Aukščiausia titano oksidacijos būsena. Titano, cirkonio ir hafnio junginiai

APIBRĖŽIMAS

Titanas esantis periodinės lentelės antrinio (B) pogrupio IV grupės ketvirtajame periode. Pavadinimas – Ti. Paprasta forma titanas yra sidabriškai baltas metalas.

Nurodo lengvuosius metalus. Ugniai atsparus. Tankis - 4,50 g/cm3. Lydymosi ir virimo taškai yra atitinkamai 1668 o C ir 3330 o C.

Titanas yra atsparus korozijai įprastoje temperatūroje, o tai paaiškinama tuo, kad ant jo paviršiaus yra apsauginė TiO 2 kompozicijos plėvelė. Chemiškai stabilus daugelyje agresyvių aplinkų (sulfatų, chloridų, jūros vandens ir kt. tirpalai).

Titano oksidacijos būsena junginiuose

Titanas gali egzistuoti paprastos medžiagos - metalo pavidalu, o metalų oksidacijos būsena elementinėje būsenoje yra lygi nulis, kadangi elektronų tankio pasiskirstymas juose yra vienodas.

Savo junginiuose titanas gali turėti oksidacijos būsenas (+2) (Ti +2 H2, 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) ir (+4) (Ti +4 F 4, Ti +4 H 4, Ti +4 Cl 4, Ti +4 Br 4).

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

Pratimas	Azoto valentingumas III ir oksidacijos laipsnis (-3) junginyje: a) N 2 H 4; b) NH3; c) NH4Cl; d) N 2 O 5
Sprendimas	Siekdami pateikti teisingą atsakymą į pateiktą klausimą, pakaitomis nustatysime siūlomų junginių azoto valentingumą ir oksidacijos laipsnį. a) vandenilio valentingumas visada lygus I. Bendras vandenilio valentingumo vienetų skaičius lygus 4 (1 × 4 = 4). Gautą reikšmę padalinkime iš azoto atomų skaičiaus molekulėje: 4/2 = 2, todėl azoto valentingumas yra II. Šis atsakymo variantas yra neteisingas. b) vandenilio valentingumas visada lygus I. Bendras vandenilio valentingumo vienetų skaičius lygus 3 (1 × 3 = 3). Gautą reikšmę padalinkime iš azoto atomų skaičiaus molekulėje: 3/1 = 2, todėl azoto valentingumas yra III. Azoto oksidacijos laipsnis amoniake yra (-3): Tai teisingas atsakymas.
Atsakymas	b variantas.

2 PAVYZDYS

Pratimas	Chloras turi tą pačią oksidacijos būseną kiekviename iš dviejų junginių: a) FeCl3 ir Cl2O5; b) KClO3 ir Cl2O5; c) NaCl ir HClO; d) KClO 2 ir CaCl 2.
Sprendimas	Norėdami teisingai atsakyti į pateiktą klausimą, pakaitomis nustatysime chloro oksidacijos būseną kiekvienoje siūlomų junginių poroje. a) Geležies oksidacijos laipsnis yra (+3), o deguonies (-2). Paimkime chloro oksidacijos laipsnio reikšmę „x“ ir „y“ atitinkamai geležies (III) chloride ir chloro okside: y × 2 + (-2) × 5 = 0; Atsakymas neteisingas. b) Kalio ir deguonies oksidacijos laipsniai yra atitinkamai (+1) ir (-2). Paimkime chloro oksidacijos laipsnio reikšmę „x“ ir „y“ siūlomuose junginiuose: 1 + x + (-2) × 3 = 0; y × 2 + (-2) × 5 = 0; Atsakymas teisingas.
Atsakymas	b variantas.

Amžinas, paslaptingas, kosminis – visi šie ir daugelis kitų epitetų įvairiuose šaltiniuose priskiriami titanui. Šio metalo atradimo istorija nebuvo triviali: tuo pat metu elemento izoliacija gryna forma Dirbo keli mokslininkai. Fizinių, cheminių savybių tyrimo ir šiandieninio taikymo sričių nustatymo procesas. Titanas yra ateities metalas, jo vieta žmogaus gyvenime dar nėra galutinai nustatyta, o tai suteikia šiuolaikiniai tyrinėtojai didžiulė kūrybiškumo ir mokslinių tyrimų erdvė.

Charakteristika

Cheminis elementas D.I. Mendelejevo periodinėje lentelėje žymimas simboliu Ti. Jis yra ketvirtojo laikotarpio IV grupės antriniame pogrupyje ir jo eilės numeris yra 22. Titanas yra balto sidabro metalas, lengvas ir patvarus. Elektroninė atomo konfigūracija turi tokią struktūrą: +22)2)8)10)2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. Atitinkamai, titanas turi keletą galimi laipsniai oksidacija: 2, 3, 4, stabiliausiuose junginiuose yra keturiavalentis.

Titanas – lydinys ar metalas?

Šis klausimas domina daugelį. 1910 m. amerikiečių chemikas Hanteris pirmą kartą gavo gryno titano. Metale buvo tik 1% priemaišų, tačiau jo kiekis pasirodė esąs nereikšmingas ir neleido toliau tirti jo savybių. Susidariusios medžiagos plastiškumas buvo pasiektas tik esant aukštai temperatūrai, normaliomis sąlygomis ( kambario temperatūra) mėginys buvo per trapus. Tiesą sakant, mokslininkai nesidomėjo šiuo elementu, nes jo naudojimo perspektyvos atrodė pernelyg neaiškios. Sunkumai gaunant ir tiriant dar labiau sumažino jo panaudojimo galimybes. Tik 1925 metais chemikai iš Nyderlandų I. de Boer ir A. Van Arkel gavo titano metalą, kurio savybės patraukė viso pasaulio inžinierių ir dizainerių dėmesį. Šio elemento tyrimo istorija prasideda 1790 m., būtent tuo metu, lygiagrečiai, nepriklausomai vienas nuo kito, du mokslininkai atrado titaną kaip. cheminis elementas. Kiekvienas iš jų gauna medžiagos junginį (oksidą), negalintis išskirti metalo gryna forma. Titano atradėju laikomas anglų mineralogas vienuolis Viljamas Gregoras. Savo parapijos teritorijoje, esančioje pietvakarinėje Anglijos dalyje, jaunasis mokslininkas pradėjo tyrinėti juodąjį Menakano slėnio smėlį. Rezultatas buvo blizgių grūdelių, kurie buvo titano junginys, išsiskyrimas. Tuo pat metu Vokietijoje chemikas Martinas Heinrichas Klaprothas iš mineralinio rutilo išskyrė naują medžiagą. 1797 m. jis taip pat įrodė, kad lygiagrečiai atidaromi elementai yra panašūs. Titano dioksidas buvo paslaptis daugeliui chemikų daugiau nei šimtmetį, net Berzelijus negalėjo gauti gryno metalo. Naujausios technologijos XX amžius gerokai paspartino minėto elemento tyrinėjimo procesą ir nulėmė pradines jo naudojimo kryptis. Tuo pačiu metu taikymo sritis nuolat plečiasi. Jo taikymo sritį gali apriboti tik tokios medžiagos kaip grynas titanas gavimo proceso sudėtingumas. Lydinių ir metalo kaina yra gana didelė, todėl šiandien ji negali pakeisti tradicinės geležies ir aliuminio.

vardo kilmė

Menakinas buvo pirmasis titano pavadinimas, kuris buvo naudojamas iki 1795 m. Būtent taip W. Gregoras pavadino naująjį elementą, remdamasis jo teritorine priklausomybe. Martinas Klaprothas 1797 m. elementui suteikė pavadinimą „titanas“. Tuo metu jo kolegos prancūzai, vadovaujami gana autoritetingo chemiko A. L. Lavoisier, pasiūlė naujai atrastas medžiagas pavadinti pagal jų pagrindines savybes. Vokiečių mokslininkas nesutiko su šiuo požiūriu, jis visiškai pagrįstai manė, kad atradimo etape gana sunku nustatyti visas medžiagai būdingas savybes ir jas atspindėti pavadinime. Tačiau reikia pripažinti, kad Klaprotho intuityviai pasirinktas terminas visiškai atitinka metalą – tai ne kartą pabrėžė šiuolaikiniai mokslininkai. Yra dvi pagrindinės teorijos apie pavadinimo titano kilmę. Metalas galėjo būti taip pavadintas elfų karalienės Titanijos (vokiečių mitologijos veikėjo) garbei. Šis pavadinimas simbolizuoja ir medžiagos lengvumą, ir stiprumą. Dauguma mokslininkų yra linkę naudoti senovės graikų mitologijos versiją, kurioje galingieji žemės deivės Gajos sūnūs buvo vadinami titanais. Šią versiją palaiko ir anksčiau atrasto elemento – urano – pavadinimas.

Buvimas gamtoje

Iš metalų, kurie yra techniškai vertingi žmonėms, titanas užima ketvirtą vietą pagal paplitimą Žemės pluta. Tik geležis, magnis ir aliuminis turi didelį procentą gamtoje. Didžiausias titano kiekis pastebėtas bazalto apvalkale, šiek tiek mažiau – granito sluoksnyje. Jūros vandenyje šios medžiagos yra mažai – apie 0,001 mg/l. Cheminis elementas titanas yra gana aktyvus, todėl jo neįmanoma rasti gryno pavidalo. Dažniausiai jo yra junginiuose su deguonimi ir jo valentingumas yra keturi. Titano turinčių mineralų skaičius svyruoja nuo 63 iki 75 (įvairiuose šaltiniuose), o moderni scena Mokslininkai ir toliau atranda naujas jo junginių formas. Praktiniam naudojimui didžiausią reikšmę turi šie mineralai:

1. Ilmenitas (FeTiO 3).
2. Rutilas (TiO 2).
3. Titanitas (CaTiSiO 5).
4. Perovskitas (CaTiO 3).
5. Titanomagnetitas (FeTiO 3 + Fe 3 O 4) ir kt.

Visos esamos titano turinčios rūdos skirstomos į placerines ir bazines rūdas. Šis elementas yra silpnas migrantas, jis gali keliauti tik skaldytų akmenų arba dumblinių uolienų judėjimo pavidalu. Biosferoje didžiausias titano kiekis randamas dumbliuose. Sausumos faunos atstovuose elementas kaupiasi raginiuose audiniuose ir plaukuose. Žmogaus organizmui būdingas titano buvimas blužnyje, antinksčiuose, placentoje ir skydliaukėje.

Fizinės savybės

Titanas yra spalvotas metalas, kuris yra sidabriškai baltos spalvos ir atrodo kaip plienas. Esant 0 0 C temperatūrai jo tankis yra 4,517 g/cm 3 . Medžiaga turi mažą savitąjį svorį, būdingą šarminiams metalams (kadmiui, natriui, ličiui, ceziui). Pagal tankį titanas užima tarpinę padėtį tarp geležies ir aliuminio, o jo eksploatacinės charakteristikos yra aukštesnės nei abiejų elementų. Pagrindinės metalų savybės, į kurias atsižvelgiama nustatant jų taikymo sritį, yra kietumas. Titanas yra 12 kartų stipresnis už aliuminį, 4 kartus stipresnis už geležį ir varį, tačiau yra daug lengvesnis. Jo plastiškumas ir takumo riba leidžia apdirbti žemoje ir aukštoje temperatūroje, kaip ir kitus metalus, t.y. kniedijimo, kalimo, suvirinimo ir valcavimo metodais. Išskirtinė titano savybė – mažas šilumos ir elektros laidumas, o šios savybės išlaikomos aukštesnėje, iki 500 0 C temperatūroje. Magnetiniame lauke titanas yra netraukiamas kaip geležis ir nėra išstumiamas kaip varis. Labai aukštas antikorozinis veikimas agresyvioje aplinkoje ir esant mechaniniam įtempimui yra unikalus. Daugiau nei 10 metų buvimo jūros vandenyje nepasikeitė išvaizda ir titano plokštės sudėtis. Tokiu atveju lygintuvas būtų visiškai sunaikintas dėl korozijos.

Titano termodinaminės savybės

1. Tankis (normaliomis sąlygomis) yra 4,54 g/cm 3 .
2. Atominis skaičius – 22.
3. Metalų grupė – ugniai atsparūs, lengvi.
4. Titano atominė masė yra 47,0.
5. Virimo temperatūra (0 C) – 3260.
6. Molinis tūris cm 3 /mol - 10,6.
7. Titano lydymosi temperatūra (0 C) yra 1668.
8. Savitoji garavimo šiluma (kJ/mol) - 422,6.
9. Elektros varža (esant 20 0 C) Ohm*cm*10 -6 - 45.

Cheminės savybės

Padidėjęs elemento atsparumas korozijai paaiškinamas mažos oksido plėvelės susidarymu ant paviršiaus. Jis apsaugo (įprastomis sąlygomis) nuo dujų (deguonies, vandenilio), randamų elemento, pavyzdžiui, titano, atmosferoje. Jo savybės keičiasi veikiant temperatūrai. Kai ji pakyla iki 600 0 C, vyksta reakcija su deguonimi, dėl kurios susidaro titano oksidas (TiO 2). Sugeriant atmosferos dujas susidaro trapūs junginiai, kurių nėra praktinis pritaikymas, todėl titano suvirinimas ir lydymas atliekamas vakuuminėmis sąlygomis. Grįžtamoji reakcija – tai vandenilio tirpimo metale procesas, kuris vyksta aktyviau kylant temperatūrai (nuo 400 0 C ir daugiau). Titanas, ypač mažos jo dalelės (plona plokštelė ar viela), dega azoto atmosferoje. Cheminė reakcija galima tik 700 0 C temperatūroje, todėl susidaro TiN nitridas. Jis sudaro labai kietus lydinius su daugeliu metalų ir dažnai yra legiravimo elementas. Jis reaguoja su halogenais (chromu, bromu, jodu) tik esant katalizatoriui ( aukštos temperatūros) ir sąveikaujant su sausąja medžiaga. Tokiu atveju susidaro labai kieti, ugniai atsparūs lydiniai. Titanas nėra chemiškai aktyvus su daugumos šarmų ir rūgščių tirpalais, išskyrus koncentruotą sieros rūgštį (ilgai verdant), vandenilio fluorido rūgštį ir karštas organines rūgštis (skruzdžių rūgštį, oksalo rūgštį).

Gimimo vieta

Ilmenito rūdos yra labiausiai paplitusios gamtoje – jų atsargos siekia 800 mln. Rutilo telkinių telkiniai kur kas kuklesni, tačiau bendra apimtis – išlaikant gamybos augimą – turėtų aprūpinti žmoniją metalu, pavyzdžiui, titanu, ateinantiems 120 metų. Gatavo produkto kaina priklausys nuo paklausos ir produkcijos pagaminamumo lygio padidėjimo, tačiau vidutiniškai svyruoja nuo 1200 iki 1800 rublių/kg. Nuolatinio techninio tobulinimo sąlygomis, laiku juos modernizavus, ženkliai sumažėja visų gamybos procesų savikaina. Didžiausius išteklius turi Kinija ir Rusija, mineralinių išteklių bazes taip pat turi Japonija, Pietų Afrika, Australija, Kazachstanas, Indija, Pietų Korėja, Ukraina ir Ceilonas. Nuosėdos skiriasi gamybos apimtimis ir titano kiekiu rūdoje, nuolat tęsiami geologiniai tyrimai, todėl galima daryti prielaidą, kad metalo ir jo rinkos vertė mažėja platus pritaikymas. Rusija šiandien yra labiausiai pagrindinis gamintojas titano.

Kvitas

Titanui gaminti dažniausiai naudojamas titano dioksidas, kuriame yra minimalus priemaišų kiekis. Jis gaunamas sodrinant ilmenito koncentratus arba rutilo rūdas. Elektrinėje lankinėje krosnyje rūda yra termiškai apdorojama, kartu atskiriama geležis ir susidaro šlakas, kuriame yra titano oksido. Sieros rūgšties arba chlorido metodas naudojamas frakcijai be geležies apdoroti. Titano oksidas yra pilki milteliai (žr. nuotrauką). Titano metalas gaunamas jį apdorojant žingsnis po žingsnio.

Pirmasis etapas yra šlako sukepinimo su koksu ir chloro garų poveikio procesas. Susidaręs TiCl 4 redukuojamas magniu arba natriu, kai jis veikiamas 850 0 C temperatūroje. Titano kempinė (akyta lydyta masė), gauta cheminės reakcijos rezultate, išvaloma arba išlydoma į luitus. Priklausomai nuo tolimesnės naudojimo krypties, susidaro lydinys arba grynas metalas (nešvarumai pašalinami kaitinant iki 1000 0 C). Norint pagaminti medžiagą, kurios priemaišų kiekis yra 0,01%, naudojamas jodido metodas. Jis pagrįstas jo garų išgarinimo procesu iš titano kempinės, iš anksto apdorotos halogenu.

Taikymo sritys

Titano lydymosi temperatūra yra gana aukšta, o tai, atsižvelgiant į metalo lengvumą, yra neįkainojamas privalumas naudojant jį kaip konstrukcinę medžiagą. Todėl jis labiausiai naudojamas laivų statyboje, aviacijos pramonėje, raketų gamyboje ir chemijos gamyboje. Titanas dažnai naudojamas kaip legiravimo priedas įvairiuose lydiniuose, kurie turi padidintą kietumą ir atsparumą karščiui. Dėl aukštų antikorozinių savybių ir gebėjimo atlaikyti daugumą agresyvių aplinkos šis metalas yra nepakeičiamas chemijos pramonė. Vamzdynai, talpyklos, uždarymo vožtuvai, filtrai, naudojami rūgščių ir kitų chemiškai aktyvių medžiagų distiliavimui ir transportavimui, yra gaminami iš titano (jo lydinių). Jis yra paklausus kuriant įrenginius, veikiančius aukštesnėje temperatūroje. Iš titano junginių gaminami patvarūs pjovimo įrankiai, dažai, plastikai ir popierius, chirurginiai instrumentai, implantai, papuošalai, apdailos medžiagos, naudojami maisto pramonėje. Visas kryptis sunku apibūdinti. Šiuolaikinė medicina dėl visiško biologinio saugumo dažnai naudoja titano metalą. Kaina yra vienintelis veiksnys, kuris iki šiol turi įtakos šio elemento taikymo sričiai. Galima sakyti, kad titanas yra ateities medžiaga, kurią tirdama žmonija pereis į naują vystymosi etapą.

1941 Virimo temperatūra 3560 Ud. susiliejimo šiluma 18,8 kJ/mol Ud. garavimo šiluma 422,6 kJ/mol Molinė šiluminė talpa 25,1 J/(K mol) Molinis tūris 10,6 cm³/mol Paprastos medžiagos kristalinė gardelė Grotelių struktūra šešiakampė
sandariai supakuotas (α-Ti) Grotelių parametrai a = 2,951 s = 4,697 (α-Ti) Požiūris c/a 1,587 Debye temperatūra 380 Kitos charakteristikos Šilumos laidumas (300 K) 21,9 W/(mK) CAS numeris 7440-32-6

Enciklopedinis „YouTube“.

1 / 5

✪ Titanas / Titanas. Chemija supaprastinta

✪ Titanas – STIPRIAUSIAS METALAS ŽEMĖJE!

✪ Chemija 57. Elementas titanas. Elementas gyvsidabris – Pramoginių mokslų akademija

✪ Titano gamyba. Titanas yra vienas stipriausių metalų pasaulyje!

✪ Iridis yra RETiausias metalas Žemėje!

Subtitrai

Sveiki visi! Aleksandras Ivanovas yra su jumis ir tai yra projektas „Chemija – paprasta“, o dabar mes šiek tiek pasilinksminsime su titanu! Taip atrodo keli gramai gryno titano, kurie buvo gauti seniai Mančesterio universitete, kai tai dar nebuvo universitetas. Tai yra pagrindinis mineralas, iš kurio Išgaunamas titanas atrodo taip, kaip atrodo rutilas. Iš viso žinoma daugiau nei 100 mineralų, kuriuose yra titano. 1867 m. viskas, ką žmonės žinojo apie titaną, telpa į vadovėlį 1 puslapyje Iki XX amžiaus pradžios niekas iš esmės nepasikeitė. 1791 m. anglų chemikas ir mineralogas Williamas Gregoras atrado naują elementą minerale menakinite ir pavadino jį „menakinu“. Šiek tiek vėliau, 1795 m., vokiečių chemikas Martinas Klaprothas atrado naują cheminį elementą kitame minerale - rutile vardas iš Klaproto, kuris jį pavadino elfų karalienės Titanijos garbei. Tačiau pagal kitą versiją elemento pavadinimas kilęs nuo titanų, galingų žemės deivės sūnų – gėjų. Tačiau 1797 m. paaiškėjo, kad Gregoras. ir Klaprothas atrado tą patį cheminį elementą, tačiau pavadinimas išliko toks pat kaip ir Klaprotas titaną gavo rusų mokslininkas D.K. Kirilovas 1875 m. Bet kaip ir be tinkamo aprėpties, jo darbų nepastebėjo švedai L. Nilssonas ir O. Petersonas, taip pat prancūzas Moissanas ir tik 1910 m. Hunteris patobulino ankstesnius titano gavimo būdus ir gavo kelis gramus gryno 99% titano. Štai kodėl Hunteris yra nurodytas kaip mokslininkas, gavęs metalinį titaną Dėl jo sudėties nešvarumų jis tapo labai trapus ir trapus, o tai neleido atlikti mechaninio bandymo. Todėl kai kurie titano junginiai buvo plačiai naudojami anksčiau nei pats metalas. Titano tetrachloridas buvo naudojamas pirmą kartą. pasaulinis karas sukurti dūmų uždangas Lauke titano tetrachloridas hidrolizuojamas, kad susidarytų titano oksichloridai ir titano oksidas. Baltieji dūmai, kuriuos matome, yra oksichloridų ir titano oksido dalelės, įlašinus kelis lašus titano tetrachlorido į vandenį Šiuo metu metalo titanui gauti naudojamas titano tetrachloridas. Gryno titano gavimo būdas nepasikeitė. Pirma, titano dioksidas paverčiamas titano tetrachloridu magnio termija, metalinis titanas gaunamas iš titano tetrachlorido, kuris susidaro kempinės pavidalu Šis procesas atliekamas 900°C temperatūroje plieninėse retortose Dėl atšiaurių reakcijos sąlygų mes, deja, neturime galimybė parodyti šį procesą. Rezultatas yra titano kempinė, kuri išlydoma į kompaktišką metalą Jūs jau pastebėjote, kad titano tetrachloridas yra skaidrus bespalvis skystis, esant normalioms sąlygoms. Todėl su juo galite dirbti tik inertinėje atmosferoje. Tai yra procesas, kurį dabar stebite tirpale Kitą kartą. Tuo tarpu tik pasibaisėkite :) Jei į gautą tirpalą įpilate šiek tiek azoto rūgšties, susidaro titano nitratas ir išsiskiria rudos dujos, kurias mes iš tikrųjų matome vandenilio peroksidas, kaip matote, susidaro ryškios spalvos junginys Tai yra virštitano rūgštis 1908 m. JAV buvo pradėtas naudoti titano dioksidas, kuris pakeitė baltą. buvo pagaminta iš švino ir cinko pramonė kaip baltas dažiklis - tai E171 priedas, kurį galima rasti krabų lazdelės, dribsniai pusryčiams, majonezas, kramtomoji guma, pieno produktai ir kt. Titano dioksidas naudojamas ir kosmetikoje – tai kremo nuo saulės „Viskas, kas blizga, nėra auksas“ dalis – šį posakį žinome nuo vaikystės Ir jo atžvilgiu pažodžiui tinka šiuolaikinei bažnyčiai ir titanui. Ir atrodo, kas gali būti bendro tarp bažnyčios ir titano? Štai ką: visi modernūs auksu tviskantys kupolai iš tikrųjų neturi nieko bendro su titano nitridu. Tik 1925 m leido ištirti jo fizines ir chemines savybes Ir pasirodė, kad titanas, būdamas beveik perpus mažesnis už geležį, yra pranašesnis už daugelį plienų, nors titanas yra pusantro karto sunkesnis už aliuminį, jis yra šešis kartus stipresnis ir išlaiko savo stiprumą iki 500°C - dėl didelio elektros laidumo ir nemagnetiškumo titanas yra labai atsparus korozijai titanas tapo kosmoso technologijų medžiaga Rusijoje, Verkhnyaya Saldoje, yra korporacija VSMPO-AVISMA, kuri gamina titaną pasaulinei aviacijos pramonei. , įvairios cheminės įrangos ir daug kito brangaus šlamšto Tačiau kiekvienas iš jūsų gali nusipirkti kastuvą ar laužtuvą iš gryno titano! Ir tai ne pokštas! Ir štai kaip smulkūs titano milteliai reaguoja su atmosferos deguonimi. Dėl tokio spalvingo degimo titanas rado pritaikymą pirotechnikoje. Ate!

Istorija

TiO 2 atradimą beveik vienu metu ir nepriklausomai padarė anglas V. Gregoras?! ir vokiečių chemikas M. G. Klaprothas. W. Gregoras, tyrinėdamas magnetinio geležinio smėlio sudėtį (Creed, Kornvalis, Anglija), išskyrė naują nežinomo metalo „žemę“ (oksidą), kurį pavadino menakenu. 1795 metais vokiečių chemikas Klaprothas mineraliniame rutile atrado naują elementą ir pavadino jį titanu. Po dvejų metų Klaprothas nustatė, kad rutilas ir menaken žemė yra to paties elemento oksidai, todėl Klaprotho pasiūlytas pavadinimas „titanas“. Po dešimties metų titanas buvo atrastas trečią kartą. Prancūzų mokslininkas L. Vauquelinas atrado titaną anatazėje ir įrodė, kad rutilas ir anatazė yra identiški titano oksidai.

Pirmąjį metalinio titano pavyzdį 1825 m. gavo J. Berzelius. Dėl didelio titano cheminio aktyvumo ir jo gryninimo sunkumų gryną Ti mėginį 1925 m. gavo olandai A. van Arkel ir I. de Boer termiškai skaidydami titano jodido garus TiI 4 .

vardo kilmė

Metalas gavo savo pavadinimą titanų, senovės graikų mitologijos veikėjų, Gajos vaikų garbei. Elemento pavadinimą davė Martinas Klaprothas pagal savo požiūrį į cheminę nomenklatūrą, priešingai nei prancūzų chemijos mokykloje, kur jie bandė pavadinti elementą pagal jo chemines savybes. Kadangi pats vokiečių tyrinėtojas pastebėjo, kad naujo elemento savybių nustatyti neįmanoma tik iš jo oksido, jis pasirinko jam pavadinimą iš mitologijos, pagal analogiją su anksčiau atrastu uranu.

Buvimas gamtoje

Titanas yra 10 vietoje pagal paplitimą gamtoje. Žemės plutoje yra 0,57 masės%, jūros vandenyje - 0,001 mg/l. Ultramafinėse uolienose 300 g/t, bazinėse - 9 kg/t, rūgštinėse uolienose 2,3 kg/t, moliuose ir skalūnuose 4,5 kg/t. Žemės plutoje titanas beveik visada yra keturvalentinis ir jo yra tik joje deguonies junginiai. IN laisva forma neatsiranda. Atmosferos ir kritulių sąlygomis titanas turi geocheminį giminingumą Al 2 O 3 . Jis telkiasi atmosferos plutos boksituose ir jūrinėse molingose ​​nuosėdose. Titanas transportuojamas mechaninių mineralų fragmentų ir koloidų pavidalu. Kai kuriuose moliuose susikaupia iki 30 % TiO 2 masės. Titano mineralai yra atsparūs atmosferos poveikiui ir formuoja dideles koncentracijas įdėklose. Yra žinoma daugiau nei 100 mineralų, kurių sudėtyje yra titano. Svarbiausi iš jų: rutilas TiO 2, ilmenitas FeTiO 3, titanomagnetitas FeTiO 3 + Fe 3 O 4, perovskitas CaTiO 3, titanitas CaTiSiO 5. Yra pirminės titano rūdos - ilmenitas-titano-magnetitas ir placerinės rūdos - rutilas-ilmenitas-cirkonis.

Gimimo vieta

Titano telkiniai yra Pietų Afrikoje, Rusijoje, Ukrainoje, Kinijoje, Japonijoje, Australijoje, Indijoje, Ceilone, Brazilijoje, Pietų Korėja, Kazachstanas. NVS šalyse pirmaujančias vietas tirtuose titano rūdos rezervuose užima Rusijos Federacija (58,5 proc.) ir Ukraina (40,2 proc.). Didžiausias telkinys Rusijoje yra Jaregskoje.

Atsargos ir gamyba

2002 m. 90 % išgaunamo titano buvo panaudota titano dioksidui TiO 2 gaminti. Pasaulyje titano dioksido pagaminama 4,5 mln. tonų per metus. Patvirtintos titano dioksido atsargos (neįskaitant Rusijos) 2006 m. yra apie 800 mln. tonų, skaičiuojant titano dioksidu ir neįskaitant Rusijos, ilmenito rūdos atsargos siekia 603–673 mln. tonų, o rutilo rūdos. - 49. 7-52,7 mln.t. Taigi, esant dabartiniam gamybos tempui, įrodytų pasaulio titano atsargų (išskyrus Rusiją) pakaks daugiau nei 150 metų.

Rusija turi antras pagal dydį titano atsargas pasaulyje po Kinijos. Titano mineralinių išteklių bazę Rusijoje sudaro 20 telkinių (iš kurių 11 yra pirminiai ir 9 aliuviniai), gana tolygiai paskirstyti visoje šalyje. Didžiausias iš tyrinėtų telkinių (Jaregskoje) yra 25 km nuo Uchtos miesto (Komi Respublika). Apskaičiuota, kad telkinio atsargos yra 2 milijardai tonų rūdos, kurioje vidutinis titano dioksido kiekis yra apie 10%.

Didžiausias pasaulyje titano gamintojas - Rusijos įmonė„VSMPO-AVISMA“.

Kvitas

Paprastai pradinė titano ir jo junginių gamybos medžiaga yra titano dioksidas su palyginti nedideliu kiekiu priemaišų. Visų pirma, tai gali būti rutilo koncentratas, gaunamas sodrinant titano rūdas. Tačiau rutilo atsargos pasaulyje labai ribotos, dažniau naudojamas vadinamasis sintetinis rutilo arba titano šlakas, gaunamas apdorojant ilmenito koncentratus. Norint gauti titano šlaką, ilmenito koncentratas redukuojamas elektrinėje lankinėje krosnyje, o geležis atskiriama į metalinę fazę (ketaus), o neredukuoti titano oksidai ir priemaišos sudaro šlako fazę. Turtingas šlakas apdorojamas chlorido arba sieros rūgšties metodu.

Titano rūdos koncentratas yra apdorojamas sieros rūgštimi arba pirometalurginiu būdu. Sieros rūgšties apdorojimo produktas yra titano dioksido milteliai TiO 2. Taikant pirometalurginį metodą, rūda sukepinama koksu ir apdorojama chloru, todėl susidaro titano tetrachlorido garai TiCl 4:

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

Susidarę TiCl4 garai redukuojami magniu 850 °C temperatūroje:

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

Be to, dabar pradeda populiarėti vadinamasis FFC Cambridge procesas, pavadintas jo kūrėjų Dereko Fray, Tomo Farthingo ir George'o Cheno vardu bei Kembridžo universitetu, kuriame jis buvo sukurtas. Šis elektrocheminis procesas leidžia tiesiogiai, nenutrūkstamai redukuoti titaną iš jo oksido išlydytame kalcio chlorido ir negesintų kalkių mišinyje. Šiame procese naudojama elektrolitinė vonia, užpildyta kalcio chlorido ir kalkių mišiniu, su grafito aukojamuoju (arba neutraliu) anodu ir katodu, pagamintu iš redukuojamo oksido. Praleidus srovę per vonią, temperatūra greitai pasiekia ~1000-1100°C, o kalcio oksido lydalas prie anodo skyla į deguonį ir metalinį kalcį:

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

Susidaręs deguonis oksiduoja anodą (jei naudojamas grafitas), o kalcis lydaloje migruoja į katodą, kur redukuoja titaną iš oksido:

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)))

Gautas kalcio oksidas vėl disocijuoja į deguonį ir metalinį kalcį, ir procesas kartojamas tol, kol katodas visiškai virsta titano kempinėle arba kalcio oksidas išsenka. Šiame procese kalcio chloridas naudojamas kaip elektrolitas, suteikiantis aktyviųjų kalcio ir deguonies jonų lydalo elektrinį laidumą ir judrumą. Kai naudojamas inertinis anodas (pvz., alavo oksidas), vietoj anglies dioksidas Prie anodo išsiskiria molekulinis deguonis, kuris mažiau teršia aplinką, tačiau procesas tokiu atveju tampa mažiau stabilus, be to, tam tikromis sąlygomis energetiškai palankesnis tampa chlorido, o ne kalcio oksido skaidymas, o tai lemia molekulinio chloro išsiskyrimas.

Gauta titano „kempinė“ ištirpinama ir išvaloma. Titanas rafinuojamas jodido metodu arba elektrolizės būdu, atskiriant Ti nuo TiCl 4 . Norint gauti titano luitus, naudojamas lanko, elektronų pluošto arba plazmos apdorojimas.

Fizinės savybės

Titanas yra lengvas sidabriškai baltas metalas. Egzistuoja dvi kristalų modifikacijos: α-Ti su šešiakampe sandaria gardele (a = 2,951 Å; c = 4,679 Å; z = 2; erdvės grupė C6mmc), β-Ti su kubiniu korpuso centru (a = 3,269 Å; z = 2; erdvės grupė Im3m), α↔β perėjimo temperatūra yra 883 °C, perėjimo ΔH 3,8 kJ/mol. Lydymosi temperatūra 1660±20 °C, virimo temperatūra 3260 °C, α-Ti ir β-Ti tankis atitinkamai lygus 4,505 (20 °C) ir 4,32 (900 °C) g/cm³, atominis tankis 5,71⋅10 22 at /cm³ [ ] . Plastikas, virinamas inertinėje atmosferoje. Atsparumas 0,42 µOm m 20 val °C

Jis turi didelį klampumą ir yra linkęs prilipti mechaninio apdorojimo metu. pjovimo įrankis, todėl įrankį reikia padengti specialiomis dangomis ir įvairiais tepalais.

Esant įprastoms temperatūroms, jis yra padengtas apsaugine pasyvinančia TiO 2 oksido plėvele, todėl daugelyje aplinkų (išskyrus šarminę) yra atspari korozijai.

Titano dulkės linkusios sprogti. Pliūpsnio temperatūra - 400 °C. Titano drožlės yra pavojingos ugniai.

Titanas kartu su plienu, volframu ir platina pasižymi dideliu stabilumu vakuume, todėl kartu su lengvumu jis yra labai perspektyvus projektuojant erdvėlaivių.

Cheminės savybės

Titanas atsparus daugelio rūgščių ir šarmų (išskyrus H 3 PO 4 ir koncentruotą H 2 SO 4) tirpalams.

Lengvai reaguoja net su silpnomis rūgštimis, kai yra kompleksuojančių medžiagų, pavyzdžiui, sąveikauja su vandenilio fluorido rūgštimi, nes susidaro kompleksinis anijonas 2−. Titanas yra jautriausias korozijai organinėje aplinkoje, nes esant vandeniui ant titano gaminio paviršiaus susidaro tanki pasyvi titano oksidų ir hidrido plėvelė. Labiausiai pastebimas titano atsparumo korozijai padidėjimas, kai vandens kiekis agresyvioje aplinkoje padidėja nuo 0,5 iki 8,0%, tai patvirtina elektrocheminiai titano elektrodų potencialų tyrimai rūgščių ir šarmų tirpaluose mišrioje vandeninėje-organinėje aplinkoje. žiniasklaida.

Kaitinamas ore iki 1200 °C, Ti užsidega ryškiai balta liepsna ir susidaro įvairios sudėties TiO x oksido fazės. TiO(OH) 2 ·xH 2 O hidroksidas nusodinamas iš titano druskų tirpalų, o kruopščiai kalcinuojant susidaro TiO 2 oksidas. Hidroksidas TiO(OH) 2 xH 2 O ir dioksidas TiO 2 yra amfoteriniai.

Taikymas

Gryna forma ir lydinių pavidalu

• Titanas lydinių pavidalu yra svarbiausias statybinė medžiaga orlaivių ir raketų inžinerijoje, laivų statyboje.
• Metalas naudojamas: chemijos pramonėje (reaktoriai, vamzdynai, siurbliai, vamzdynų jungiamosios detalės), karinėje pramonėje (šarvai, šarvai ir priešgaisrinės užtvaros aviacijoje, korpusai povandeniniai laivai), pramoniniai procesai (gėlinimo įrenginiai, celiuliozės ir popieriaus procesai), automobilių pramonė, žemės ūkio pramonė, maisto pramonė, kūno auskarų vėrimas, medicinos pramonė (protezavimas, osteoprotezavimas), dantų ir endodontiniai instrumentai, dantų implantai, sporto prekės, papuošalai, Mobilieji telefonai, lengvieji lydiniai ir kt.
• Titano liejimas atliekamas vakuuminėse krosnyse į grafito formas. Taip pat naudojamas vakuuminis prarasto vaško liejimas. Dėl technologinių sunkumų meniniame liejinyje jis naudojamas ribotai. Pirmoji pasaulinėje praktikoje iš titano pagaminta monumentali skulptūra yra paminklas Jurijui Gagarinui jo vardu pavadintoje aikštėje Maskvoje.
• Titanas yra legiruojantis priedas daugelyje legiruotojo plieno ir daugumos specialių lydinių [ kurie?] .
• Nitinolis (nikelis-titanas) yra formos atminties lydinys, naudojamas medicinoje ir technologijose.
• Titano aliuminidai yra labai atsparūs oksidacijai ir karščiui, o tai savo ruožtu lėmė jų naudojimą aviacijos ir automobilių gamyboje kaip konstrukcines medžiagas.
• Titanas yra viena iš labiausiai paplitusių medžiagų, naudojamų didelio vakuumo siurbliuose.

Ryšių pavidalu

• Baltasis titano dioksidas (TiO 2 ) naudojamas dažuose (pvz., titano baltajame) ir popieriaus bei plastiko gamyboje. Maisto papildas E171.
• Organiniai titano junginiai (pavyzdžiui, tetrabutoksititanas) naudojami kaip katalizatorius ir kietiklis chemijos ir dažų pramonėje.
• Neorganiniai titano junginiai naudojami chemijos elektronikos ir stiklo pluošto pramonėje kaip priedai arba dangos.
• Titano karbidas, titano diboridas, titano karbonitridas yra svarbūs ypač kietų metalo apdirbimo medžiagų komponentai.
• Titano nitridas naudojamas instrumentams, bažnyčių kupolams padengti ir bižuterijos gamyboje, nes jo spalva panaši į auksą.
• Bario titanatas BaTiO 3 , švino titanatas PbTiO 3 ir daugelis kitų titanatų yra feroelektrikai.

Yra daug titano lydinių su įvairių metalų. Legiravimo elementai skirstomi į tris grupes, priklausomai nuo jų poveikio polimorfinės transformacijos temperatūrai: beta stabilizatoriai, alfa stabilizatoriai ir neutralūs stiprintuvai. Pirmieji sumažina transformacijos temperatūrą, antrieji ją padidina, treti jos neveikia, o lemia matricos tirpalo stiprinimą. Alfa stabilizatorių pavyzdžiai: aliuminis, deguonis, anglis, azotas. Beta stabilizatoriai: molibdenas, vanadis, geležis, chromas, nikelis. Neutralūs kietikliai: cirkonis, alavas, silicis. Beta stabilizatoriai, savo ruožtu, skirstomi į beta izomorfinius ir beta eutektoidus formuojančius.

Labiausiai paplitęs titano lydinys yra Ti-6Al-4V lydinys (rusų klasifikacijoje - VT6).

Vartojimo rinkų analizė

Neapdoroto titano (titano kempinės) grynumas ir klasė paprastai nustatomas pagal jo kietumą, kuris priklauso nuo priemaišų kiekio. Labiausiai paplitę prekių ženklai yra TG100 ir TG110 [ ] .

Fiziologinis veiksmas

Kaip minėta aukščiau, titanas taip pat naudojamas odontologijoje. Išskirtinis titano panaudojimo bruožas yra ne tik jo stiprumas, bet ir paties metalo gebėjimas susilieti su kaulu, o tai leidžia užtikrinti danties pagrindo kvazi-monolitinį pobūdį.

Izotopai

Natūralus titanas susideda iš penkių stabilių izotopų mišinio: 46 Ti (7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5,34%).

Žinomi dirbtiniai radioaktyvieji izotopai 45 Ti (T ½ = 3,09 h), 51 Ti (T ½ = 5,79 min) ir kiti.

Pastabos

1. Michaelas E. Wieseris, Normanas Holdenas, Tyleris B. Coplenas, Johnas K. Böhlke, Michaelas Berglundas, Willi A. Brandas, Paulas De Bièvre'as, Manfredas Gröningas, Robertas D. Lossas, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenbergas, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Elementų atominiai svoriai 2011 (IUPAC Techninė  ataskaita) (anglų k.) // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - T. 85, Nr. 5 . - P. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
2. Redakcinė komanda: Zefirov N. S. (vyriausiasis redaktorius). Cheminė enciklopedija: 5 tomai - Maskva: Sovietų enciklopedija, 1995. - T. 4. - P. 590-592. - 639 p. – 20 000 egzempliorių. - ISBN 5-85270-039-8.
3. Titanas- straipsnis iš Fizinės enciklopedijos
4. J.P. Riley ir Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
5. Titano nuosėdos.
6. Titano nuosėdos.
7. Ilmenitas, rutilas, titanomagnetitas – 2006 m
8. Titanas (neapibrėžtas) . Informacinis ir analitinis centras „Mineralas“. Gauta 2010 m. lapkričio 19 d. Suarchyvuota 2011 m. rugpjūčio 21 d.
9. VSMPO-AVISMA korporacija
10. Končas, Šv. Szanto, Šv. Waldhauser, H., Der Sauerstoffgehalt von Titan-jodidstäben, Naturwiss. 42 (1955) p.368-369
11. Titanas – ateities metalas (rusų k.).
12. Titanas – straipsnis iš Cheminės enciklopedijos
13. Vandens įtaka titano pasyvinimo procesui – 2015 m. vasario 26 d. – Chemija ir cheminės technologijos gyvenime (neapibrėžtas) . www.chemfive.ru. Žiūrėta 2015 m. spalio 21 d.
14. Liejimo menas XX a
15. Pasaulinėje titano rinkoje per pastaruosius du mėnesius kainos stabilizavosi (apžvalga)

Nuorodos

• Titanas populiarioje cheminių elementų bibliotekoje

H Jis Li Būk B C N O F Ne Na Mg Al Si P S

TiO 2 atradimą beveik vienu metu ir nepriklausomai vienas nuo kito padarė anglas W. Gregoras ir vokiečių chemikas M. G. Klaprothas. W. Gregoras, tyrinėdamas magnetinio geležinio smėlio sudėtį (Creed, Cornwall, England, 1789), išskyrė naują nežinomo metalo „žemę“ (oksidą), kurį pavadino menakenu. 1795 m. vokiečių chemikas Klaprothas atrado naują elementą mineraliniame rutile ir pavadino jį titanu, vėliau jis nustatė, kad rutilas ir menaken žemė yra to paties elemento oksidai. Pirmąjį titano metalo pavyzdį 1825 m. gavo J. Berzelius. Gryną Ti mėginį 1925 m. gavo olandai A. van Arkel ir I. de Boer termiškai skaidydami titano jodido garus TiI 4

Fizinės savybės:

Titanas yra lengvas sidabriškai baltas metalas. Plastikas, virinamas inertinėje atmosferoje.
Jis turi didelį klampumą ir apdirbant yra linkęs prilipti prie pjovimo įrankio, todėl įrankį reikia padengti specialiomis dangomis ir įvairiais tepalais.

Cheminės savybės:

Įprastoje temperatūroje jis yra padengtas apsaugine pasyvinančia oksido plėvele ir yra atsparus korozijai, tačiau susmulkintas į miltelius dega ore. Titano dulkės gali sprogti (pliūpsnio temperatūra 400°C). Kaitinamas ore iki 1200°C, titanas dega, susidarant kintamos sudėties TiO x oksido fazėms.
Titanas yra atsparus atskiestų daugelio rūgščių ir šarmų tirpalams (išskyrus HF, H 3 PO 4 ir koncentruotą H 2 SO 4 ), tačiau lengvai reaguoja net su silpnomis rūgštimis, esant kompleksą sudarontiems agentams, pavyzdžiui, su fluoro vandenilio rūgštimi HF. sudaro kompleksinį anijoną 2-.
Kaitinamas, titanas sąveikauja su halogenais. Esant azotui virš 400°C, titanas sudaro nitridą TiN x (x=0,58-1,00). Titanui sąveikaujant su anglimi susidaro titano karbidas TiC x (x=0,49-1,00).
Titanas sugeria vandenilį, sudarydamas įvairios sudėties TiHx junginius. Kaitinant šie hidridai suyra, išskirdami H2.
Titanas sudaro lydinius su daugeliu metalų.
Junginiuose titanas pasižymi +2, +3 ir +4 oksidacijos laipsniais. Stabiliausia oksidacijos būsena yra +4.

Svarbiausios jungtys:

Titano dioksidas, TiO 2 . Balti milteliai, kaitinant geltoni, tankis 3,9-4,25 g/cm 3 . Amfoterinis. Koncentruotame H 2 SO 4 ištirpsta tik ilgai kaitinant. Susiliejus su Na 2 CO 3 soda arba K 2 CO 3 kaliu, TiO 2 oksidas sudaro titanatus:
TiO 2 + K 2 CO 3 = K 2 TiO 3 + CO 2
Titano (IV) hidroksidas, TiO(OH) 2 *xH 2 O, nusodinamas iš titano druskų tirpalų jį atsargiai kalcinuojant, gaunamas TiO 2 oksidas. Titano (IV) hidroksidas yra amfoterinis.
Titano tetrachloridas, TiCl 4, normaliomis sąlygomis, yra gelsvas skystis, kuris stipriai garuoja ore, o tai paaiškinama stipria TiCl 4 hidrolize dėl vandens garų ir mažyčių HCl lašelių bei titano hidroksido suspensijos susidarymo. Verdantis vanduo hidrolizuojasi iki titano rūgšties(??). Titano(IV) chloridui būdingas adityvinių produktų susidarymas, pavyzdžiui, TiCl 4 *6NH 3, TiCl 4 *8NH 3, TiCl 4 *PCl 3 ir kt. Titano(IV) chloridą ištirpinus HCl, susidaro kompleksinė rūgštis H2, kuri laisvoje būsenoje nežinoma; jo Me 2 druskos gerai kristalizuojasi ir yra stabilios ore.
Redukuojant TiCl4 vandeniliu, aliuminiu, siliciu ir kitais stipriais reduktoriais, gaunamas titano trichloridas ir dichloridas TiCl3 ir TiCl2 - kietosios medžiagos su stipriomis atkuriamosiomis savybėmis.
Titano nitridas- vaizduoja intersticinę fazę su plačiu homogeniškumo sritimi, kristalus su kubine veidų centre esančia gardele. Paruošimas – titano azotinimas 1200 °C temperatūroje arba kitais būdais. Jis naudojamas kaip karščiui atspari medžiaga, kuriant dilimui atsparias dangas.

Taikymas:

Lydinių pavidalu. Metalas naudojamas chemijos pramonėje (reaktoriuose, vamzdynuose, siurbliuose), lengvuosiuose lydiniuose, osteoprotezuose. Tai svarbiausia konstrukcinė medžiaga orlaivių, raketų ir laivų statyboje.
Titanas yra kai kurių plieno rūšių legiravimo priedas.
Nitinolis (nikelis-titanas) yra formos atminties lydinys, naudojamas medicinoje ir technologijose.
Titano aluminidai yra labai atsparūs oksidacijai ir karščiui, o tai savo ruožtu lėmė jų naudojimą aviacijos ir automobilių gamyboje kaip konstrukcines medžiagas.
Ryšių pavidalu Baltasis titano dioksidas naudojamas dažuose (pavyzdžiui, baltajame titano), taip pat popieriaus ir plastiko gamyboje. Maisto priedas E171.
Organiniai titano junginiai (pvz., tetrabutoksititanas) naudojami kaip katalizatorius ir kietiklis chemijos ir dažų bei lako pramonėje.
Neorganiniai titano junginiai naudojami chemijos elektronikos ir stiklo pluošto pramonėje kaip priedai.

Matigorovas A.V.
HF Tiumenės valstybinis universitetas

Cirkonis ir hafnis sudaro +4 oksidacijos būsenos junginius.

Junginiai, kurių oksidacijos laipsnis +3. Titano(III) junginiai gaunami redukuojant titano(IV) junginius. Pavyzdžiui:

1200 ºС 650 ºС

2TiO2 + H2¾® Ti2O3 + H2O; 2TiCl4 + H2¾® 2TiCl3 + 2HCl

Titano (III) junginiai yra purpurinės spalvos. Titano oksidas praktiškai netirpsta vandenyje ir pasižymi pagrindinėmis savybėmis. Oksidas, chloridas, Ti 3+ druskos – stiprios reduktorius:

4Ti +3 Cl3 + O 2 + 2H 2 O = 4Ti +4 OCl 2 + 4HCl

Titano (III) junginių atveju galimos disproporcijos reakcijos:

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

Toliau kaitinant, titano(II) chloridas taip pat neproporcingas:

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

Junginiai, kurių oksidacijos laipsnis +4. Titano (IV), cirkonio (IV) ir hafnio (IV) oksidai yra ugniai atsparios, chemiškai gana inertiškos medžiagos. Jie pasižymi amfoterinių oksidų savybėmis: jie lėtai reaguoja su rūgštimis ilgai verdant ir sąveikauja su šarmais lydymosi metu:

TiO2 + 2H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2H2O;

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

Titano oksidas TiO 2 yra plačiausiai naudojamas kaip užpildas dažų, gumos ir plastikų gamyboje. Cirkonio oksidas ZrO 2 naudojamas ugniai atsparių tiglių ir plokščių gamybai.

Hidroksidai titanas(IV), cirkonis(IV) ir hafnis(IV) yra kintamos sudėties amorfiniai junginiai - EO 2 ×nH 2 O. Šviežiai gautos medžiagos yra gana reaktyvios ir tirpsta rūgštyse, titano hidroksidas taip pat tirpsta šarmuose. Pasenusios nuosėdos yra itin inertiškos.

Halidai(chloridai, bromidai ir jodidai) Ti(IV), Zr(IV) ir Hf(IV) turi molekulinę struktūrą, yra lakūs ir reaktyvūs, lengvai hidrolizuojasi. Kaitinant jodidai suyra ir susidaro metalai, kurie naudojami didelio grynumo metalams gauti. Pavyzdžiui:

TiI 4 = Ti + 2I 2

Titano, cirkonio ir hafnio fluoridai yra polimeriniai ir mažai reaktyvūs.

Druskos+4 oksidacijos būsenos titano pogrupio elementų yra nedaug ir jie yra hidroliziškai nestabilūs. Dažniausiai oksidams ar hidroksidams reaguojant su rūgštimis susidaro ne vidutinės druskos, o okso arba hidrokso dariniai. Pavyzdžiui:

TiO2 + 2H2SO4 = TiOSO4 + H2O; Ti(OH)4 + 2HCl = TiOCl2 + H2O

Aprašyta daugybė anijoninių titano, cirkonio ir hafnio kompleksų. Stabiliausi tirpaluose ir lengvai susidaro fluoro junginiai:

EO2 + 6HF = H2 [EF6] + 2H2O; EF 4 + 2KF = K 2 [EF 6 ]

Titanui ir jo analogams būdingi koordinaciniai junginiai, kuriuose ligando vaidmenį atlieka peroksido anijonas:

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

Šiuo atveju titano (IV) junginių tirpalai įgauna geltonai oranžinę spalvą, todėl galima analitiškai aptikti titano (IV) katijonus ir vandenilio peroksidą.

Hidridai (EN 2), karbidai (ES), nitridai (EN), silicidai (ESi 2) ir boridai (EV, EV 2) yra įvairios sudėties junginiai, panašūs į metalą. Dvejetainiai junginiai pasižymi vertingomis savybėmis, kurios leidžia juos panaudoti technologijose. Pavyzdžiui, 20 % HfC ir 80 % TiC lydinys yra vienas ugniai atspariausių, lyd. 4400 ºС.