Титан - знаєш як

ТИТАН (Titanium; по імені давньо-грец. Богів Титанів), Ti - хім. елемент IV групи періодичної системи елементів; ат. н. 22, ат. м. 47,90. У з'єднаннях виявляє ступінь окислення переважно. +4, рідше +3 і +2. Метал світло-сірого кольору. Природний Т. суміш стабільних ізотопів з масовими числами 46 (7,99%), 47 (7,32%), 48 (73,99%), 49 (5,46%) і 50 (5,25%). Виявлено також радіоактивні ізотопи з масовими числами 43-45, кількість яких брало не перевищує тисячних часток відсотка. Штучно отримані радіоактивні ізотопи з масовими числами 41, 42, 51 і 52, їх періоди напіврозпаду - хвилини і менш. Вперше Т. у вигляді двоокису виявив (1789) англ. любитель-мінералог У. Дж. Грегор, назвавши його меначіном. У 1795 ньому. хімік М. Г. Клапрот знайшов, що мінерал рутил є окисел нового елемента, названого їм титаном, а в 1797 встановив ідентичність Т. і меначіна.

Метал парамагнитен, його питома магнітна сприйнятливість (т-ра 20 ° С) 3,16-10-6. Тиск насиченої пари (т-ра 1490 ° С) 2 • 10 4 мм рт. ст. Т. має високі хутро. характеристиками. Е го св-ва мало змінюються в широкому інтервалі т-р, але сильно залежать від .чістоти металу і попередньої хутро. і термічної обробки. У Т. високої чистоти (йодідного), відпаленого у вакуумі при т-ре 800 ° С, межа міцності на розтяг 25-27 кгс / мм2, межа плинності 14-17 кгс / мм2, відносне подовження 55-70%, модуль норм, пружності 9850-10 900 кгс / мм2, HB = 73. у магніетерміческого Т. плавленого в дугового печі, а потім відпаленого, ці величини відповідно 30-55; 41-48; 25-45; І 200 14 500 і 90-150. На хутро. характеристики Т. особливо різко впливають домішки водню, азоту, кисню і вуглецю. Водень (0,01-0,005%) знижує ударну в'язкість, обумовлюючи водневу крихкість. Ефективний спосіб боротьби з такою крихкістю - вакуумирование сплавів. Азот. кисень і вуглець (до 1%) збільшують твердість і міцність, значна знижуючи пластичність. Так, напр. Т. містить більше 0,5% N, стає крихким і не може бути прокачаний. Холодне деформування помітно зміцнює метал. Так, межа міцності на розтяг йодідного Т. відпаленого у вакуумі при т-ре 800 ° С, після обтиску на 50% зростає до 68- 75 кгс / мм2, відносне подовження знижується до 5-11%. Т. має високу корозійну стійкість при низьких і помірних т-рах. При високій т-рі його хім. активність різко зростає.

На повітрі при звичайній т-ре Т. стійкий. При нагріванні до т-ри 400-600 ° С покривається захисною окіснонітрідной плівкою, при більш високих т-рах захисні св-ва окалини швидко погіршуються. Т. стійок в воді, в т. Ч. Морський, розчинах більшості хлоридів, розведених розчинах лугів, соляної і сірчаної к-т. З підвищенням концентрації к-ти і т-ри швидкість корозії Т. в соляній і сірчаній к-тах збільшується, особливо при наявності розчинних фторидів або окислювачів. У азотної к-ті Т. пассивируется. Розчиняється в плавиковою к-ті (особливо добре в суміші її з азотною к-тій) і в розплавлених лугах і перекису, сильно кородує в розплавлених хлоридах лужних металів при наявності повітря. Характерним св-вом Т. є здатність активно поглинати гази - водень. азот і кисень.

При поглинанні водню спершу утворюються тверді розчини, а потім гідриди TiH і TiH2. Нагріванням у вакуумі (т-ра 800-900 ° С) поглинений водень може бути повністю вилучений. При нагріванні Т. в значній мірі розчиняє азот і кисень. утворюючи з ними тверді розчини впровадження. Зі збільшенням вмісту азоту і кисню утворюються нітриди і оксиди титану. Оксиди TiO, Ti203 і ТiO2 відповідають ступеням окислення металу. Відомі проміжні оксиди. На відміну від водню поглинені азот і кисень вакуумируют-ням видалити не можна. При т-рі понад 1000 ° С Т. взаємодіє з вуглецем і углеродсодержащими газами (СО, СH4 і ін.) З утворенням карбіду TiC. Нітрид TiN і карбід TiC - тверді, тугоплавкі, хімічно стійкі металлоподобниє з'єднання з кристалічною струк-турою типу NaCl, відносяться до впровадження фаз. З галогенами Т. взаємодіє при порівняно низьких т-рах (100-200 ° С) з утворенням легколетких вищих галогенідів TiX4 (відомі також галогеніди TiX3 і TiX2).

З халькогенами, фосфором, кремнієм, бором і ін. Неметалами реагує при більш високих т-рах з утворенням численних з'єднань різної стехіометрії (напр. Ti3Si, Ti5Si3, Ti6Si4, TiSi, TiSi2) і кристалічної структури (типів FeB, Mn5Si3, NiAs і ін .). Практично найбільш важливими сполуками Т. є двоокис ТiO2, чотирихлористий TiCl4 і че-тирехйодістий титан Til4, карбід TiC, нітрид TiN, фторотитанати K2TiF6 і Na2TiF6 і ін. Т. сплавляється з усіма металами, крім лужних і лужноземельних. У потрійній системі з міддю і сріблом спостерігається його часткова несмешиваемость в рідкому стані. З перехідними металами Т. утворює широкі області бета-твердих розчинів (зі скандієм і металами IV- VI груп - необмежені тверді розчини) і порівняно вузькі - альфа-твердих розчинів. Виняток становлять скандій. цирконій і гафній. з до-римі Т. утворює необмежені ряди як бета-, так і альфа-твердих розчинів, і рідкоземельні метали. розчинність яких брало в бета- і альфа-титані мала. Розчинність неперехідних металів в альфа- і бета-титані змінюється в досить широких межах. Вона дуже мала в системах з цинком і кадмієм і велика в системах з алюмінієм і оловом.

Електролітичним методом застосовують гл. обр. для рафінування Т. (напр. неякісної губки, відходів плавки металу) і сплавів на його основі. Електроліт - розплав хлоридів лужних металів (NaCl або суміші NaCl і КС1), в к-ром розчинені нижчі хлориди титану (TiCl2, TiCl3), анод - забруднений домішками титан. Метод перспективний для переробки тютюнового скрапу, к-рий використовують в якості розчинної анода. Компактні заготовки пластичного Т. з титанової губки або титанового порошку виготовляють вакуумної дугового плавкою або методами порошкової металургії. Для виплавки Т. і його сплавів використовують дугові печі з мідним водоохолоджуваним тиглем-кристалізатором і нерасхо-дуємо вольфрамовим електродом, або витрачаються електродом, спресованим з титанового порошку або відповідної шихти. Створено вакуумні дугові печі для гарні-сажнів плавки титану. Застосовують пресування порошку на холоду з подальшим спіканням в вакуумі, гаряче пресування в вакуумі, гарячу ковку спечених заготовок в штампах.

Компактний метал, отриманий будь-яким з цих методів, піддається обробці тиском в холодному і гарячому стані: його можна кувати, прокатувати, штампувати і т. Д. Переробляють Т. і його сплави в прутки, смуги, профілі прокату, безшовні труби, дріт, жерсть і фольгу. При обробці Т. різанням матеріалом для інструменту служать швидкорізальні стали і тверді сплави. Високий опір корозії в поєднанні з великою питомою міцністю, що зберігається до т-р 150-430 ° С, зумовили вживання Т. і сплавів на його основі (легованих алюмінієм, хромом, ванадієм, молібденом, оловом) як конструкційний матеріал в авіа-, ракето- і суднобудуванні, хім. машинобудуванні (див. Титану сплави). Чистий Т. застосовують в електровакуумної техніці для виготовлення анодів, сіток і ін. Деталей, у вигляді порошку - як геттера.

Для захисту від корозії титаном покривають поверхні сталевих виробів. Феротитан застосовують для розкислення сталі і очищення від розчинених в ній кисню, азоту та сірки (запобігає красноломкость стали). Присадки Т. вводять в марганцевисті, хромисті, хромомолібденові і хромонікеле-ші стали, мідні і алюмінієві сплави. Карбід Т. використовують в произове Тітановольфрамовие твердих сплавів для ріжучих інструментів, жаростійких і жароміцних сплавів, застосовуваних для виготовлення деталей газових турбін реактивних двигунів. Двоокис титану використовують для приготування титанових білил, в произове емалей і глазурі, при виготовленні сегнетоді-електриків. Рутил, або технічну двоокис титану, вводять до складу обмазки зварювальних електродів. Гідрид титану служить джерелом чистого водню.

Характеристика елемента. Хімія перших елементів побічних підгруп істотно відрізняється від наступних, так як на них ще не позначається ні d -стиснений, ні лантаноидному. У підгрупі IVB це в повній мірі відноситься до титану. У нейтрального атома енергія 3 d - і 4 s -орбіталей дуже близькі між собою, тому більш стійким станом є +4, хоча іони Ti ⁺ ⁴ реально не існують, так як відрив всіх чотирьох електронів вимагає великої енергії.

З'єднання титану (IV) зазвичай включають ковалентні зв'язки. З інших ступенів окислення - 1, +2 і +3 титан легко окислюється до Ti (IV) повітрям, водою та іншими реагентами. У водних розчинах на повітрі стійкі лише з'єднання з максимальним ступенем окислення титану. У комплексах для титану характерно координаційне число 6 і рідше 4

Властивості простої речовини і з'єднань. Титан-один з небагатьох металів з високою корозійної стійкістю, яку він повідомляє і сплавів на його основі. Тому такий великий інтерес до цього тугоплавкі (t пл = 1688 ° С, t кип = 3260 ° С), порівняно легкому (d = 4,5 г / см ³) і сріблястому металу. Значення його і надії, які покладає на нього, подібні до тих, що проявлялися колись щодо алюмінію. Якості титану в своєму поєднанні унікальні: він парамагнитен, відрізняється високою міцністю, високою щільністю і легко піддається обробці, зберігає свої механічні властивості незмінними в широкому інтервалі температур від -180 до +500 ° С. Він стійкий в атмосфері повітря, у холодній і киплячій воді, в розчинах багатьох солей і морській воді, в неорганічних і органічних кислотах. З киснем титан реагує при температурі червоного розжарювання, а з азотом трохи вище (при 800 ° С), тому при його нагріванні на повітрі утворюється суміш оксиду і нітриду. Найлегше він з'єднується з галогенами: при 150 ° С зі фтором, а при 300 ° С з хлором.

Солі титану гідролізуються у воді, утворюючи різноманітні солі титанів - групи TiO ² ⁺. провідною себе як двузарядних іон. Діоксид титану TiO 2 - міцне біле речовина, існує в декількох модифікаціях (рутил, анатаз), плавиться при 1855 ° С і проявляє дуже слабкі кислотні властивості. Гідролізом солей титану отримують кислоти: ортотітановую H 4 TIO 4 і метатітановую, Н 2 TiO 3

Обидві вони малоактивні н слабкі (слабкіше кремнієвої). З з'єднанні титану на особливу згадку заслуговує титанат барію ВаТiOз-родоначальник одного з сімейств сегнетоелектриків - з'єднань, що змінюють свої властивості (розміри, діелектричну

проникність і ін.) в змінному електричному полі. Вони здатні перетворювати механічну енергію стиснення кристала в електричну.

Отримання і використання. Титан по поширеності займає четверте місце серед технічно важливих металів після алюмінію, заліза і міді. Виділення його з мінералів пов'язано з труднощами, зумовленими реакцією титану при нагріванні з вугіллям, киснем і металами. Отримують чистий титан іодідним методом, термічно розкладаючи його йодид. Роль металу як конструкційний матеріал швидко зростає особливо в авіації, техніці, в металургії сплавів.

Титан грає певну роль в життєдіяльності організмів: він неодмінний учасник процесів імуногенезу. Міститься в плазмі крові, селезінці, надниркових і щитовидній залозі.

Літ. Єременко В. Н. Титан і його сплави.

Схожі статті