Титан (элемент)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Тита́н (Ti), химический элемент с порядковым номером 22, атомный вес 47,88. Твёрдый серебристый металл, точка плавления 1675 °C, точка кипения 3262 °C, плотность 4540 кг/м³.

[править] История

Открытие TiO₂ сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1789), выделил новую “землю” (окись) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля – окислы одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз. Французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз – идентичные окислы титана.

Первый образец металлического титана получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус. Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркель и И. де Бур в 1925 термическим разложением паров иодида титана TiI₄.

[править] Происхождение названия

Назван в честь царицы фей Титании за необычайную «лёгкость» (малую плотность). С Титанами, сыновьями богини Геи название никак не связано.

[править] Нахождение в природе

Содержание в земной коре 0,57 % по массе. В свободном виде не встречается. Известно более 100 минералов. Важнейшие из них: рутил TiO₂, ильменит FeTiO₃, титаномагнетит FeTiO₃ + Fe₃O₄, перовскит CaTiO₃ и титанит (сфен) CaTiOSiO₄. Различают коренные руды титана — ильментит-титано-магнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-циркониевые.

[править] Получение

Основные руды: ильменит (FeTiO₃), рутил (TiO₂), титанит (CaTiSiO₅). Мировое производство TiO₂ — 3×10⁶ т/год. Мировое производство металлического титана: 99 000 т/год. Запасы: 440×10⁶ т.

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO₂. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl₄: TiO₂ + 2C + 2Cl₂ =TiCl₄ + 2CO

Образующиеся пары TiCl₄ при 850 °C восстанавливают Mg: TiCl₄+ 2Mg = 2MgCl₂+ Ti

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Ильменитовые концентраты восстанавливают в электродуговых печах с последующим хлорированием возникающих титановых шлаков. Рaфинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl₄. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.

[править] Физические свойства

Титан — легкий серебристо-белый металл. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере.

Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO₂, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

[править] Химические свойства

Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок горит на воздухе.

Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H₃PO₄ и концентрированной H₂SO₄).

Легко реагирует даже со слабыми с кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF₆]^2-.

При нагревании на воздухе до 1200°C Ti загорается с образованием оксидных фаз переменного состава TiO_x. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO₂. Гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O и диоксид TiO₂ амфотерны.

TiO₂ взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na₂CO₃ или поташом K₂CO₃ оксид TiO₂ образует титанат: TiO₂+K₂CO₃=K₂TiO₃+CO₂.

При нагревании Ti взаимодействует с галогенами. Тетрахлорид титана TiCl₄ при обычных условиях — желтоватая, сильно дымящая на воздухе жидкость, что объясняется сильным гидролизом TiCl₄ содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.

Восстановлением TiCl₄ водородом, Al, Si, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl₃ и TiCl₂ — твердые вещества с сильно восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br₂ и I₂.

С N₂ выше 400 °C титан образует нитрид TiN_x(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с C образуется карбид титана TiC_x (x=0,49-1,00).

При нагревании Ti поглощает H₂ с образованием соединения переменного состава TiH_х (x=1,0). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H₂. Титан образует сплавы со многими металлами.

[править] Применение

Часы из титанового сплава

[править] В виде сплавов

• Металл применяется в химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы), лёгких сплавах, остеопротезах. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.
• Титан является легирующей добавкой в некоторых марках стали.
• Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающего памятью формы и применяемого в медицине и технике.
• Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.

[править] В виде соединений

• Белый диоксид титана (TiO₂) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика.
• Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
• Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки.
• Диборид титана — важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов.
• Нитрид титана применяется для покрытия инструментов.

[править] Анализ рынков потреблени

В 2005 компания Titanium Corporation опубликовала следующую оценку потребления титана в мире:

• 60 % — краска;
• 20 % — пластик;
• 13 % — бумага;
• 7 % — машиностроение.

[править] Цены

15-25 $ за килограмм, в зависимости от чистоты.

Чистота и марка чернового титана (титановой губки) обычно определяется по степени её пластичности.

[править] Титан в России

По объёму разведанных запасов Россия занимает второе место в мире (после Китая). Минерально-сырьевую базу титана Российской Федерации составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны.

[править] Физиологическое действие

[править] См. также

• Категория:Соединения титана
• Нитрид титана

[править] Ссылки

• Титан на Webelements
• Титан в Популярной библиотеке химических элементов
• Промышленные типы месторождений титана
• Титан и его сплавы
• Добыча титана и циркония на «Центральном» в Тамбовской области обещает быть одной из самых дешёвых в мире
• Отечественная минерально-сырьевая база титана