נצחי, מסתורי, מרחב, חומר של העתיד - כל כינויים אלה ואחרים רבים שהוקצו למקורות השונים של טיטניום.ההיסטוריה של הגילוי של מתכת זו לא הייתה טריוויאלי: באותו הזמן על הרכיב שנבחר בצורתה הטהורה עבד כמה מדענים.התהליך של לימוד התכונות וזיהוי הפיזיים וכימיות של תחומי יישומה לא נגמר היום.טיטניום - המתכת של העתיד, את מקומה בחיי אדם עדיין לא הוגדר באופן מלא, נותן חוקרים מודרניים היקף עצום ליצירתיות ומחקר.תכונת
טיטניום יסוד הכימי (טיטניום) מיועד בטבלה המחזורית של מנדלייב סמל Ti.ממוקם בתת-הקבוצה של קבוצת הצד הרביעית של התקופה הרביעית ויש לו מספר סידורי 22. חומר הפשוט של טיטניום - מתכת בצבע לבן-כסף, קל ועמידה.התצורה האלקטרונית של האטום יש את המבנה הבא: 22) 2) 8) 10) 2, 1S22S22P63S23P63d24S2.כתוצאה מכך, יש טיטניום כמה מצבי חמצון אפשריים 2, 3, 4, בתרכובות היציבה ביותר הוא tetravalent.
טיטניום - סגסוגת מתכת או?
הנושא של ריבית לרבה.בשנת 1910, כימאי האמריקאי האנטר היה טיטניום הטהור הראשון.מתכת הכילה רק 1% מזיהומים, אבל הסכום הוא זניח, והתברר שנעשה את זה אי אפשר ללמוד יותר את המאפיינים שלו.המשיכות של חומר זה הושגו tolkopod טמפרטורות גבוהות, בתנאים רגילים (טמפרטורת חדר), המדגם היה שביר מדי.למעשה, סעיף זה לא מדענים מעוניינים מאז הסיכויים לשימוש בו נראו מעורפלים מדי.המורכבות של קבלת וחוקר נוסף הקטינו את הפוטנציאל של היישום שלה.רק בשנת 1925, כימאים מהולנד ג 'דה בור וא ואן Arkel קיבלו טיטניום מתכת, את המאפיינים של שמשכה את תשומת לבם של מהנדסים ומעצבים ברחבי העולם.ההיסטוריה של המחקר של מרכיב זה מתחילה בשינה 1790, בזמן הזה, במקביל, באופן עצמאי אחד מהשני, טיטניום הפתוח שני המדענים כמרכיב.כל אחד מהם מקבל מתחם סוכן (תחמוצת), שלא הצליח לזהות את המתכת בצורתו הטהורה ביותר.טיטניום נחשב מגלה מינרלוג הנזיר האנגלי ויליאם גרגור.על שטחה של הקהילה שלו, הממוקמת בחלק הדרום-מערבי של אנגליה, מדען צעיר החל ללמוד עמק חול השחור Menakena.התוצאות של ניסויים עם מבחר המגנט היו גרגרים מבריקים, אשר היא תרכובת של טיטניום.במקביל כימאי הגרמני מרטין היינריך Klaproth זיהה את החומר החדש מרוטיל המינרלים.בשנת 1797, הוא גם הוכיח כי גורמים מקבילים פתוחים דומים.טיטניום דו-חמצני יותר ממאה שנה, הוא תעלומה לכימאים רבים להשיג מתכת טהורה לא הייתה אפשרית אפילו רצליוס.הטכנולוגיות חדישות ביותר של המאה העשרים הואצו מאוד בתהליך של לימוד האלמנט אמר וזיהו אזורים ראשוניים של השימוש בו.באותו הזמן להרחיב את היקף הזמן.להגביל את היקף מורכבותו של התהליך רק יכול לייצר חומר כגון טיטניום טהור.המחיר של סגסוגות מתכת וגבוהות מספיק, כך שהיום הוא לא יכול לתפוס את הברזל והאלומיניום המסורתיים.מקור
של השם
Menakin - השם הראשון של טיטניום, אשר שימש עד 1,795.כלומר, בתחום השיפוט הטריטוריאלי, שנקרא האלמנט החדש וו גרגורי.מרטין Klaproth מקצה אלמנט בשינה 1797 בשם "טיטאן".באותו הזמן מעמיתיו הצרפתיים, בראשותו של כימאי די ההשפעה AL לבואזיה מציע לקרוא את החומר שהתגלה לאחרונה בבהתאם למאפיינים הבסיסיים שלהם.מדען גרמני לא הסכים עם גישה זו, הוא האמין בצדק כי בשלב הגילוי הוא די קשה להגדיר את כל המאפיינים ייחודיים לחומר ויבואו לידי ביטוי בכותרת.עם זאת, אנחנו צריכים להכיר בכך שטווח Klaproth נבחר משתמש הוא בקנה אחד עם המתכת באופן מלא - הוא הדגיש שוב ושוב את המדענים המודרניים.ישנן שתי תאוריות עיקריות של השם טיטאן.מתכת יכולה להיות מיועדת בכבוד של טיטניה האלפית המלכה (מיתולוגיה הגרמאנית תווים).שם זה מסמל את הקלילות ועניין עמידות.רוב המדענים נוטים להשתמש מיתולוגיה יוונית, שבי הטיטאנים נקראו בני האדירים של אלת האדמה גאיה.גרסה זו, אומרת את שמו של היסוד הפתוח בעבר - האורניום.
להיות בטבע
של מתכות שטכניות הם בעלי ערך לבני אדם, טיטניום תופס את המקום הרביעי בהיקף של קרום כדור הארץ.חלק גדול בטבע מאופיין רק ברזל, מגנזיום ואלומיניום.נצפה בגודלה בתוכן של טיטניום פגז בזלת, קצת פחות מזה בשכבה של גרניט.בתכולת מים ים של החומר הוא נמוך - כ 0.001 מ"ג / ליטר.טיטניום הוא היסוד הכימי פעיל למדי, כל כך טהור לא ניתן למצוא אותו.ברוב המקרים, הוא קיים בתרכובות עם החמצן, ובכך יש הערכיות של ארבעה.כמות המינרלים טיטניום משתנה 63-75 (ממקורות שונים), ואילו בשלב הנוכחי של מחקר, מדענים ממשיכים לגלות צורות חדשות של תרכובותיו.לשימוש מעשי, החשוב ביותר הם המינרלים הבאים:
- אילמניט (FeTiO3).
- רוטיל (TiO2).
- טיטניט (CaTiSiO5).
- Perovskite (CaTiO3).
- Titanomagnetite (FeTiO3 + Fe3O4) וכן הלאה. ד
כל עפרות המכיל טיטניום קיימים מחולקת לסחף ובסיסי.אלמנט זה הוא מהגרי עבודה חלשים, הוא יכול לנסוע רק בצורה של אבנים או העברת המלטת מינים תחתון בוציים.בביוספרה, את הכמות הגדולה ביותר של טיטניום כלול באצות.הנציגים של אלמנט החי היבשתי מצטברים ברקמות של הקרן, השיער.לגוף האדם המאופיין על ידי הנוכחות של טיטניום בטחול, בלוטת יותרת הכליה, שליה, בלוטת התריס.מאפייני
פיזיים
טיטניום - מתכת בצבע כסוף עם לבן בצבע, נראה כמו פלדה.ב 0 0C יש צפיפות של 4.517 g / cm3.יש החומר סגולי נמוכה, שאופייני למתכות אלקליות (קדמיום, נתרן, ליתיום, צזיום).טיטניום הצפיפות תופס עמדת ביניים בין הברזל והאלומיניום, ואילו הביצועים שלה הוא גבוהים יותר מזה של שני האלמנטים.המאפיינים העיקריים של מתכות, אשר נלקחים בחשבון בעת קביעת היקף תחולתם, הם כוח התשואה וקשיות.טיטניום הוא חזק יותר מאלומיניום 12 פעמים, ברזל ונחושת - 4 פעמים, בזמן שהוא הרבה יותר קל.המשיכות של החומר הטהור ומגבלת התשואה שלה מאפשרות עיבוד בערכי טמפרטורה גבוהים ונמוכים, כמו במקרה של מתכות אחרות, לא. א-ידי מרתק, זיוף, ריתוך, מתגלגל.התכונה הבולטת של טיטניום - מוליכות החום הנמוכה שלה, ולכן, נכסים אלה נשמרים בטמפרטורות גבוהות של עד 500 0C.השדה המגנטי אלמנט טיטניום פאראמגנטיים, זה לא נמשך כברזל, והוא לא נפלט כנחושת.ביצועים נגד קורוזיה מאוד גבוהים בסביבות קשות והשפעות מכאניות ייחודיים.יותר מ -10 שנים של שהייה במי הים לא לשנות את המראה והרכב של צלחות טיטניום.ברזל במקרה זה ייהרס לחלוטין על ידי קורוזיה.
תרמודינמיים מאפיינים של טיטניום צפיפות
- (בתנאים רגילים) הוא 4.54 גר '/ סנטימטר 3.מספר
- האטומי - 22. מתכות קבוצת
- - עקשן, קלה.
- מסה אטומית של טיטניום - 47.0.
- נקודת הרתיחה (0C) - 3260. cm3 נפח טוחנת
- / mol - 10.6.
- נקודת התכה של טיטניום (0C) - 1668. חום סגולי
- של אידוי (kJ / mol) - 422.6.התנגדות
- חשמלית (ב 20 0 C) אוהם * סנטימטר * 10-6 - 45. תכונות כימיות
מוגברת אלמנט עמידות בפני קורוזיה עקב היווצרות על פני השטח של סרט תחמוצת הקטן.זה מונע (בתנאים רגילים) תגובה כימית עם גזים (חמצן, מימן) ממוקמים באווירה שמסביב של אלמנטים כגון טיטניום מתכת.המאפיינים שלו להשתנות תחת השפעה של טמפרטורה.עם העלייה של עד 600 0C מתרחש תגובה בין החמצן, ובכך יוצר תחמוצת טיטניום (TiO2).במקרה של הספיגה של גזים באטמוספרה נוצרות תרכובות שבירות שאין להם שימוש מעשי לריתוך מסיבה זו ונמסה טיטניום מיוצר בוואקום.תגובה הפיכה היא הפירוק של מימן במתכת, היא מתרחשת יותר פעילה בטמפרטורות גבוהות (400 0 C ומעלה).טיטניום, במיוחד החלקיקים (צלחת דקה או חוט), הוא נשרף באווירת חנקן.התגובה הכימית בין אפשרי רק בטמפרטורה של 700 0C, וכך יוצרת פח ניטריד.עם מתכות רבות ליצור סגסוגות קשיות גבוהה לעתים קרובות נתוך אלמנט.התגובה עם הלוגנים (כרום, ברום, יוד) נכנסה רק בנוכחות זרז (בטמפרטורה גבוהה) ובכפוף לאינטראקציות עם חומר יבש.זה מייצר סגסוגות עקשן מאוד מוצקות.עם פתרונות של רוב בסיסים וחומצות גופרתית טיטניום פעיל כימי, למעט מרוכזת (עם רתיחה ממושכת), הידרופלואורית, (חומצה פורמית, חומצה אוקסלית) אורגנית חמה.פיקדונות
הנפוצים ביותר בעפרות ilmenite טבע - העתודות שלה נאמדו בכ -800 מ'טונות.הפיקדונות של פיקדונות רוטיל הם הרבה יותר צנוע, אבל הנפח הכולל - תוך שמירה על צמיחת ייצור - אמור לספק אנושות ב120 השנים הבאות, מתכת כגון טיטניום.המחיר של המוצר הסופי יהיה תלוי בביקוש ויכולת הייצור גובר, אך בטווחים ממוצע 1200-1800 רובל. / קילו.עם השיפורים טכניים רציפים צמצם באופן משמעותי את העלות של כל תהליכי הייצור בשדרוגים בזמנם.העתודות הגדולות ביותר של עפרות טיטניום, סין ורוסיה יש גם בסיס המינרלים יפן, דרום אפריקה, אוסטרליה, קזחסטן, הודו, דרום קוריאה, אוקראינה, ציילון.פיקדונות של נפחי ייצור שונים ואחוזי עפרות טיטניום, סקרים גיאולוגיים ממשיכים כל הזמן, המאפשר להניח להקטין את ערך השוק של המתכת והיישום הרחב יותר שלה.רוסיה היא ללא ספק המפיק הגדול ביותר של טיטניום.
קבלת
לייצור של טיטניום משמש לרוב דו חמצני מכיל כמות מינימאלית של זיהומים.זה מתקבל על ידי העשרה של תרכיזי ilmenite או עפרות רוטיל.הטיפול בחום התנור החשמלי של עפרות מתרחש בי מלווה בהיווצרות של ברזל והפרדה של תחמוצת טיטניום סיגים מכילים.שיטת סולפט או כלוריד משמשת לטיפול בשברים ללא ברזל.תחמוצת טיטניום היא אבקה אפורה (ראה. תמונה).טיטניום מתכת מתקבלת על ידי שלב העיבוד שלה.
השלב הראשון הוא התהליך של סיגי sintering וקוק עם חשיפה לאדי כלור.וכתוצאה מכך מופחת TiCl4 עם מגנזיום או נתרן בטמפרטורה 850 0C.ספוג טיטניום (מסה התמזגה נקבובית) כתוצאה מתגובה כימית, מטוהר, או הותך למטילים.בהתאם לשימושים נוספים של סגסוגת מתכת נוצרה או טהורה (זיהומים יוסרו על ידי חימום עד 1000 0 C).לייצור של חומרים עם נתח של 0.01% מזיהומים השתמשו בשיטת יודיד.הוא מבוסס על תהליך האידוי של ספוג טיטניום pretreated עם הלוגן, האדים שלה.נקודת התכת
יישומי
