Oxidationszustand von Titan in Verbindungen. Titan - Metall

Die Entdeckung von TiO 2 erfolgte nahezu gleichzeitig und unabhängig voneinander durch den Engländer W. Gregor und den deutschen Chemiker M. G. Klaproth. W. Gregor, der die Zusammensetzung von magnetischem Eisensand untersuchte (Creed, Cornwall, England, 1789), isolierte eine neue „Erde“ (Oxid) eines unbekannten Metalls, die er Menaken nannte. 1795 entdeckte der deutsche Chemiker Klaproth ein neues Element im Mineral Rutil und nannte es Titan; später stellte er fest, dass Rutil und Menakenerde Oxide desselben Elements sind. Die erste Probe von metallischem Titan wurde 1825 von J. Ya. Berzelius erhalten. Eine reine Ti-Probe wurde 1925 von den Niederländern A. van Arkel und I. de Boer durch thermische Zersetzung von Titaniodiddampf TiI 4 gewonnen

Physikalische Eigenschaften:

Titan ist ein leichtes silberweißes Metall. Kunststoff, in inerter Atmosphäre schweißbar.
Es hat eine hohe Viskosität und neigt während der Bearbeitung dazu, am Schneidwerkzeug festzukleben. Daher sind spezielle Beschichtungen auf dem Werkzeug und verschiedene Schmiermittel erforderlich.

Chemische Eigenschaften:

Bei normalen Temperaturen ist es mit einem schützenden Passivierungsfilm aus korrosionsbeständigem Oxid bedeckt, aber wenn es zu Pulver zerkleinert wird, brennt es an der Luft. Titanstaub kann explodieren (Flammpunkt 400°C). Beim Erhitzen an Luft auf 1200 °C verbrennt Titan unter Bildung von Oxidphasen unterschiedlicher Zusammensetzung TiO x .
Titan ist beständig gegen verdünnte Lösungen vieler Säuren und Laugen (außer HF, H 3 PO 4 und konzentriertes H 2 SO 4), reagiert jedoch leicht auch mit schwachen Säuren in Gegenwart von Komplexbildnern, beispielsweise mit Flusssäure HF bildet ein komplexes Anion 2-.
Beim Erhitzen interagiert Titan mit Halogenen. Mit Stickstoff über 400 °C bildet Titan das Nitrid TiN x (x=0,58–1,00). Wenn Titan mit Kohlenstoff interagiert, entsteht Titancarbid TiC x (x=0,49–1,00).
Titan absorbiert Wasserstoff und bildet Verbindungen mit variabler Zusammensetzung TiHx. Beim Erhitzen zersetzen sich diese Hydride unter Freisetzung von H2.
Titan bildet mit vielen Metallen Legierungen.
Titan weist in Verbindungen die Oxidationsstufen +2, +3 und +4 auf. Die stabilste Oxidationsstufe ist +4.

Die wichtigsten Verbindungen:

Titandioxid, TiO 2 . Weißes Pulver, beim Erhitzen gelb, Dichte 3,9–4,25 g/cm 3 . Amphoter. In konzentriertem H 2 löst sich SO 4 nur bei längerem Erhitzen. Beim Schmelzen mit Na 2 CO 3 Soda oder K 2 CO 3 Kali bildet TiO 2 Oxid Titanate:
TiO 2 + K 2 CO 3 = K 2 TiO 3 + CO 2
Titan(IV)-hydroxid, TiO(OH) 2 *xH 2 O, wird aus Lösungen von Titansalzen ausgefällt; durch vorsichtiges Kalzinieren wird TiO 2 -Oxid erhalten. Titan(IV)hydroxid ist amphoter.
Titantetrachlorid TiCl 4 ist unter normalen Bedingungen eine gelbliche Flüssigkeit, die an der Luft stark raucht, was durch die starke Hydrolyse von TiCl 4 durch Wasserdampf und die Bildung winziger HCl-Tröpfchen und einer Suspension von Titanhydroxid erklärt wird. Kochendes Wasser hydrolysiert zu Titansäure (??). Titan(IV)-chlorid zeichnet sich durch die Bildung von Additionsprodukten aus, beispielsweise TiCl 4 *6NH 3, TiCl 4 *8NH 3, TiCl 4 *PCl 3 usw. Beim Lösen von Titan(IV)-chlorid in HCl entsteht die Komplexsäure H2, die im freien Zustand unbekannt ist; seine Me 2 -Salze kristallisieren gut und sind an der Luft stabil.
Durch die Reduktion von TiCl 4 mit Wasserstoff, Aluminium, Silizium und anderen starken Reduktionsmitteln entstehen Titantrichlorid und -dichlorid TiCl 3 und TiCl 2 - Feststoffe mit starken restaurativen Eigenschaften.
Titannitrid- repräsentiert die interstitielle Phase mit einem breiten Homogenitätsbereich, Kristalle mit einem kubisch flächenzentrierten Gitter. Vorbereitung – Titannitrieren bei 1200 °C oder andere Methoden. Es wird als hitzebeständiges Material zur Herstellung verschleißfester Beschichtungen verwendet.

Anwendung:

In Form von Legierungen. Das Metall wird verwendet Chemieindustrie(Reaktoren, Rohrleitungen, Pumpen), Leichtmetalllegierungen, Osteoprothesen. Es ist das wichtigste Strukturmaterial im Flugzeug-, Raketen- und Schiffbau.
Titan ist in einigen Stahlsorten ein Legierungszusatz.
Nitinol (Nickel-Titan) ist eine Legierung mit Formgedächtnis, die in Medizin und Technik eingesetzt wird.
Titanaluminide sind sehr oxidationsbeständig und hitzebeständig, was wiederum ihren Einsatz als Strukturwerkstoffe in der Luftfahrt und im Automobilbau bestimmte.
In Form von Verbindungen Weißes Titandioxid wird in Farben (zum Beispiel Titanweiß) sowie bei der Herstellung von Papier und Kunststoffen verwendet. Lebensmittelzusatzstoff E171.
Organische Titanverbindungen (z. B. Tetrabutoxytitan) werden als Katalysator und Härter in der chemischen Industrie sowie in der Farben- und Lackindustrie eingesetzt.
Anorganische Titanverbindungen werden in der chemischen Elektronik- und Glasfaserindustrie als Zusatzstoffe eingesetzt.

Matigorov A.V.
HF Staatliche Universität Tjumen

1941 Siedetemperatur 3560 Ud. Schmelzwärme 18,8 kJ/mol Ud. Verdampfungswärme 422,6 kJ/mol Molare Wärmekapazität 25,1 J/(K mol) Molares Volumen 10,6 cm³/mol Kristallgitter einer einfachen Substanz Gitterstruktur sechseckig
dicht gepackt (α-Ti) Gitterparameter a=2,951 s=4,697 (α-Ti) Attitüde C/A 1,587 Debye-Temperatur 380 Andere Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit (300 K) 21,9 W/(m·K) CAS-Nummer 7440-32-6

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Untertitel

Hallo zusammen! Alexander Ivanov ist bei Ihnen und das ist das Projekt „Chemie – einfach“. Und jetzt werden wir ein bisschen Spaß mit Titan haben! So sehen ein paar Gramm reines Titan aus, das vor langer Zeit an der Universität Manchester gewonnen wurde, als es noch nicht einmal eine Universität gab. Diese Probe stammt aus demselben Museum. Daraus besteht das Hauptmineral So sieht Titan aus, das gewonnen wird. Das ist Rutil. Insgesamt sind mehr als 100 Mineralien bekannt, die Titan enthalten. Im Jahr 1867 passte alles, was die Menschen über Titan wussten, auf eine Seite in ein Lehrbuch. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts hatte sich nicht viel geändert Im Jahr 1791 entdeckte der englische Chemiker und Mineraloge William Gregor ein neues Element im Mineral Menakinit und nannte es „Menakin“. Wenig später, im Jahr 1795, entdeckte der deutsche Chemiker Martin Klaproth ein neues chemisches Element in einem anderen Mineral – Rutil. Titan erhielt sein Name von Klaproth, der es zu Ehren der Elfenkönigin Titania benannte. Einer anderen Version zufolge stammt der Name des Elements jedoch von den Titanen, den mächtigen Söhnen der Erdgöttin - Gays. Im Jahr 1797 stellte sich jedoch heraus, dass Gregor und Klaproth entdeckten das gleiche chemische Element. Der Name blieb jedoch derselbe wie der von Klaproth. Aber weder Gregor noch Klaproth konnten das Metall Titan gewinnen. Sie erhielten ein weißes kristallines Pulver, das Titandioxid war. Zum ersten Mal metallisch Titan wurde vom russischen Wissenschaftler D.K. gewonnen. Kirilov im Jahr 1875 Aber wie es ohne entsprechende Berichterstattung passiert, wurde seine Arbeit nicht beachtet. Danach wurde reines Titan von den Schweden L. Nilsson und O. Peterson sowie dem Franzosen Moissan gewonnen. Und erst 1910 wurde der amerikanische Chemiker M. Hunter verbesserte die bisherigen Methoden zur Gewinnung von Titan und erhielt mehrere Gramm reines 99 %iges Titan. Aus diesem Grund wird in den meisten Büchern Hunter als der Wissenschaftler angegeben, der das metallische Titan erhielt. Niemand hat eine große Zukunft für Titan vorhergesagt, schon gar nicht Verunreinigungen in seiner Zusammensetzung machten es sehr zerbrechlich und zerbrechlich, was eine mechanische Prüfung der Verarbeitung nicht zuließ. Daher haben einige Titanverbindungen ihre Verwendung gefunden Breite Anwendung Vor dem Metall selbst wurde Titantetrachlorid im Ersten Weltkrieg zur Herstellung von Nebelwänden verwendet. Im Freien hydrolysiert Titantetrachlorid zu Titanoxychloriden und Titanoxid. Der weiße Rauch, den wir sehen, besteht aus Partikeln von Titanoxychloriden und Titanoxid. Die Tatsache, dass diese Partikel sind möglich, bestätigen Sie, wenn wir ein paar Tropfen Titantetrachlorid ins Wasser tropfen. Titantetrachlorid wird derzeit zur Gewinnung von metallischem Titan verwendet. Die Methode zur Gewinnung von reinem Titan hat sich seit hundert Jahren nicht geändert. Zunächst wird Titandioxid mit Chlor in Titantetrachlorid umgewandelt. worüber wir zuvor gesprochen haben. Anschließend wird mithilfe von Magnesiumthermie metallisches Titan aus Titantetrachlorid gewonnen, das in Form eines Schwamms entsteht. Dieser Prozess wird bei einer Temperatur von 900 ° C in Stahlretorten durchgeführt. Aufgrund der Härte Unter den Reaktionsbedingungen haben wir leider keine Gelegenheit, diesen Prozess zu zeigen. Das Ergebnis ist ein Titanschwamm, der zu einem kompakten Metall eingeschmolzen wird. Um hochreines Titan zu erhalten, verwenden sie die Jodid-Raffinierungsmethode, die wir beschreiben werden Ausführlich im Video über Zirkonium. Wie Sie bereits bemerkt haben, ist Titantetrachlorid unter normalen Bedingungen eine transparente, farblose Flüssigkeit. Nehmen wir jedoch Titantrichlorid, dann ist es eine feste violette Substanz. Insgesamt ein Chloratom weniger im Molekül, und schon ein anderer Zustand Titantrichlorid ist hygroskopisch. Daher kann man damit nur in einer inerten Atmosphäre arbeiten. Titantrichlorid löst sich gut in Salzsäure. Dies ist der Prozess, den Sie jetzt beobachten. In der Lösung entsteht ein Komplexion. 3– Ich sage Ihnen, was Komplexionen sind nächstes Mal. Seien Sie in der Zwischenzeit einfach entsetzt :) Wenn Sie der resultierenden Lösung etwas Salpetersäure hinzufügen, entsteht Titannitrat und es wird ein braunes Gas freigesetzt, was wir tatsächlich sehen. Es findet eine qualitative Reaktion auf Titanionen statt. Lass uns fallen Wasserstoffperoxid. Wie Sie sehen können, kommt es zu einer Reaktion unter Bildung einer hellfarbigen Verbindung. Dabei handelt es sich um Supratitansäure. Im Jahr 1908 begann man in den USA, Titandioxid zur Herstellung von Weiß zu verwenden, das Weiß ersetzte basierte auf Blei und Zink. Titanweiß übertraf die Qualität von Blei- und Zinkanaloga bei weitem. Außerdem wurde Titanoxid zur Herstellung von Emaille verwendet, das für Beschichtungen von Metall und Holz im Schiffbau verwendet wurde. Derzeit wird Titandioxid in der Lebensmittelindustrie verwendet als weißer Farbstoff – das ist der Zusatzstoff E171, der in Krabbenstäbchen, Frühstückszerealien, Mayonnaise, Kaugummi, Milchprodukten etc. zu finden ist. Titandioxid wird auch in Kosmetika verwendet – es ist Bestandteil der Sonnenschutzcreme „All „Was glänzt, ist kein Gold“ – diesen Spruch kennen wir seit unserer Kindheit moderne Kirche und es funktioniert für Titan im wahrsten Sinne des Wortes. Und es scheint, dass es zwischen der Kirche und Titan Gemeinsamkeiten geben kann? Hier ist was: Alle modernen Kirchenkuppeln, die in Gold schimmern, haben eigentlich nichts mit Gold zu tun. Tatsächlich sind alle Kuppeln mit Titannitrid beschichtet. Auch Metallbohrer sind mit Titannitrid beschichtet. Erst 1925 wurde hochreines Titan gewonnen, das machte es möglich, seine physikalischen und chemischen Eigenschaften zu untersuchen und sie erwiesen sich als fantastisch. Es stellte sich heraus, dass Titan, das fast halb so viel wie Eisen wiegt, vielen Stählen in der Festigkeit überlegen ist. Auch wenn Titan anderthalbmal so schwer ist Es ist schwerer als Aluminium, sechsmal stärker als Aluminium und behält seine Festigkeit bis zu 500 °C. -Aufgrund seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit und Nichtmagnetizität ist Titan in der Elektrotechnik von großem Interesse. Titan weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Aufgrund Aufgrund seiner Eigenschaften ist Titan zu einem Material für die Raumfahrttechnik geworden. In Russland, in Werchnjaja Salda, gibt es den Konzern VSMPO-AVISMA, der Titan für die globale Luft- und Raumfahrtindustrie herstellt. Aus Werchnjaja-Salda-Titan werden Boeings, Airbusse und Rolls-Royces hergestellt , diverse chemische Geräte und jede Menge anderer teurer Schrott. Allerdings kann jeder von euch eine Schaufel oder ein Brecheisen aus reinem Titan kaufen! Und es ist kein Witz! Und so reagiert feines Titanpulver mit Luftsauerstoff. Dank dieser farbenfrohen Verbrennung findet Titan Anwendung in der Pyrotechnik. Und das ist alles, abonnieren Sie, geben Sie einen Daumen hoch, vergessen Sie nicht, das Projekt zu unterstützen und erzählen Sie es Ihren Freunden! Tschüss!

Geschichte

Die Entdeckung von TiO 2 erfolgte nahezu zeitgleich und unabhängig von einem Engländer W. Gregor?! und der deutsche Chemiker M. G. Klaproth. W. Gregor, der die Zusammensetzung von magnetischem Eisensand (Creed, Cornwall, England) untersuchte, isolierte eine neue „Erde“ (Oxid) eines unbekannten Metalls, die er Menaken nannte. 1795 entdeckte der deutsche Chemiker Klaproth ein neues Element im Mineral Rutil und nannte es Titan. Zwei Jahre später stellte Klaproth fest, dass Rutil und Menakenerde Oxide desselben Elements sind, was zu der von Klaproth vorgeschlagenen Bezeichnung „Titan“ führte. Zehn Jahre später wurde Titan zum dritten Mal entdeckt. Der französische Wissenschaftler L. Vauquelin entdeckte Titan in Anatas und bewies, dass Rutil und Anatas identische Titanoxide sind.

Die erste Probe metallischen Titans wurde 1825 von J. Ya. Berzelius erhalten. Aufgrund der hohen chemischen Aktivität von Titan und der Schwierigkeit seiner Reinigung wurde 1925 von den Niederländern A. van Arkel und I. de Boer eine reine Ti-Probe durch thermische Zersetzung von Titaniodiddampf TiI 4 gewonnen.

Herkunft des Namens

Das Metall erhielt seinen Namen zu Ehren der Titanen, Figuren aus der antiken griechischen Mythologie, den Kindern von Gaia. Der Name des Elements wurde von Martin Klaproth in Übereinstimmung mit seinen Ansichten zur chemischen Nomenklatur vergeben, im Gegensatz zur französischen Schule der Chemie, wo man versuchte, ein Element anhand seiner chemischen Eigenschaften zu benennen. Da der deutsche Forscher selbst feststellte, dass es unmöglich war, die Eigenschaften eines neuen Elements nur aus seinem Oxid zu bestimmen, wählte er einen Namen dafür aus der Mythologie, in Anlehnung an das zuvor entdeckte Uran.

In der Natur sein

Titan liegt hinsichtlich der Häufigkeit in der Natur an zehnter Stelle. Der Gehalt in der Erdkruste beträgt 0,57 Massen-%, im Meerwasser 0,001 mg/l. In ultramafischem Gestein 300 g/t, in basischem Gestein 9 kg/t, in saurem Gestein 2,3 kg/t, in Ton und Schiefer 4,5 kg/t. IN Erdkruste Titan ist fast immer vierwertig und kommt nur in Sauerstoffverbindungen vor. IN freie Form tritt nicht auf. Unter Witterungs- und Niederschlagsbedingungen weist Titan eine geochemische Affinität zu Al 2 O 3 auf. Es ist in Bauxiten der Verwitterungskruste und in marinen Tonsedimenten konzentriert. Titan wird in Form mechanischer Mineralfragmente und in Form von Kolloiden transportiert. In einigen Tonen reichern sich bis zu 30 Gewichtsprozent TiO 2 an. Titanmineralien sind witterungsbeständig und bilden in Seifen große Konzentrationen. Es sind mehr als 100 titanhaltige Mineralien bekannt. Die wichtigsten davon sind: Rutil TiO 2, Ilmenit FeTiO 3, Titanomagnetit FeTiO 3 + Fe 3 O 4, Perowskit CaTiO 3, Titanit CaTiSiO 5. Es gibt primäre Titanerze – Ilmenit-Titanomagnetit und Seifenerze – Rutil-Ilmenit-Zirkon.

Geburtsort

Titanvorkommen befinden sich in Südafrika, Russland, der Ukraine, China, Japan, Australien, Indien, Ceylon, Brasilien, Südkorea und Kasachstan. In den GUS-Staaten belegen die Russische Föderation (58,5 %) und die Ukraine (40,2 %) die führenden Plätze bei den erkundeten Reserven an Titanerzen. Die größte Lagerstätte in Russland ist Yaregskoye.

Reserven und Produktion

Im Jahr 2002 wurden 90 % des abgebauten Titans zur Herstellung von Titandioxid TiO 2 verwendet. Die weltweite Produktion von Titandioxid betrug 4,5 Millionen Tonnen pro Jahr. Die bestätigten Reserven an Titandioxid (ohne Russland) belaufen sich auf etwa 800 Millionen Tonnen. Nach Angaben des US Geological Survey beliefen sich die Reserven an Ilmenit-Erzen und Rutil-Erzen im Jahr 2006 in Bezug auf Titandioxid und ohne Russland auf 603-673 Millionen Tonnen - 49,7-52,7 Millionen Tonnen. Bei der derzeitigen Produktionsrate reichen die weltweit nachgewiesenen Titanreserven (mit Ausnahme Russlands) also für mehr als 150 Jahre.

Russland verfügt nach China über die zweitgrößten Titanreserven der Welt. Die Mineralressourcenbasis von Titan in Russland besteht aus 20 Vorkommen (davon 11 primär und 9 alluvial), die ziemlich gleichmäßig über das ganze Land verteilt sind. Die größte der erforschten Lagerstätten (Jaregskoje) liegt 25 km von der Stadt Uchta (Republik Komi) entfernt. Die Reserven der Lagerstätte werden auf 2 Milliarden Tonnen Erz mit einem durchschnittlichen Titandioxidgehalt von etwa 10 % geschätzt.

Der weltweit größte Titanproduzent - Russisches Unternehmen„VSMPO-AVISMA“.

Quittung

Ausgangsmaterial für die Herstellung von Titan und seinen Verbindungen ist in der Regel Titandioxid mit relativ geringen Verunreinigungen. Insbesondere kann es sich um ein Rutilkonzentrat handeln, das aus der Anreicherung von Titanerzen gewonnen wird. Allerdings sind die Rutilreserven weltweit sehr begrenzt, und häufiger wird der sogenannte synthetische Rutil oder Titanschlacke verwendet, der bei der Verarbeitung von Ilmenitkonzentraten anfällt. Zur Gewinnung von Titanschlacke wird Ilmenitkonzentrat in einem Elektrolichtbogenofen reduziert, dabei wird Eisen in die Metallphase (Gusseisen) getrennt und nichtreduzierte Titanoxide und Verunreinigungen bilden die Schlackenphase. Die Aufbereitung reicher Schlacken erfolgt im Chlorid- oder Schwefelsäureverfahren.

Titanerzkonzentrat wird einer Schwefelsäure- oder pyrometallurgischen Verarbeitung unterzogen. Das Produkt der Schwefelsäurebehandlung ist Titandioxidpulver TiO 2. Bei der pyrometallurgischen Methode wird das Erz mit Koks gesintert und mit Chlor behandelt, wodurch Titantetrachloriddampf TiCl 4 entsteht:

T i O 2 + 2 C + 2 C l 2 → T i C l 4 + 2 C O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2C+2Cl_(2)\rightarrow TiCl_(4)+2CO)))

Die entstehenden TiCl 4 -Dämpfe werden mit Magnesium bei 850 °C reduziert:

T i C l 4 + 2 M g → 2 M g C l 2 + T i (\displaystyle (\mathsf (TiCl_(4)+2Mg\rightarrow 2MgCl_(2)+Ti)))

Darüber hinaus erfreut sich das sogenannte FFC-Cambridge-Verfahren, benannt nach seinen Entwicklern Derek Fray, Tom Farthing und George Chen und der Universität Cambridge, wo es entwickelt wurde, zunehmender Beliebtheit. Dieser elektrochemische Prozess ermöglicht die direkte, kontinuierliche Reduktion von Titan aus seinem Oxid in einer geschmolzenen Mischung aus Calciumchlorid und Branntkalk. Bei diesem Verfahren wird ein mit einer Mischung aus Calciumchlorid und Kalk gefülltes Elektrolytbad mit einer Graphit-Opferanode (oder Neutralanode) und einer Kathode aus einem reduzierbaren Oxid verwendet. Wenn Strom durch das Bad fließt, erreicht die Temperatur schnell ~1000–1100 °C und die Calciumoxidschmelze zerfällt an der Anode in Sauerstoff und metallisches Calcium:

2 C a O → 2 C a + O 2 (\displaystyle (\mathsf (2CaO\rightarrow 2Ca+O_(2))))

Der entstehende Sauerstoff oxidiert die Anode (bei Verwendung von Graphit) und Kalzium wandert in der Schmelze zur Kathode, wo es Titan aus dem Oxid reduziert:

O 2 + C → C O 2 (\displaystyle (\mathsf (O_(2)+C\rightarrow CO_(2)))) T i O 2 + 2 C a → T i + 2 C a O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2Ca\rightarrow Ti+2CaO)))

Das entstehende Kalziumoxid zerfällt wieder in Sauerstoff und metallisches Kalzium, und der Vorgang wird wiederholt, bis die Kathode vollständig in einen Titanschwamm umgewandelt ist oder das Kalziumoxid aufgebraucht ist. Bei diesem Verfahren wird Calciumchlorid als Elektrolyt verwendet, um der Schmelze elektrische Leitfähigkeit und die Beweglichkeit aktiver Calcium- und Sauerstoffionen zu verleihen. Bei Verwendung einer inerten Anode (z. B. Zinnoxid) wird an der Anode anstelle von Kohlendioxid molekularer Sauerstoff freigesetzt, was zu einer geringeren Schadstoffbelastung führt Umfeld Allerdings wird der Prozess in diesem Fall instabiler und außerdem wird unter bestimmten Bedingungen die Zersetzung von Chlorid anstelle von Calciumoxid energetisch günstiger, was zur Freisetzung von molekularem Chlor führt.

Der entstandene Titan-„Schwamm“ wird eingeschmolzen und gereinigt. Titan wird mithilfe der Jodidmethode oder Elektrolyse raffiniert, wobei Ti von TiCl 4 getrennt wird. Um Titanbarren zu erhalten, wird Lichtbogen-, Elektronenstrahl- oder Plasmabearbeitung eingesetzt.

Physikalische Eigenschaften

Titan ist ein leichtes silberweißes Metall. Liegt in zwei Kristallmodifikationen vor: α-Ti mit einem hexagonal dicht gepackten Gitter (a=2,951 Å; c=4,679 Å; z=2; Raumgruppe). C6mmc), β-Ti mit kubisch raumzentrierter Packung (a=3.269 Å; z=2; Raumgruppe). Ich bin3m), die Temperatur des α↔β-Übergangs beträgt 883 °C, ΔH des Übergangs beträgt 3,8 kJ/mol. Schmelzpunkt 1660 ± 20 °C, Siedepunkt 3260 °C, Dichte von α-Ti und β-Ti jeweils gleich 4,505 (20 °C) bzw. 4,32 (900 °C) g/cm³, Atomdichte 5,71⋅10 22 at /cm³ [ ] . Kunststoff, in inerter Atmosphäre schweißbar. Widerstand 0,42 µOhm m um 20 °C

Es hat eine hohe Viskosität, neigt während der Bearbeitung dazu, am Schneidwerkzeug festzukleben und erfordert daher das Aufbringen spezieller Beschichtungen auf das Werkzeug und verschiedener Schmiermittel.

Bei normalen Temperaturen ist es mit einem schützenden Passivierungsfilm aus TiO 2 -Oxid bedeckt, wodurch es in den meisten Umgebungen (außer alkalisch) korrosionsbeständig ist.

Titanstaub neigt zur Explosion. Flammpunkt - 400 °C. Titanspäne sind feuergefährlich.

Titan verfügt neben Stahl, Wolfram und Platin über eine hohe Stabilität im Vakuum, was es zusammen mit seiner Leichtigkeit zu einem vielversprechenden Designobjekt macht Raumschiffe.

Chemische Eigenschaften

Titan ist beständig gegen verdünnte Lösungen vieler Säuren und Laugen (außer H 3 PO 4 und konzentriertes H 2 SO 4).

Es reagiert leicht auch mit schwachen Säuren in Gegenwart von Komplexbildnern, beispielsweise interagiert es mit Flusssäure unter Bildung eines komplexen Anions 2−. Titan ist in organischen Umgebungen am anfälligsten für Korrosion, da sich in Gegenwart von Wasser ein dichter passiver Film aus Titanoxiden und -hydriden auf der Oberfläche eines Titanprodukts bildet. Der deutlichste Anstieg der Korrosionsbeständigkeit von Titan macht sich bemerkbar, wenn der Wassergehalt in einer aggressiven Umgebung von 0,5 auf 8,0 % ansteigt, was durch elektrochemische Untersuchungen der Elektrodenpotentiale von Titan in Lösungen von Säuren und Laugen in gemischten wässrig-organischen Stoffen bestätigt wird Medien.

Beim Erhitzen an der Luft auf 1200 °C leuchtet Ti mit einer hellweißen Flamme auf, wobei sich Oxidphasen variabler Zusammensetzung TiO x bilden. TiO(OH) 2 ·xH 2 O-Hydroxid wird aus Lösungen von Titansalzen ausgefällt und durch sorgfältige Kalzinierung entsteht TiO 2 -Oxid. Hydroxid TiO(OH) 2 xH 2 O und Dioxid TiO 2 sind amphoter.

Anwendung

In reiner Form und in Form von Legierungen

• Titan in Form von Legierungen ist der wichtigste Strukturwerkstoff im Flugzeug-, Raketen- und Schiffbau.
• Das Metall wird verwendet in: der chemischen Industrie (Reaktoren, Rohrleitungen, Pumpen, Rohrleitungsarmaturen), der Militärindustrie (Körperschutz, Panzerungen und Brandschutzwände in der Luftfahrt, Schiffsrümpfe). U-Boote), Industrieprozesse (Entsalzungsanlagen, Zellstoff- und Papierprozesse), Automobilindustrie, Agrarindustrie, Lebensmittelindustrie, Piercingschmuck, medizinische Industrie (Prothetik, Osteoprothetik), zahnärztliche und endodontische Instrumente, Zahnimplantate, Sportartikel, Schmuck, Mobiltelefone, Leichtmetalllegierungen usw.
• Der Titanguss erfolgt in Vakuumöfen in Graphitformen. Es wird auch Vakuum-Wachsausschmelzguss verwendet. Aufgrund technologischer Schwierigkeiten wird es im Kunstguss nur begrenzt eingesetzt. Die weltweit erste monumentale Gussskulptur aus Titan ist das Denkmal für Juri Gagarin auf dem nach ihm benannten Platz in Moskau.
• Titan ist ein Legierungszusatz in vielen legierten Stählen und den meisten Speziallegierungen [ welche?] .
• Nitinol (Nickel-Titan) ist eine Formgedächtnislegierung, die in Medizin und Technik eingesetzt wird.
• Titanaluminide sind sehr oxidationsbeständig und hitzebeständig, was wiederum ihren Einsatz als Strukturwerkstoffe in der Luftfahrt und im Automobilbau bestimmte.
• Titan ist eines der am häufigsten in Hochvakuumpumpen verwendeten Gettermaterialien.

In Form von Verbindungen

• Weißes Titandioxid (TiO 2 ) wird in Farben (z. B. Titanweiß) und bei der Herstellung von Papier und Kunststoffen verwendet. Lebensmittelzusatzstoff E171.
• Organo-Titan-Verbindungen (z. B. Tetrabutoxytitan) werden als Katalysator und Härter in der Chemie- und Farbenindustrie eingesetzt.
• Anorganische Titanverbindungen werden in der chemischen Elektronik- und Glasfaserindustrie als Additive oder Beschichtungen eingesetzt.
• Titancarbid, Titandiborid und Titancarbonitrid sind wichtige Bestandteile superharter Werkstoffe für die Metallverarbeitung.
• Titannitrid wird zur Beschichtung von Instrumenten, Kirchenkuppeln und bei der Herstellung von Modeschmuck verwendet, da es eine goldähnliche Farbe hat.
• Bariumtitanat BaTiO 3 , Bleititanat PbTiO 3 und eine Reihe anderer Titanate sind Ferroelektrika.

Es gibt viele Titanlegierungen mit verschiedene Metalle. Legierungselemente werden je nach ihrem Einfluss auf die Temperatur der polymorphen Umwandlung in drei Gruppen eingeteilt: Beta-Stabilisatoren, Alpha-Stabilisatoren und neutrale Festiger. Die ersten senken die Umwandlungstemperatur, die zweiten erhöhen sie, die dritten beeinflussen sie nicht, führen aber zu einer Lösungsverfestigung der Matrix. Beispiele für Alpha-Stabilisatoren: Aluminium, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff. Betastabilisatoren: Molybdän, Vanadium, Eisen, Chrom, Nickel. Neutrale Härter: Zirkonium, Zinn, Silizium. Betastabilisatoren wiederum werden in beta-isomorphe und beta-eutektoidbildende Stabilisatoren unterteilt.

Die gebräuchlichste Titanlegierung ist die Ti-6Al-4V-Legierung (in der russischen Klassifizierung - VT6).

Analyse der Konsummärkte

Die Reinheit und Qualität von Rohtitan (Titanschwamm) wird üblicherweise durch seine Härte bestimmt, die vom Gehalt an Verunreinigungen abhängt. Die gängigsten Marken sind TG100 und TG110 [ ] .

Physiologische Wirkung

Wie oben erwähnt, wird Titan auch in der Zahnheilkunde verwendet. Ein besonderes Merkmal der Verwendung von Titan ist nicht nur seine Festigkeit, sondern auch die Fähigkeit des Metalls selbst, mit dem Knochen zu verschmelzen, wodurch die quasi-monolithische Beschaffenheit der Zahnbasis gewährleistet werden kann.

Isotope

Natürliches Titan besteht aus einer Mischung von fünf stabilen Isotopen: 46 Ti (7,95 %), 47 Ti (7,75 %), 48 Ti (73,45 %), 49 Ti (5,51 %), 50 Ti (5,34 %).

Künstliche radioaktive Isotope 45 Ti (T ½ = 3,09 h), 51 Ti (T ½ = 5,79 min) und andere sind bekannt.

Anmerkungen

1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomgewichte der Elemente 2011 (IUPAC-Technischer Bericht) (Englisch) // Reine und angewandte Chemie. - 2013. - Bd. 85, nein. 5 . - S. 1047-1078. – DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
2. Redaktion: Zefirov N. S. (Chefredakteur). Chemische Enzyklopädie: in 5 Bänden - Moskau: Sowjetische Enzyklopädie, 1995. - T. 4. - S. 590-592. - 639 S. - 20.000 Exemplare. - ISBN 5-85270-039-8.
3. Titan- Artikel aus der Physical Encyclopedia
4. J.P. Riley und Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
5. Titanablagerung.
6. Titanablagerung.
7. Ilmenit, Rutil, Titanomagnetit – 2006
8. Titan (nicht definiert) . Informations- und Analysezentrum „Mineral“. Abgerufen am 19. November 2010. Archiviert am 21. August 2011.
9. VSMPO-AVISMA Corporation
10. Koncz, St. Szanto, St.; Waldhauser, H., Der Sauerstoffgehalt von Titan-Jodidstäben, Naturwiss. 42 (1955), S. 368–369
11. Titan ist das Metall der Zukunft (Russisch).
12. Titan – Artikel aus der Chemical Encyclopedia
13. Der Einfluss von Wasser auf den Passivierungsprozess von Titan – 26. Februar 2015 – Chemie und chemische Technologie im Leben (nicht definiert) . www.chemfünf.ru. Abgerufen am 21. Oktober 2015.
14. Die Kunst des Gießens im 20. Jahrhundert
15. Auf dem Weltmarkt für Titan haben sich die Preise in den letzten zwei Monaten stabilisiert (Rückblick)

Links

• Titan in der beliebten Bibliothek chemischer Elemente

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DEFINITION

Titan befindet sich in der vierten Periode der Gruppe IV der sekundären (B) Nebengruppe des Periodensystems. Bezeichnung – Ti. Titan ist in seiner einfachen Form ein silberweißes Metall.

Bezieht sich auf Leichtmetalle. Feuerfest. Dichte - 4,50 g/cm3. Der Schmelz- und Siedepunkt liegen bei 1668 °C bzw. 3330 °C.

Titan ist an der Luft bei normalen Temperaturen korrosionsbeständig, was durch das Vorhandensein auf seiner Oberfläche erklärt wird Schutzfilm Zusammensetzung TiO 2. Chemisch stabil in vielen aggressiven Umgebungen (Lösungen von Sulfaten, Chloriden, Meerwasser usw.).

Oxidationszustand von Titan in Verbindungen

Titan kann in Form einer einfachen Substanz vorliegen – eines Metalls, und die Oxidationsstufe von Metallen im elementaren Zustand ist gleich null, da die Verteilung der Elektronendichte in ihnen gleichmäßig ist.

Titan kann in seinen Verbindungen Oxidationsstufen aufweisen (+2) (Ti +2 H 2, Ti +2 O, Ti +2 (OH) 2, Ti +2 F 2, Ti +2 Cl 2, Ti +2 Br 2), (+3) (Ti +3 2 O 3, Ti +3 (OH) 3, Ti +3 F 3, Ti +3 Cl 3, Ti +3 2 S 3) und (+4) (Ti +4 F 4, Ti +4 H 4, Ti +4 Cl 4, Ti +4 Br 4).

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

Übung	Stickstoff weist in der Verbindung die Wertigkeit III und den Oxidationszustand (-3) auf: a) N 2 H 4 ; b) NH 3; c) NH 4 Cl; d) N 2 O 5
Lösung	Um die gestellte Frage richtig zu beantworten, werden wir abwechselnd die Wertigkeit und Oxidationsstufe des Stickstoffs in den vorgeschlagenen Verbindungen bestimmen. a) Die Wertigkeit von Wasserstoff ist immer gleich I. Die Gesamtzahl der Wertigkeitseinheiten von Wasserstoff beträgt 4 (1 × 4 = 4). Teilen wir den erhaltenen Wert durch die Anzahl der Stickstoffatome im Molekül: 4/2 = 2, daher ist die Wertigkeit von Stickstoff II. Diese Antwortmöglichkeit ist falsch. b) Die Wertigkeit von Wasserstoff ist immer gleich I. Die Gesamtzahl der Einheiten der Wasserstoffwertigkeit beträgt 3 (1 × 3 = 3). Teilen wir den erhaltenen Wert durch die Anzahl der Stickstoffatome im Molekül: 3/1 = 2, daher ist die Wertigkeit von Stickstoff III. Der Oxidationsgrad von Stickstoff in Ammoniak beträgt (-3): Das ist die richtige Antwort.
Antwort	Option (b).

BEISPIEL 2

Übung	Chlor hat in beiden Verbindungen jeweils die gleiche Oxidationsstufe: a) FeCl 3 und Cl 2 O 5; b) KClO 3 und Cl 2 O 5; c) NaCl und HClO; d) KClO 2 und CaCl 2.
Lösung	Um die gestellte Frage richtig zu beantworten, werden wir abwechselnd die Oxidationsstufe von Chlor in jedem Paar vorgeschlagener Verbindungen bestimmen. a) Die Oxidationsstufe von Eisen ist (+3) und die von Sauerstoff ist (-2). Nehmen wir den Wert der Oxidationsstufe von Chlor als „x“ und „y“ in Eisen(III)-chlorid bzw. Chloroxid: y ×2 + (-2) × 5 = 0; Die Antwort ist falsch. b) Die Oxidationsstufen von Kalium und Sauerstoff sind (+1) bzw. (-2). Nehmen wir den Wert der Oxidationsstufe von Chlor als „x“ und „y“ in den vorgeschlagenen Verbindungen: 1 + x + (-2)×3 = 0; y ×2 + (-2) × 5 = 0; Die Antwort ist richtig.
Antwort	Option (b).

Ewig, geheimnisvoll, kosmisch – all diese und viele andere Beinamen werden Titan in verschiedenen Quellen zugeschrieben. Die Geschichte der Entdeckung dieses Metalls war nicht trivial: Gleichzeitig war die Isolierung des Elements in reiner Form Mehrere Wissenschaftler arbeiteten. Der Prozess der Untersuchung physikalischer und chemischer Eigenschaften und der Bestimmung der heutigen Anwendungsbereiche. Titan ist das Metall der Zukunft, sein Platz im menschlichen Leben ist noch nicht endgültig geklärt, das gibt es moderne Forscher großer Spielraum für Kreativität und wissenschaftliche Forschung.

Charakteristisch

Ein chemisches Element wird in bezeichnet Periodensystem D. I. Mendeleev-Symbol Ti. Es befindet sich in einer sekundären Untergruppe der Gruppe IV der vierten Periode und hat die Seriennummer 22. Titan ist ein weiß-silbernes Metall, leicht und langlebig. Die elektronische Konfiguration des Atoms hat die folgende Struktur: +22)2)8)10)2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. Dementsprechend hat Titan mehrere mögliche Abschlüsse Oxidation: 2, 3, 4, in den stabilsten Verbindungen ist es vierwertig.

Titan – Legierung oder Metall?

Diese Frage interessiert viele. Im Jahr 1910 erlangte der amerikanische Chemiker Hunter erstmals reines Titan. Das Metall enthielt nur 1 % Verunreinigungen, deren Menge erwies sich jedoch als vernachlässigbar und ermöglichte keine weitere Untersuchung seiner Eigenschaften. Die Plastizität der resultierenden Substanz wurde nur unter dem Einfluss hoher Temperaturen erreicht, unter normalen Bedingungen (Raumtemperatur) war die Probe zu zerbrechlich. Tatsächlich interessierten sich Wissenschaftler nicht für dieses Element, da die Aussichten für seine Verwendung zu unsicher schienen. Die Schwierigkeit bei der Beschaffung und Erforschung hat sein Einsatzpotenzial weiter eingeschränkt. Erst 1925 erhielten die niederländischen Chemiker I. de Boer und A. Van Arkel Titanmetall, dessen Eigenschaften die Aufmerksamkeit von Ingenieuren und Designern auf der ganzen Welt auf sich zogen. Die Geschichte der Erforschung dieses Elements beginnt im Jahr 1790. Zu dieser Zeit entdeckten zwei Wissenschaftler parallel und unabhängig voneinander Titan als chemisches Element. Jeder von ihnen erhält eine Verbindung (Oxid) der Substanz, wodurch das Metall nicht in seiner reinen Form isoliert werden kann. Als Entdecker des Titans gilt der englische Mineraloge Mönch William Gregor. Auf dem Territorium seiner Gemeinde im Südwesten Englands begann der junge Wissenschaftler, den schwarzen Sand des Menacan-Tals zu untersuchen. Das Ergebnis war die Freisetzung glänzender Körner, bei denen es sich um eine Titanverbindung handelte. Zur gleichen Zeit isolierte der Chemiker Martin Heinrich Klaproth in Deutschland eine neue Substanz aus dem Mineral Rutil. Im Jahr 1797 bewies er außerdem, dass parallel geöffnete Elemente ähnlich sind. Titandioxid ist für viele Chemiker seit mehr als einem Jahrhundert ein Rätsel; selbst Berzelius war nicht in der Lage, reines Metall zu gewinnen. Neueste Technologien Das 20. Jahrhundert beschleunigte den Prozess der Erforschung des genannten Elements erheblich und legte die ersten Richtungen seiner Verwendung fest. Gleichzeitig erweitert sich der Anwendungsbereich stetig. Sein Umfang kann nur durch die Komplexität des Prozesses zur Gewinnung einer Substanz wie reinem Titan begrenzt werden. Der Preis für Legierungen und Metall ist recht hoch, sodass herkömmliches Eisen und Aluminium heute nicht mehr ersetzt werden können.

Herkunft des Namens

Menakin war der erste Name für Titan, der bis 1795 verwendet wurde. Genau so nannte W. Gregor das neue Element aufgrund seiner territorialen Zugehörigkeit. Martin Klaproth gab dem Element 1797 den Namen „Titan“. Zu dieser Zeit schlugen seine französischen Kollegen unter der Leitung des eher maßgeblichen Chemikers A.L. Lavoisier vor, neu entdeckte Substanzen entsprechend ihren grundlegenden Eigenschaften zu benennen. Der deutsche Wissenschaftler war mit diesem Ansatz nicht einverstanden; er glaubte durchaus, dass es im Entdeckungsstadium ziemlich schwierig sei, alle einem Stoff innewohnenden Eigenschaften zu bestimmen und sie im Namen widerzuspiegeln. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass der von Klaproth intuitiv gewählte Begriff voll und ganz dem Metall entspricht – dies wurde von modernen Wissenschaftlern immer wieder betont. Über den Ursprung des Namens Titan gibt es zwei Haupttheorien. So könnte das Metall zu Ehren der Elfenkönigin Titania (einer Figur aus der deutschen Mythologie) benannt worden sein. Dieser Name symbolisiert sowohl die Leichtigkeit als auch die Stärke der Substanz. Die meisten Wissenschaftler neigen dazu, die Version der antiken griechischen Mythologie zu verwenden, in der die mächtigen Söhne der Erdgöttin Gaia Titanen genannt wurden. Diese Version wird auch durch den Namen des zuvor entdeckten Elements Uran gestützt.

In der Natur sein

Von den Metallen, die für den Menschen technisch wertvoll sind, steht Titan hinsichtlich der Häufigkeit in der Erdkruste an vierter Stelle. Lediglich Eisen, Magnesium und Aluminium kommen in der Natur in hohen Anteilen vor. Der höchste Titangehalt wurde in der Basaltschale festgestellt, etwas weniger in der Granitschicht. IN Meerwasser der Gehalt dieser Substanz ist gering – etwa 0,001 mg/l. Das chemische Element Titan ist sehr aktiv, daher ist es unmöglich, es in reiner Form zu finden. Am häufigsten kommt es in Verbindungen mit Sauerstoff vor und hat eine Wertigkeit von vier. Die Zahl der titanhaltigen Mineralien schwankt zwischen 63 und 75 (in verschiedenen Quellen), während Wissenschaftler im gegenwärtigen Forschungsstadium weiterhin neue Formen seiner Verbindungen entdecken. Für die praktische Anwendung sind folgende Mineralien von größter Bedeutung:

1. Ilmenit (FeTiO 3).
2. Rutil (TiO 2).
3. Titanit (CaTiSiO 5).
4. Perowskit (CaTiO 3).
5. Titanmagnetit (FeTiO 3 + Fe 3 O 4) usw.

Alle vorhandenen titanhaltigen Erze werden in Placer- und Basiserze unterteilt. Dieses Element ist ein schwacher Wanderer; es kann sich nur in Form von gebrochenen Steinen oder der Bewegung von schlammigem Grundgestein fortbewegen. In der Biosphäre größte Zahl Titan kommt in Algen vor. Bei Vertretern der Landfauna reichert sich das Element im Horngewebe und im Haar an. Der menschliche Körper ist durch das Vorhandensein von Titan in der Milz, den Nebennieren, der Plazenta und der Schilddrüse gekennzeichnet.

Physikalische Eigenschaften

Titan ist ein Nichteisenmetall mit einer silberweißen Farbe, die optisch an Stahl erinnert. Bei einer Temperatur von 0 0 C beträgt seine Dichte 4,517 g/cm 3 . Der Stoff hat ein niedriges spezifisches Gewicht, das typisch für Alkalimetalle (Cadmium, Natrium, Lithium, Cäsium) ist. Hinsichtlich der Dichte nimmt Titan eine Zwischenstellung zwischen Eisen und Aluminium ein Leistungsmerkmale höher als beide Elemente. Die Haupteigenschaften von Metallen, die bei der Bestimmung ihres Anwendungsbereichs berücksichtigt werden, sind die Härte. Titan ist 12-mal stärker als Aluminium, 4-mal stärker als Eisen und Kupfer, aber viel leichter. Seine Plastizität und Streckgrenze ermöglichen die Verarbeitung bei niedrigen und hohen Temperaturen, wie dies auch bei anderen Metallen der Fall ist, z. B. durch Nieten, Schmieden, Schweißen und Walzen. Ein charakteristisches Merkmal von Titan ist seine geringe thermische und elektrische Leitfähigkeit, während diese Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen bis zu 500 °C erhalten bleiben. In einem Magnetfeld ist Titan ein paramagnetisches Element, es wird nicht wie Eisen angezogen und nicht herausgedrückt wie Kupfer. Einzigartig ist die sehr hohe Korrosionsschutzleistung in aggressiven Umgebungen und bei mechanischer Beanspruchung. Mehr als 10 Jahre im Meerwasser haben sich nicht verändert Aussehen und die Zusammensetzung der Titanplatte. In diesem Fall würde das Eisen durch Korrosion vollständig zerstört werden.

Thermodynamische Eigenschaften von Titan

1. Die Dichte (unter normalen Bedingungen) beträgt 4,54 g/cm 3 .
2. Ordnungszahl - 22.
3. Gruppe von Metallen - feuerfest, leicht.
4. Die Atommasse von Titan beträgt 47,0.
5. Siedepunkt (0 °C) – 3260.
6. Molvolumen cm 3 /mol - 10,6.
7. Der Schmelzpunkt von Titan (0 °C) beträgt 1668.
8. Spezifische Verdampfungswärme (kJ/mol) – 422,6.
9. Elektrischer Widerstand (bei 20 0 C) Ohm*cm*10 -6 - 45.

Chemische Eigenschaften

Die erhöhte Korrosionsbeständigkeit des Elements erklärt sich durch die Bildung eines kleinen Oxidfilms auf der Oberfläche. Es verhindert (unter normalen Bedingungen) die Bildung von Gasen (Sauerstoff, Wasserstoff), die in der umgebenden Atmosphäre eines Elements wie Titanmetall vorkommen. Seine Eigenschaften verändern sich unter Temperatureinfluss. Bei einer Temperaturerhöhung auf 600 0 C kommt es zu einer Reaktion mit Sauerstoff, wodurch Titanoxid (TiO 2) entsteht. Bei der Absorption atmosphärischer Gase entstehen spröde Verbindungen, die keine praktische Anwendung haben, weshalb das Schweißen und Schmelzen von Titan unter Vakuumbedingungen erfolgt. Eine reversible Reaktion ist der Prozess der Wasserstoffauflösung im Metall; er läuft mit steigender Temperatur (ab 400 0 C) aktiver ab. Titan, insbesondere seine kleinen Partikel (dünne Platten oder Drähte), brennt in einer Stickstoffatmosphäre. Die chemische Reaktion ist erst bei einer Temperatur von 700 0 C möglich und führt zur Bildung von TiN-Nitrid. Es bildet mit vielen Metallen hochharte Legierungen und ist häufig ein Legierungselement. Es reagiert mit Halogenen (Chrom, Brom, Jod) nur in Gegenwart eines Katalysators ( hohe Temperatur) und unterliegt einer Wechselwirkung mit der Trockenmasse. Dabei entstehen sehr harte, feuerfeste Legierungen. Titan ist mit Lösungen der meisten Laugen und Säuren nicht chemisch aktiv, mit Ausnahme von konzentrierter Schwefelsäure (mit längerem Sieden), Flusssäure und heißen organischen Säuren (Ameisensäure, Oxalsäure).

Geburtsort

Ilmenit-Erze kommen in der Natur am häufigsten vor – ihre Reserven werden auf 800 Millionen Tonnen geschätzt. Die Vorkommen von Rutilvorkommen sind deutlich bescheidener, aber das Gesamtvolumen dürfte – bei gleichbleibendem Produktionswachstum – die Menschheit für die nächsten 120 Jahre mit einem Metall wie Titan versorgen. Der Preis des Endprodukts hängt von der Nachfrage und der Steigerung der Herstellbarkeit der Produktion ab, liegt aber im Durchschnitt zwischen 1200 und 1800 Rubel/kg. Unter Bedingungen ständiger technischer Verbesserung sind die Kosten aller Herstellungsprozesse mit ihrer rechtzeitigen Modernisierung. China und Russland verfügen über die größten Reserven; Japan, Südafrika, Australien, Kasachstan, Indien, Südkorea, die Ukraine und Ceylon verfügen ebenfalls über Bodenschätze. Die Lagerstätten unterscheiden sich hinsichtlich der Produktionsmengen und des Titananteils im Erz; geologische Untersuchungen sind im Gange, was von einem Rückgang des Marktwerts des Metalls und seiner breiteren Verwendung ausgehen lässt. Russland ist mit Abstand der größte Titanproduzent.

Quittung

Zur Herstellung von Titan wird am häufigsten Titandioxid verwendet, das nur minimale Verunreinigungen enthält. Es wird durch Anreicherung von Ilmenitkonzentraten oder Rutilerzen gewonnen. In einem Lichtbogenofen wird das Erz wärmebehandelt, was mit der Abtrennung von Eisen und der Bildung von titanoxidhaltiger Schlacke einhergeht. Zur Behandlung der eisenfreien Fraktion kommt die Schwefelsäure- oder Chloridmethode zum Einsatz. Titanoxid ist Pulver grau(siehe Foto). Titanmetall wird durch schrittweise Verarbeitung gewonnen.

Die erste Phase ist der Prozess des Sinterns von Schlacke mit Koks und der Einwirkung von Chlordampf. Das entstehende TiCl 4 wird bei einer Temperatur von 850 0 C mit Magnesium oder Natrium reduziert. Als Ergebnis entsteht ein Titanschwamm (poröse Schmelzmasse). chemische Reaktion, raffiniert oder zu Barren geschmolzen. Je nach weiterer Verwendungsrichtung entsteht eine Legierung oder reines Metall (Verunreinigungen werden durch Erhitzen auf 1000 0 C entfernt). Um einen Stoff mit einem Verunreinigungsanteil von 0,01 % herzustellen, wird die Jodidmethode verwendet. Es basiert auf dem Prozess der Verdampfung seiner Dämpfe aus einem mit Halogen vorbehandelten Titanschwamm.

Anwendungsbereiche

Der Schmelzpunkt von Titan ist ziemlich hoch, was angesichts der Leichtigkeit des Metalls einen unschätzbaren Vorteil bei der Verwendung als Strukturmaterial darstellt. Daher findet es die größte Verwendung im Schiffbau, in der Luftfahrtindustrie, im Raketenbau und in der chemischen Produktion. Titan wird häufig als Legierungszusatz in verschiedenen Legierungen verwendet, die eine erhöhte Härte und Wärmebeständigkeit aufweisen. Hohe Korrosionsschutzeigenschaften und die Fähigkeit, den meisten aggressiven Umgebungen standzuhalten, machen dieses Metall für die chemische Industrie unverzichtbar. Rohrleitungen, Behälter, Absperrventile und Filter, die bei der Destillation und dem Transport von Säuren und anderen chemisch aktiven Substanzen verwendet werden, bestehen aus Titan (seine Legierungen). Es ist gefragt, wenn Geräte entwickelt werden, die bei erhöhten Temperaturen betrieben werden. Um die Haltbarkeit zu gewährleisten, werden Titanverbindungen verwendet Schneidewerkzeug, Farben, Kunststoffe und Papier, chirurgische Instrumente, Implantate, Schmuck, Veredelungsmaterialien, verwendet in der Lebensmittelindustrie. Alle Richtungen sind schwer zu beschreiben. Aufgrund der vollständigen biologischen Sicherheit wird in der modernen Medizin häufig Titanmetall verwendet. Der Preis ist bisher der einzige Faktor, der die Anwendungsbreite dieses Elements beeinflusst. Man kann mit Recht sagen, dass Titan das Material der Zukunft ist, wenn man untersucht, welches die Menschheit in eine neue Entwicklungsstufe übergehen wird.

Zirkonium und Hafnium bilden Verbindungen in der Oxidationsstufe +4; Titan ist auch in der Lage, Verbindungen in der Oxidationsstufe +3 zu bilden.

Verbindungen mit der Oxidationsstufe +3. Titan(III)-Verbindungen werden durch Reduktion von Titan(IV)-Verbindungen gewonnen. Zum Beispiel:

1200 ºС 650 ºС

2TiO 2 + H 2 ¾® Ti 2 O 3 + H 2 O; 2TiCl 4 + H 2 ¾® 2TiCl 3 + 2HCl

Titan(III)-Verbindungen haben eine violette Farbe. Titanoxid ist in Wasser praktisch unlöslich und weist basische Eigenschaften auf. Oxid-, Chlorid-, Ti 3+-Salze – starke Reduktionsmittel:

4Ti +3 Cl 3 + O 2 + 2H 2 O = 4Ti +4 OCl 2 + 4HCl

Bei Titan(III)-Verbindungen sind Disproportionierungsreaktionen möglich:

2Ti +3 Cl 3 (t) ¾® Ti +4 Cl 4 (g) + Ti +2 Cl 2 (t)

Bei weiterer Erhitzung disproportioniert auch Titan(II)-chlorid:

2Ti +2 Cl 2 (t) = Ti 0 (t) + Ti +4 Cl 4 (g)

Verbindungen mit der Oxidationsstufe +4. Oxide von Titan(IV), Zirkonium(IV) und Hafnium(IV) sind feuerfeste, chemisch eher inerte Stoffe. Sie weisen die Eigenschaften amphoterer Oxide auf: Sie reagieren bei längerem Kochen langsam mit Säuren und interagieren beim Schmelzen mit Alkalien:

TiO 2 + 2H 2 SO 4 = Ti(SO 4) 2 + 2H 2 O;

TiO 2 + 2NaOH = Na 2 TiO 3 + H 2 O

Am häufigsten wird Titanoxid TiO 2 verwendet; es wird als Füllstoff bei der Herstellung von Farben, Gummi und Kunststoffen verwendet. Zirkonoxid ZrO 2 wird zur Herstellung feuerfester Tiegel und Platten verwendet.

Hydroxide Titan(IV), Zirkonium(IV) und Hafnium(IV) sind amorphe Verbindungen variabler Zusammensetzung – EO 2 ×nH 2 O. Frisch gewonnene Stoffe sind recht reaktiv und lösen sich in Säuren, Titanhydroxid ist auch in Laugen löslich. Gealterte Sedimente sind äußerst inert.

Halogenide(Chloride, Bromide und Iodide) Ti(IV), Zr(IV) und Hf(IV) haben eine molekulare Struktur, sind flüchtig und reaktiv und werden leicht hydrolysiert. Beim Erhitzen zersetzen sich Jodide zu Metallen, die bei der Herstellung von Metallen verwendet werden hochgradig Sauberkeit. Zum Beispiel:

TiI 4 = Ti + 2I 2

Fluoride von Titan, Zirkonium und Hafnium sind polymer und wenig reaktiv.

Salze Elemente der Titan-Untergruppe in der Oxidationsstufe +4 sind zahlreich und hydrolytisch instabil. Normalerweise entstehen bei der Reaktion von Oxiden oder Hydroxiden mit Säuren keine Zwischensalze, sondern Oxo- oder Hydroxo-Derivate. Zum Beispiel:

TiO 2 + 2H 2 SO 4 = TiOSO 4 + H 2 O; Ti(OH) 4 + 2HCl = TiOCl 2 + H 2 O

Eine große Anzahl anionischer Komplexe von Titan, Zirkonium und Hafnium wurde beschrieben. Am stabilsten in Lösungen und am leichtesten zu bilden sind Fluoridverbindungen:

EO 2 + 6HF = H 2 [EF 6 ] + 2H 2 O; EF 4 + 2KF = K 2 [EF 6 ]

Titan und seine Analoga zeichnen sich durch Koordinationsverbindungen aus, in denen das Peroxidanion die Rolle des Liganden übernimmt:

E(SO 4) 2 + H 2 O 2 = H 2 [E(O 2)(SO 4) 2 ]

In diesem Fall nehmen Lösungen von Titan(IV)-Verbindungen eine gelb-orange Farbe an, die den analytischen Nachweis von Titan(IV)-Kationen und Wasserstoffperoxid ermöglicht.

Hydride (EN 2), Carbide (ES), Nitride (EN), Silizide (ESi 2) und Boride (EV, EV 2) sind metallähnliche Verbindungen variabler Zusammensetzung. Binäre Verbindungen haben wertvolle Eigenschaften, was ihren Einsatz in der Technik ermöglicht. Beispielsweise ist eine Legierung aus 20 % HfC und 80 % TiC eine der feuerfeststen, Fp. 4400 ºС.