Вес титана - отзыв

Один из важнейших элементов во всех сферах жизни

Титан является химическим элементом с символом элемента Ti и атомным номером 22. Он принадлежит к переходным металлам и находится в периодической таблице в 4-й подгруппе или в группе титана. Металл - белый, блестящий, имеет низкую плотность, растягивается, устойчив к коррозии и температуре.

Титан сегодня обычно считается легким металлом.

При плотности 4,50 г / см3 при комнатной температуре он является самым тяжелым, близок к используемому в настоящее время пределу для легких и тяжелых металлов, составляющему 5 г / см3. Точное значение 4,5 г / см3.

Титан является одним из десяти наиболее распространенных элементов в земной коре, но почти весь он химически связан как компонент минералов. Однако в нескольких месторождениях обнаружено наличие элементного титана.

Титан был обнаружен в Англии в 1791 году священником и химиком-любителем Уильямом Грегором. В 1795 году немецкий химик Генрих Клапрот также обнаружил его в Рутилерце и дал элементу его название - по мотивам греческих богов Титанов.

Однако Юстусу фон Либиху удалось добыть металлический титан из руды в 1831 году. Титан с чистотой 99,9%, изготовлен в 1910 году впервые Мэтью А. Хантером (1878-1961), он нагрел в стальной бомбе четыреххлористый титан (хлорид титана (IV)) с натрием при температуре от 700 до 800 ° С.

Только в конце 1930-х годов Уильям Джастин Кролл смог разработать процесс, подходящий для этой технологии, так называемый процесс Кролла, который был запатентован в 1940 году. В результате, введя крупномасштабное восстановление тетрахлорида титана магнием, титан может быть разработан для коммерческого применения.

За некоторыми исключениями (включая элементарный титан и минералы в форме сплавов, интерметаллических соединений и сульфидов), титан встречается в земной коре только в сочетании с кислородом в качестве оксида. Это ни в коем случае не редкость, так как он находится на девятой позиции обилия элементов в континентальной коре с содержанием 0,565%. Обычно он присутствует только в низкой концентрации.

Важными минералами являются:

Ильменит (титановая железная руда), FeTiO3

Лейкоксен, смесь ильменита с низким содержанием железа и других титансодержащих минералов

Перовскит, CaTiO3

Титанит (сфен), CaTi [SiO4] O

Рутил, TiO2

Анатаз, TiO2

Брукит, TiO2

Основные месторождения находятся в Австралии, Скандинавии, Северной Америке, на Урале и в Малайзии. В 2010 году в Парагвае были обнаружены месторождения, эксплуатация которых, однако, до сих пор только планировалась.

Метеориты могут также содержать титан. Титан также был обнаружен на Солнце и в звездах спектрального класса М. Есть также отложения на Луне. Образцы породы Apollo 17 с лунной миссией содержали до 12,1% оксида титана (IV). Есть соображения для добычи его с астероидов. Он также содержится в угольной золе, растениях и в организме человека.

Справочная информация

Массовая доля в земной оболочке 0,41%

Атомная масса 47, 867 ед.

Атомный радиус (расчетный) 140 (176) пм

Ковалентный радиус 160 пм

Электронная конфигурация [Ar] 3d2 4s2

1. Энергия ионизации 658,8 кДж · моль-1

2. Энергия ионизации 1309,8 кДж · моль-1

3. Энергия ионизации 2652,5 кДж · моль-1

4. Энергия ионизации 4174,6 кДж · моль-1

Физическое состояние

Кристаллическая структура гексагональной (до 882 ° С, выше крз)

Плотность 4,50 г / см3 (25 ° C)

Твердость по Моосу 6

Магнетизм парамагнитный (?m = 1,8 · 10-4)

Температура плавления 1941 K (1668 ° C)

Температура кипения 3533 К (3260 ° С)

Молярный объем 10,64 х 10 -6 м 3. Моль-1

Теплота испарения 457 кДж / моль

Чистый титан почти не содержится в почве и добывается из титановой руды (ильменита) или рутила. Используемый здесь производственный процесс очень дорогой, что отражается в высокой цене титана. Это в 35 раз дороже, чем обычные стальные сплавы, или в 200 раз дороже, чем сырая сталь (по состоянию на 2013 год). Например, в 2008 году тонна титановой губки стоила в среднем 12 000 евро.

С момента открытия процесса Кроллом производство практически не изменилось. В основном из ильменита или рутила обогащенный диоксид титана при нагревании превращается с хлором и углем в тетрахлорид титана и монооксид углерода. Впоследствии восстановление тетрахлорида титана до титана происходит с жидким магнием. На последнем этапе реакции вместо магния можно использовать натрий. Для производства обрабатываемых сплавов полученную титановую губку необходимо переплавить в вакуумной дуговой печи.

Крупнейшим производителем титана и титановых сплавов является ВСМПО-АВИСМА со штаб-квартирой в Верхней Салде и Екатеринбурге на Урале, которая с 12 сентября 2006 года косвенно принадлежит холдинговой компании «Рособоронэкспорт» в государственной собственности России.

В воздухе титан образует чрезвычайно стойкий оксидный защитный слой (пассивирующий слой), который защищает его от многих сред. Чистый титан является только умеренно твердым со значением 6 (по Мосу), но высокая прочность и относительно низкая плотность достигаются даже при небольших добавках сплава. В результате титановые сплавы особенно подходят для применений, где требуются высокая коррозионная стойкость, прочность и низкий вес. Однако при температуре выше 400 ° С прочностные свойства быстро снижаются. Титан высокой чистоты является пластичным, то есть может пластически деформироваться. При более высоких температурах он очень быстро охрупчивает, поглощая кислород, азот и водород, теряя тем самым свою легкую формуемость.

Отметим также высокую реакционную способность титана со многими средами при повышенных температурах или повышенном давлении, если пассивирующий слой не выдерживает этих условий. Здесь скорость реакции может возрасти до точки взрыва. В чистом кислороде при 25 ° C и 25 бар титан полностью сгорает от свежей кромки до диоксида титана. Несмотря на пассивирующий слой, он реагирует с кислородом при температуре выше 880 о С и с хлором при температуре выше 550 о С. Титан также реагирует («горит») с чистым азотом, что, например, необходимо учитывать при обработке из-за выделения тепла.

Титан устойчив к разбавленной серной кислоте, соляной кислоте, растворам, содержащим хлориды, холодную азотную кислоту, щелочи, такие как гидроксид натрия и большинство органических кислот, но медленно растворяется в концентрированной серной кислоте с образованием фиолетового сульфата титана. Из-за опасности взрыва, условия эксплуатации должны строго соблюдаться при использовании газообразного хлора.

Механические свойства и коррозионное поведение могут быть значительно улучшены за счет незначительного добавления сплавов алюминия, ванадия, марганца, молибдена, палладия, меди, циркония и олова.

Ниже температуры 0,4 K титан становится сверхпроводящим. Ниже 880 ° C титан находится в гексагональной упаковке. При температуре выше 880 ° C образуется структура решетки с кубическим телом.

Титан в виде порошка представляет собой самовоспламеняющееся (пирофорное) твердое вещество. Он может нагреваться при комнатной температуре в воздухе без подачи энергии и, наконец, воспламениться. Помимо прочего, готовность к воспламенению очень сильно зависит от размера частиц и степени распределения. Металл в компактном виде не воспламеняется. Тем не менее, он легко поглощает кислород, азот и водород при более высоких температурах, вызывая охрупчивание и повышенную твердость.

Титан может иметь степени окисления 2, 3 и 4. Только соединения со степенью окисления 4 являются стабильными.

Видео обзор

Вес титана