Titanium - het metaal.

eeuwige, mysterieus, ruimte, materiaal van de toekomst - al deze en vele andere epitheta toegekend aan de diverse bronnen van titanium.Geschiedenis van de ontdekking van dit metaal niet triviaal: tegelijkertijd via geselecteerde element in zuivere vorm werkte verscheidene wetenschappers.Het proces van het bestuderen van de fysische en chemische eigenschappen en identificatie van gebieden van de toepassing ervan is vandaag nog niet klaar.Titanium - het metaal van de toekomst, zijn plaats in het menselijk leven nog niet volledig gedefinieerd, waardoor moderne onderzoekers een enorme ruimte voor creativiteit en onderzoek.

Feature

chemisch element titanium (Titanium) is aangewezen in het periodiek systeem van Mendelejev symbool Ti.Gelegen in de zijkant subgroep van groep IV van de vierde periode en heeft een serienummer 22. De eenvoudige stof van titanium - metaal wit-zilver kleur, licht en duurzaam.De elektronenconfiguratie van het atoom de volgende structuur: 22) 2) 8) 10) 2, 1S22S22P63S23P63d24S2.Bijgevolg titanium staan meerdere mogelijke oxidatietoestanden 2, 3, 4, in de meest stabiele verbindingen is tetravalent.

Titanium - legering of metaal?

De kwestie van belang zijn voor velen.In 1910, de Amerikaanse chemicus Hunter was de eerste puur titanium.Metalen bevatte slechts 1% van de onzuiverheden, maar het bedrag is te verwaarlozen, en het bleek het onmogelijk om verder te studeren zijn eigenschappen.De taaiheid van dit materiaal werd tolkopod hoge temperaturen bereikt, onder normale omstandigheden (kamertemperatuur), het monster was te kwetsbaar.In feite is dit artikel is niet geïnteresseerd wetenschappers, omdat de vooruitzichten voor het gebruik ervan leek te vaag.De complexiteit van het verkrijgen en verder te onderzoeken verminderde het potentieel van de toepassing ervan.Alleen in 1925, chemici uit Nederland J. de Boer en A. van Arkel ontvangen titanium metaal, de eigenschappen waarvan de aandacht van ingenieurs en ontwerpers aangetrokken over de hele wereld.De geschiedenis van de studie van het element begint bij 1790, op dit moment, in parallel, onafhankelijk van elkaar, de twee wetenschappers geopend titanium als element.Elk van hen krijgt een verbinding (oxide) middel, niet aan het metaal in zijn puurste vorm te identificeren.Titanium wordt beschouwd als de ontdekker van het Engels monnik mineraloog William Gregor.Op het grondgebied van zijn parochie, gelegen in het zuidwestelijke deel van Engeland, een jonge wetenschapper begon met het bestuderen zwarte vallei zand Menakena.De resultaten van experimenten met de magneet selectie was briljant korrels, die een verbinding van titanium.Tegelijkertijd geïdentificeerde Duitse chemicus Martin Heinrich Klaproth de nieuwe stof uit het mineraal rutiel.In 1797, hij bleek ook dat geopend parallelle elementen zijn vergelijkbaar.Titaandioxide meer dan een eeuw, is een mysterie voor veel chemici te verkrijgen zuiver metaal was niet mogelijk, zelfs Berzelius.Nieuwste technologieën van de twintigste eeuw sterk versneld het proces van het bestuderen van de genoemde element en identificeerde de eerste gebieden van het gebruik ervan.Tegelijkertijd uitbreiding van het toepassingsgebied van de tijd.De reikwijdte van de complexiteit van het proces kan alleen maar een stof als zuiver titaan.De prijs van metaallegeringen en hoog genoeg, dus vandaag kan hij niet verdringen de traditionele ijzer en aluminium.

oorsprong van de naam

Menakin - de voornaam van titanium, die werd gebruikt tot 1795.Dat wil zeggen, in de territoriale bevoegdheid, de zogenaamde nieuw element W. Gregory.Martin Klaproth wijst element in 1797 de naam "Titan".Op het moment van zijn Franse collega's, onder leiding van de zeer invloedrijke scheikundige AL Lavoisier bieden aan de nieuw ontdekte stof in overeenstemming met hun fundamentele eigenschappen noemen.Duitse wetenschapper was het niet eens met deze aanpak, omdat men geloofde dat de ontdekking fase is heel moeilijk om de eigen aan de stof en worden weerspiegeld in de titel kenmerken definiëren.Toch moeten we erkennen dat de gebruiker geselecteerde Klaproth term is volledig in lijn met de metalen - het heeft herhaaldelijk gewezen op de moderne wetenschappers.Er zijn twee belangrijkste theorieën van de naam Titan.Metaal kon worden aangewezen ter ere van de elven koningin Titania (Karakter Germaanse mythologie).Deze naam symboliseert zowel de lichtheid en duurzaamheid materie.De meeste wetenschappers zijn geneigd de Griekse mythologie, waarin de Titanen waren de zonen van de machtige van de aardgodin Gaia noemde gebruiken.Deze versie zegt dat de naam van de eerder geopende element - uranium.

Omdat in de natuur

van metalen die technisch van waarde zijn voor de mens, titanium bezet de vierde plaats in de omvang van de aardkorst.Groot aandeel in de natuur kenmerken alleen ijzer, magnesium en aluminium.De grootste waargenomen in het titaangehalte basalt shell, iets minder dan een laag van graniet.In zeewater gehalte van de stof laag is - ongeveer 0.001 mg / l.Chemisch element titanium is behoorlijk actief, zo puur kan niet gevonden worden.In de meeste gevallen is het aanwezig in de verbindingen met zuurstof, waardoor een valentie van vier.De hoeveelheid titanium mineralen varieert 63-75 (uit verschillende bronnen), terwijl in het huidige stadium van het onderzoek, wetenschappers blijven zoeken naar nieuwe vormen van de verbindingen te ontdekken.Voor praktisch gebruik, de belangrijkste zijn de volgende mineralen:

Ilmeniet (FeTiO3).
Rutiel (TiO2).
Titanite (CaTiSiO5).
Perovskite (CaTiO3).
Titanomagnetite (FeTiO3 + Fe3O4) en ga zo maar door. D.

Alle bestaande titaanhoudende erts is verdeeld in alluviale en basic.Dit element is een zwakke migrant, hij kan alleen in de vorm van stenen reizen of verhuizen afkalven modderige bodem soorten.In de biosfeer, de grootste hoeveelheid titaan in algen.De vertegenwoordigers van de aardse fauna element zich ophoopt in de weefsels van de hoorn, haar.Voor het menselijke lichaam gekenmerkt door de aanwezigheid van titaan in de milt, de bijnieren, placenta, schildklier.

fysische eigenschappen

Titanium - gekleurde metalen met zilverachtige-wit van kleur, ziet eruit als staal.Bij 0 0C heeft een dichtheid van 4,517 g / cm3.De stof heeft een lage dichtheid, typisch van de alkalimetalen (cadmium, natrium, lithium, cesium).Dichtheid titanium neemt een tussenpositie tussen ijzer en aluminium, terwijl de prestaties hoger dan die van beide elementen.De belangrijkste eigenschappen van metalen, die in aanmerking worden genomen bij het bepalen van de toepassing ervan, zijn de rekgrens en hardheid.Titanium is sterker dan aluminium 12 keer, ijzer en koper - 4 keer, maar het is veel gemakkelijker.De ductiliteit van de zuivere stof en de rekgrens laten bewerking bij hoge en lage temperatuur waarden, zoals in het geval van andere metalen, t. E. door vastklinken, smeden, lassen, walsen.Het onderscheidende kenmerk van titanium - de lage warmtegeleiding en dus deze eigenschappen behouden bij hogere temperaturen tot 500 0C.Het magnetisch veld is paramagnetisch titanium element, wordt niet aangetrokken als ijzer en niet uitgeworpen als koper.Zeer hoge anti-corrosie prestaties in ruwe omgevingen en mechanische invloeden zijn uniek.Meer dan 10 jaar zijn in het zeewater heeft het uiterlijk en de samenstelling van de titaniumplaten niet veranderen.IJzer in dit geval volledig worden vernietigd door corrosie.

thermodynamische eigenschappen van titanium

dichtheid (onder normale omstandigheden) 4,54 g / cm3.
Atoomnummer - 22.
Group Metals - vuurvaste, gemakkelijk.
atomaire massa van titanium - 47,0.
Kookpunt (0C) - 3260.
molair volume cm3 / mol - 10.6.
smeltpunt van titanium (0C) - 1668.
Specifieke verdampingswarmte (kJ / mol) - 422,6.
elektrische weerstand (bij 20 0 C) Ohm * cm * 6/10 - 45.

chemische eigenschappen

verhoogde corrosiebestendigheid element door vorming op het oppervlak van de dunne oxidefilm.Het voorkomt (onder normale omstandigheden) chemische reactie met gassen (zuurstof, waterstof) in de omringende atmosfeer van elementen zoals titaan metaal.De eigenschappen veranderen onder invloed van temperatuur.Met een toename tot 600 0C plaatsvindt reactie tussen zuurstof, waardoor een titaniumoxide (TiO2) vormen.Bij de absorptie van atmosferische gassen gevormd breekbare verbindingen die geen praktisch nut daarom lassen smelten van het titaan die in het vacuüm hebben.Omkeerbare reactie is het oplossen van waterstof in het metaal, dat actiever bij hogere temperaturen (400 0 C en hoger) optreedt.Titanium, met name de fijne deeltjes (een dunne plaat of een draad), wordt verbrand in een stikstofatmosfeer.De chemische reactie tussen alleen bij een temperatuur van 700 0C, waardoor een nitride TiN.Met veel metalen vormen met hoge hardheid legeringen vaak legeringselement.De reactie met halogenen (chroom, broom, jood) komt uitsluitend in aanwezigheid van een katalysator (hoge temperatuur) en met interacties met een drogestofgehalte.Dit levert een zeer solide vuurvaste legeringen.Oplossingen meeste basen en zuren, titanium chemisch actief, behalve geconcentreerd zwavelzuur (bij langdurig koken), waterstoffluoride, heet organisch (mierenzuur, oxaalzuur).

deposito

meest voorkomende in de natuur ilmenieterts - zijn reserves worden geschat op 800 miljoen ton.De deposito's van rutiel deposito's zijn veel bescheidener, maar het totale volume - met behoud van groei van de productie - moet de mensheid te voorzien in de komende 120 jaar, een metaal zoals titanium.De prijs van het eindproduct hangt af van de vraag en toenemende maakbaarheid, maar gemiddeld varieert 1200-1800 roebel. / Kg.Met de voortdurende technische verbeteringen verminderde significant de kosten van alle productieprocessen in de tijdige upgrades.De grootste reserves van titanium erts, China en Rusland hebben ook minerale basis zijn Japan, Zuid-Afrika, Australië, Kazachstan, India, Zuid-Korea, Oekraïne, Ceylon.Deposito's van de verschillende productievolumes en percentages van titanium erts, worden geologische onderzoeken voortdurend verder te gaan, die het mogelijk maakt om te veronderstellen dat de marktwaarde van het metaal en de bredere toepassing verminderen.Rusland is veruit de grootste producent van titanium.

verkrijgen

voor de productie van titanium wordt meestal gebruikt zijn dioxide bevattende een minimale hoeveelheid verontreinigingen.Het wordt verkregen door verrijking van ilmeniet concentraten of rutiel ertsen.De elektrische oven warmtebehandeling erts optreedt die gepaard gaat met de vorming van ijzer en afscheiding van slakken die titaanoxide.Sulfaat of chloride methode wordt gebruikt voor de behandeling van ijzervrij fracties.Titanium-oxide is een grijs poeder (zie. Foto).Titaanmetaal verkregen door de verwerking fase.

De eerste fase is het proces van sinteren en cokes slakken met blootstelling aan chloor dampen.De resulterende gereduceerde TiCl4 met magnesium of natrium onder temperatuur 850 0C.Titanium spons (poreuze gesmolten massa) als gevolg van een chemische reactie, gezuiverd, of omgesmolten tot ingots.Afhankelijk van andere toepassingen van gevormde metaallegering of pure (verontreinigingen worden verwijderd door verwarming tot 1000 0 C).Voor de productie van stoffen met een aandeel van 0,01% onzuiverheden jodide gebruikte methode.Het is gebaseerd op het verdampingsproces van titanium spons voorbehandeld met halogeen, de dampen.

Toepassingen

smeltpunt van titanium hoog genoeg is dat de lichtheid van het metaal is een onschatbare voordeel van het gebruik van het als een structureel materiaal.Daarom is de grootste toepassing in de scheepsbouw, de luchtvaartindustrie, de productie van raketten, chemische productie vindt hij.Titanium wordt vaak gebruikt als een doteerstof in diverse legeringen die verbeterde eigenschappen van hittebestendigheid en hardheid vertonen.De hoge weerstand tegen corrosie en het vermogen om bestand tegen de meest agressieve omgevingen maken dit metaal is onmisbaar voor de chemische industrie.Titaan (legeringen) die leidingen, tanks, kleppen, filters, die voor destillatie en transport van zuren en andere chemisch werkzame stoffen.Hij beweerde dat hij toestellen die werken bij verhoogde temperatuur prestaties.De titaanverbindingen gebruikt om duurzame snijgereedschap, lakken, kunststoffen en papier, chirurgische instrumenten, implantaten, sieraden, decoratieve materialen, gebruikt in de voedingsmiddelen industrie.Alle gebieden moeilijk te beschrijven.De moderne geneeskunde voor het volledige biologische veiligheid maakt vaak gebruik van metaal titanium.Prijs - dit is de enige factor die van invloed is de breedte van de toepassing van dit element.Justitie is de stelling dat de titanium - een materiaal van de toekomst, dat is het bestuderen van de mensheid gaat een nieuwe fase van ontwikkeling.