang kanilang mga reserba ay tinatayang nasa 800 milyong tonelada. Ang mga deposito ng rutile na deposito ay mas katamtaman, ngunit ang kabuuang dami - habang pinapanatili ang paglago ng produksyon - ay dapat magbigay sa sangkatauhan para sa susunod na 120 taon na may tulad na metal bilang titanium. Ang presyo ng tapos na produkto ay depende sa demand at isang pagtaas sa antas ng paggawa, ngunit sa karaniwan ay nag-iiba ito sa saklaw mula 1200 hanggang 1800 rubles/kg. Sa mga kondisyon ng patuloy na pagpapabuti ng teknikal, ang gastos ng lahat ng mga proseso ng produksyon ay makabuluhang nabawasan sa kanilang napapanahong modernisasyon. Ang China at Russia ay may pinakamalaking reserba ng titanium ores, pati na rin ang mineralAng Japan, South Africa, Australia, Kazakhstan, India, South Korea, Ukraine, Ceylon ay mayroong raw material base. Ang mga deposito ay naiiba sa dami ng produksyon at ang porsyento ng titan sa ore, ang mga geological survey ay nagpapatuloy, na ginagawang posible na ipalagay ang pagbaba sa halaga ng merkado ng metal at ang mas malawak na paggamit nito. Ang Russia ang pinakamalaking producer ng titanium.
Matanggap
Para sa paggawa ng titanium, ang titanium dioxide ay kadalasang ginagamit, na naglalaman ng pinakamababang halaga ng mga impurities. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng pagpapayaman ng ilmenite concentrates o rutile ores. Sa electric arc furnace, nagaganap ang heat treatment ng ore, na sinamahan ng paghihiwalay ng bakal at pagbuo ng slag na naglalaman ng titanium oxide. Ang sulfate o chloride method ay ginagamit upang iproseso ang iron-free fraction. Ang titanium oxide ay isang kulay abong pulbos (tingnan ang larawan). Nakukuha ang Titanium metal sa pamamagitan ng phased processing nito.
Ang unang yugto ay ang proseso ng sintering slag na may coke at exposure sa chlorine vapor. Ang nagreresultang TiCl4 ay nababawasan ng magnesium o sodium kapag na-expose sa temperaturang 850 0C. Ang titanium sponge (porous fused mass), na nakuha bilang isang resulta ng isang kemikal na reaksyon, ay pino o natunaw sa mga ingot. Depende sa karagdagang direksyon ng paggamit, nabuo ang isang haluang metal o purong metal (tinatanggal ang mga dumi sa pamamagitan ng pag-init sa 1000 0С). Para sa paggawa ng isang sangkap na may nilalamang karumihan na 0.01%, ginagamit ang paraan ng iodide. Ito ay batay sa prosesopagsingaw mula sa isang titanium sponge na pre-treated na may halogen, ang mga singaw nito.
Mga lugar ng aplikasyon
Ang punto ng pagkatunaw ng titanium ay medyo mataas, na, dahil sa liwanag ng metal, ay isang napakahalagang bentahe ng paggamit nito bilang isang istrukturang materyal. Samakatuwid, nahahanap nito ang pinakadakilang aplikasyon sa paggawa ng barko, industriya ng abyasyon, paggawa ng mga rocket, at industriya ng kemikal. Ang titanium ay madalas na ginagamit bilang isang haluang metal na additive sa iba't ibang mga haluang metal, na nagpapataas ng katigasan at mga katangian ng paglaban sa init. Ang mataas na katangian ng anti-corrosion at ang kakayahang makatiis sa karamihan ng mga agresibong kapaligiran ay ginagawang kailangan ang metal na ito para sa industriya ng kemikal. Ang titanium (mga haluang metal nito) ay ginagamit upang gumawa ng mga pipeline, tangke, balbula, mga filter na ginagamit sa distillation at transportasyon ng mga acid at iba pang mga kemikal na aktibong sangkap. Ito ay hinihiling kapag lumilikha ng mga aparato na tumatakbo sa mga kondisyon ng mataas na mga tagapagpahiwatig ng temperatura. Ang mga compound ng titanium ay ginagamit upang gumawa ng matibay na mga tool sa pagputol, pintura, plastik at papel, mga instrumento sa pag-opera, implant, alahas, mga materyales sa pagtatapos, at ginagamit sa industriya ng pagkain. Mahirap ilarawan ang lahat ng direksyon. Ang modernong gamot, dahil sa kumpletong biological na kaligtasan, ay madalas na gumagamit ng titanium metal. Ang presyo ay ang tanging kadahilanan na sa ngayon ay nakakaapekto sa lawak ng paggamit ng elementong ito. Makatarungang sabihin na ang titanium ay ang materyal ng hinaharap, sa pamamagitan ng pag-aaral kung aling sangkatauhan ang papasasa bagong yugto ng pag-unlad.
