Tytan (pierwiastek)
nieruchomości | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ogólnie | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nazwa , symbol , liczba atomowa | Tytan, ti, 22 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kategoria elementu | Metale przejściowe | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupa , kropka , blok | 4 , 4 , d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wygląd zewnętrzny | srebrzysty metaliczny | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
numer CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Numer WE | 231-142-3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Karta informacyjna ECHA | 100.028.311 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ułamek masowy powłoki Ziemi | 0,41% | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomowy | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Masa atomowa | 47,867 (1) U | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Promień atomowy (obliczony) | 140 (176) po południu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Promień kowalencyjny | 160 po południu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Konfiguracja elektronów | [ Ar ] 3 d 2 4 s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. Energia jonizacji | 6..828 120 (12) eV ≈ 658.81 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. Energia jonizacji | 13.5755 (25) eV ≈ 1 309.84 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. Energia jonizacji | 27.49171 (25) eV ≈ 2 652.55 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4. Energia jonizacji | 43.26717 (19) eV ≈ 4 174.65 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5. Energia jonizacji | 99.299 (12) eV ≈ 9 580.9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fizycznie | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stan fizyczny | naprawiony | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Struktura krystaliczna | sześciokątny (do 882 ° C, powyżej krótki) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
gęstość | 4,50 g / cm 3 (25 ° C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Twardość Mohsa | 6. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
magnetyzm | paramagnetyczny ( Χ m = 1,8 · 10 −4 ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Temperatura topnienia | 1941 K (1668 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
temperatura wrzenia | 3533 K (3260 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Objętość molowa | 10,64 · 10 −6 m 3 · mol −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ciepło parowania | 427 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ciepło stapiania | 18,7 kJ mol- 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Prędkość dźwięku | 4140 m s -1 przy 293,15 K. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Specyficzna pojemność cieplna | 523 J kg -1 K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Funkcja pracy | 4,33 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Przewodność elektryczna | 2,5 · 10 6 A · V −1 · m −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Przewodność cieplna | 22 W m -1 K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mechanicznie | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Moduł sprężystości | 105 GPa (= 105 kN / mm 2 ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Liczba Poissona | 0,34 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chemicznie | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stany utleniania | +2, +3, +4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Potencjał normalny | -0,86 V (TiO 2+ + 2 H + + 4 e - → Ti + H 2 O) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektroujemność | 1,54 ( skala Paulinga ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Izotopy | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dla innych izotopów zobacz listę izotopów | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Właściwości NMR | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
instrukcje bezpieczeństwa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
W miarę możliwości i zwyczajowo stosowane są jednostki SI . O ile nie zaznaczono inaczej, podane dane dotyczą warunków standardowych . |
Tytan jest pierwiastkiem chemicznym o symbolu pierwiastka Ti i liczbie atomowej 22. Należy do metali przejściowych i znajduje się w 4 podgrupie (4 grupa IUPAC ) lub grupie tytanu w układzie okresowym pierwiastków . Metal jest błyszczący, metaliczny, ma niską gęstość , jest elastyczny , odporny na korozję i temperaturę .
Dziś tytan zaliczany jest zwykle do metali lekkich . O gęstości 4,50 g / cm 3 , w temperaturze pokojowej, to jest najcięższym z nich, znajduje się w pobliżu granicy między światłem a ciężkich metali, 5 g / cm 3 , który jest najczęściej używany do dziś , a także wcześniej występującą 4,5 g / cm 3 . cm 3 .
Tytan jest jednym z dziesięciu najpowszechniejszych pierwiastków w skorupie ziemskiej , ale jako składnik minerałów jest prawie wyłącznie chemicznie związany . Jednak występowanie tytanu pierwiastkowego zostało udowodnione z kilku złóż.
fabuła
Tytan został odkryty w 1791 roku w Anglii przez duchownego i chemika amatora Williama Gregora w tytano-żelazie . W 1795 r. niemiecki chemik Heinrich Klaproth również odkrył go w rutylu i nadał pierwiastkowi jego obecną nazwę - opartą na greckich legendach o tytanach .
Jednak dopiero w 1831 r. Justusowi von Liebigowi udało się wydobyć metaliczny tytan z rudy. 99,9% czystego tytanu po raz pierwszy wyprodukował Matthew A. Hunter (1878–1961) w 1910 r. W procesie Huntera, mieszając tetrachlorek tytanu (chlorek tytanu (IV) ) z sodem do temperatury 700 ° C do 800 ° C w podgrzewanej bombie stalowej .
Dopiero pod koniec lat 30. William Justin Kroll był w stanie opracować proces odpowiedni dla tej technologii, tzw. proces Kroll , który został opatentowany w 1940 roku. W rezultacie wprowadzenie na dużą skalę redukcji czterochlorku tytanu magnezem umożliwiło opracowanie tytanu do zastosowań komercyjnych.
Występowanie
Z kilkoma wyjątkami (należą do nich tytan pierwiastkowy i minerały w postaci stopów , związków międzymetalicznych i siarczków ), tytan występuje tylko w związkach z tlenem jako tlenkiem w skorupie ziemskiej . Nie należy do rzadkości, z zawartością 0,565%, znajduje się na 9 miejscu obfitości pierwiastków w skorupie kontynentalnej. Zwykle jest dostępny tylko w niskich stężeniach .
Ważne minerały to:
- Ilmenit (ruda tytanu żelaza), FeTiO 3
- Leukoxene , mieszanina ubogiego w żelazo ilmenitu i innych minerałów zawierających tytan
- Perowskit , CaTiO 3
- Tytan (Sphen), CaTi [SiO 4 ] O
- Rutyl , TiO 2
- Anataz , TiO 2
- Brookit , TiO 2
Główne zjawiska występują w Australii , Skandynawii , Ameryce Północnej , na Uralu i Malezji . W 2010 roku odkryto złoża w Paragwaju .
Meteoryty mogą zawierać tytan. Tytan wykryto również na Słońcu i gwiazdach klasy widmowej M. Istnieją również osady na Księżycu Ziemi . Próbki skał z misji księżycowej Apollo 17 zawierały do 12,1% tlenku tytanu (IV).
Występuje również w popiołach węglowych i roślinach.
ranga | kraj | 2003 | 2004 | 2005 |
---|---|---|---|---|
1 | Australia | 1300 | 2 110 | 2 230 |
2 | Afryka Południowa | 1 070 | 1 130 | 1 130 |
3 | Kanada | 810 | 870 | 870 |
4. | Chińska Republika Ludowa | 400 | 840 | 820 |
5 | Norwegia | 380 | 370 | 420 |
Ekstrakcja
Czysty tytan prawie nie występuje w ziemi i jest pozyskiwany z rudy tytanu ( ilmenitu ) lub rutylu . Zastosowany proces produkcyjny jest bardzo złożony, co przekłada się na wysoką cenę tytanu. Jest 35 razy droższy niż zwykłe stopy stali i 200 razy droższy niż stal surowa (stan na 2013 r.). W 2008 roku tona gąbki tytanowej kosztowała średnio 12 000 euro.
Produkcja pozostała prawie niezmieniona od czasu odkrycia procesu Kroll . Zazwyczaj na bazie ilmenitu lub rutylu , wzbogacony dwutlenek tytanu pod wpływem ciepła z chlorem i węglem przekształca się w czterochlorek tytanu i tlenek węgla . Następnie redukcja z czterochlorkiem tytanu do tytanu zachodzi z ciekłym magnezu .
W ostatnim etapie reakcji zamiast magnezu można zastosować sód .
Do produkcji stopów nadających się do obróbki mechanicznej należy przetopić tak otrzymaną gąbkę tytanową w piecu próżniowo – łukowym .
Największym producentem tytanu i stopów tytanu jest firma VSMPO-AVISMA z siedzibą w Verkhnyaya Salda lub Jekaterynburg na Uralu , która od 12 września 2006 r. jest pośrednio własnością państwa rosyjskiego za pośrednictwem holdingu Rosoboronexport .
Najczystszy tytan otrzymuje się w procesie Van Arkela de Boera .
nieruchomości
Stany utlenienia tytanu | |
---|---|
+2 | TiO , TiCl 2 |
+3 | Ti 2 O 3 , TiCl 3 , TiF 3 , TiP |
+4 | TiO 2 , TiS 2 , TiCl 4 , tif 4 |
Wytrzymałość na rozciąganie od stopów tytanu wynosi 290 do 1200 N / mm w zakresie od stali konstrukcyjnej z 310 do 690 N / mm stopowych stali z 1100 do 1300 N / mm².
W powietrzu tytan tworzy niezwykle odporną tlenkową warstwę ochronną ( warstwę pasywacyjną ), która chroni go przed wieloma mediami. Przy wartości 6 (wg Mohsa ) czysty tytan jest tylko umiarkowanie twardy , ale nawet niewielkie ilości stopu dodają wysokiej wytrzymałości i stosunkowo niskiej gęstości. To sprawia, że stopy tytanu są szczególnie odpowiednie do zastosowań, które wymagają wysokiej odporności na korozję, wytrzymałości i niskiej wagi . Powyżej temperatury 400°C właściwości wytrzymałościowe jednak szybko spadają. Tytan o wysokiej czystości jest plastyczny , co oznacza, że może być odkształcany plastycznie. W wyższych temperaturach bardzo szybko staje się kruchy na skutek absorpcji tlenu , azotu i wodoru, przez co traci swoją łatwą kowalność.
Należy również wziąć pod uwagę wysoką reaktywność tytanu z wieloma mediami w podwyższonych temperaturach lub podwyższonym ciśnieniu, jeśli warstwa pasywacyjna nie jest w stanie wytrzymać tych warunków. Tutaj szybkość reakcji może wzrosnąć aż do wybuchu . W czystym tlenie w temperaturze 25 ° C i 25 bar tytan spala się całkowicie od świeżo odciętej krawędzi , tworząc dwutlenek tytanu . Pomimo pasywacji warstwa reaguje w temperaturze powyżej 880°C z tlenem, aw temperaturze od 550°C z chlorem . Tytan reaguje również („spalanie”) z czystym azotem . Podczas obróbki wytwarzane jest ciepło, a czysty argon może być używany jako gaz ochronny . Kiedy tytan ulega deformacji, utwardzanie przez zgniot następuje w sposób podobny do stali nierdzewnej . W celu ochrony krawędzi skrawającej narzędzia może być wskazane zastosowanie płynnego chłodziwa.
Tytan jest odporny na rozcieńczony kwas siarkowy , kwas solny , roztwory zawierające chlorki, zimny kwas azotowy , zasady, takie jak wodorotlenek sodu i większość kwasów organicznych , ale powoli rozpuszcza się w stężonym kwasie siarkowym, tworząc fioletowy siarczan tytanu . Ze względu na ryzyko wybuchu , warunki pracy muszą być ściśle przestrzegane podczas używania chloru gazowego.
Właściwości mechaniczne i zachowanie korozyjne można znacznie poprawić przez dodanie głównie drobnych stopów aluminium , wanadu , manganu , molibdenu , palladu , miedzi , cyrkonu i cyny .
Poniżej temperatury 0,4 K tytan jest nadprzewodnikiem . Poniżej 880 ° C tytan jest obecny w heksagonalnym ciasnym upakowaniu kulek . Powyżej 880 ° C powstaje sześcienna struktura sześcienna skoncentrowana na ciele .
Tytan w postaci proszku jest piroforyczny, co oznacza, że może samoistnie się zapalić. Nawet w temperaturze pokojowej reaguje z otaczającym powietrzem, ciepło reakcji ogrzewa materiał, aż do powstania dymiącego płomienia , przyspieszającego reakcję .
Gotowość do zapłonu zależy m.in. bardzo silnie od wielkości ziarna i stopnia rozmieszczenia. Metal w zwartej formie nie jest palny. Jednak w wyższych temperaturach łatwo pochłania tlen, azot i wodór, co powoduje kruchość i wzrost twardości.
Tytan może przyjmować stany utlenienia 2, 3 i 4. Tylko związki o stopniu utlenienia 4 są trwałe.
Kolorowanie
Tytan można zaprojektować w kolorze , tworząc specjalną warstwę tlenku za pomocą anodowania . Kolor uzyskuje się poprzez załamanie światła na warstwach o różnej grubości, a nie przez pigmenty barwne, patrz interferencja cienkowarstwowa . Przy 10-25 nm otrzymujemy kolor złoty, przy 25-40 nm purpurowy, przy 40-50 nm ciemnoniebieski, przy 50-80 nm jasnoniebieski, przy 80-120 nm żółty, przy 120-150 nm pomarańczowy, przy 150-180 nm fioletowy, przy 180-210 nm zielony.
Stopy tytanu
Stopy tytanu często charakteryzują się klasami od 1 do 39 zgodnie z amerykańską normą ASTM . Stopnie od 1 do 4 oznaczają czysty tytan o różnym stopniu czystości .
Czysty tytan ma numer materiału 3.7034; najważniejszy ekonomicznie użyty materiał (również na łopatki turbosprężarek ) Ti-6Al-4V („ Ti64 ”; 6% aluminium, 4% wanad, ASTM: Grade 5) ma numer 3.7165 (zastosowanie przemysłowe) i 3.7164 (zastosowanie lotnicze).
Inne ważne stopy tytanu stosowane głównie w przemyśle lotniczym:
opis | Skład stopu (w%) | Moduł Younga w GPa | Gęstość w g cm −3 |
---|---|---|---|
Ti6246 | Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo | 125,4 | 4,51 |
Ti6242 | Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | 4,50 |
Tytan jest trudny do formowania ze względu na swoją heksagonalną strukturę krystaliczną. W produkcji blachy tytanowej z bloków tytanowych walcowanie stanowi około 50% całkowitego kosztu produktu.
Nitinol (nikiel-tytan) jest stopem z pamięcią kształtu i jest wysoce pseudoelastyczny , dlatego stosuje się go do oprawek okularów i igieł ekstyrpacyjnych .
posługiwać się
Tytan jest używany głównie jako składnik mikrostopowy do stali. Nadaje stali wysoką wiązkość, wytrzymałość i ciągliwość nawet w stężeniach 0,01-0,1 procent masowych . W stalach nierdzewnych tytan zapobiega korozji międzykrystalicznej .
Stopy na bazie tytanu są bardzo drogie i wynoszą około 25 euro/kg. Dlatego są używane tylko do najwyższych wymagań:
Sprzęt ochronny wojskowy i policyjny:
- Tytanowy kask i tytanowa kamizelka ochronna
Zastosowania w wodzie morskiej i mediach zawierających chlorki:
- Części śrub okrętowych, takie jak wały , a także usztywnienia do zastosowań morskich (np. takielunek stojący na jachtach regatowych)
- Części do zabudowy w zakładach odsalania wody morskiej
- Komponenty do odparowywania roztworów chlorku potasu
- Anody z HVDC kablami
- Aparatura w zakładach chemii chloru
Artykuły outdoorowe i sportowe:
- Do wysokiej jakości rowerów w połączeniu z aluminium i wanadem jako materiałem ramy oraz do śrub
- Noże (nurkowe) z ostrzami z tytanu lub stopu tytanu, a także sztućce
- Jako śledzie do namiotu (wysoka wytrzymałość pomimo niewielkiej wagi)
- Dla kijów golfowych jako szef klubu. Do tego celu wykorzystuje się około 25% tytanu.
- Z rakietami tenisowymi w ramie
- Podczas strzelania z kija jako niezwykle stabilny kij z kijem lodowym
- Jako szczególnie lekka śruba lodowa do alpinizmu
- Jako cholewka do lacrosse dla większej wytrzymałości i mniejszej wagi
- Jako mocny przywódca podczas łowienia ryb drapieżnych o ostrych zębach
Użyj w postaci związków:
- Produkcja miękkich sztucznych kamieni szlachetnych
- Monokryształy szafiru domieszkowane tytanem służą jako ośrodek aktywny w laserze tytanowo-szafirowym dla ultrakrótkich impulsów w zakresie femtosekundowym
- Jako czterochlorek tytanu do produkcji luster szklanych i sztucznej mgły
- Powstawanie faz międzymetalicznych (Ni 3 Ti) w wysokotemperaturowych stopach niklu
- Nadprzewodzące stopy niobu- tytanu (np. jako kable nadprzewodzące w elektromagnesach firmy HERA w DESY )
- W pirotechnice
- Jako azotek tytanu do pokrywania płytek wymiennych i frezów w technologii wytwarzania
Jako materiały twarde stosuje się związki tytanu z borem , węglem lub azotem . Związki tytanu są również wykorzystywane do produkcji cermetali , specjalnych rodzajów twardego metalu .
Części konstrukcyjne:
- Zużycia części w urządzenia do lutowania , bezpośredni kontakt z elektryczną lutowia do 500 ° C,
- Sprężyny w podwoziach pojazdów mechanicznych
- W samolotach i statkach kosmicznych do szczególnie obciążonych części, które wciąż muszą być lekkie (np. powłoka zewnętrzna przy prędkościach naddźwiękowych, łopatki sprężarki i inne części silnika, podwozie)
- W turbinach parowych dla najbardziej obciążonych łopatek części niskociśnieniowej
- W uzbrojenie: Niektóre podwodnych Związku Radzieckiego kadłubów ciśnieniową wykonaną ze stopu tytanu (np Mike klasy , klasy Alfa , klasa Papa lub klasy Sierra ). Ponadto tytan jest wykorzystywany częściej niż w lotnictwie cywilnym w lotnictwie wojskowym. W rezultacie, u szczytu sowieckiej produkcji uzbrojenia, znaczna część światowej produkcji i użytkowania tytanu miała miejsce w Związku Radzieckim.
- Ze względu na niską gęstość w produkcji wskaźników poziomu i pływaków
- Wkładka do zbiorników ciśnieniowych owiniętych włóknem węglowym (typ III). Jednakże, aby zapewnić całkowite spalanie/atomizację po ponownym wejściu satelitów kosmicznych, korzystne jest niskotopliwe aluminium .
- Tytan-cynk jako materiał budowlany w postaci blachy z. B. na dachy, rynny lub osłony pogodowe.
Medycyna:
- Jako biomateriał na implanty w technice medycznej i stomatologii ( implanty zębowe , w samych Niemczech ok. 200 000 sztuk rocznie) ze względu na bardzo dobrą odporność na korozję w porównaniu z innymi metalami. Brak immunologicznej reakcji odrzucenia ( alergia na implanty ). Jest również stosowany do koron i mostów dentystycznych ze względu na znacznie niższy koszt w porównaniu do stopów złota . W chirurgii urazowej i ortopedii chirurgicznej jest obecnie standardowym materiałem do endoprotez ( aloplastyka stawu biodrowego, kolanowego, barkowego) oraz osteosyntezy (płytki, gwoździe, śruby). Warstwa tlenku tytanu umożliwia mocny wzrost kości na implancie ( osseointegracja ), a tym samym umożliwia trwałe wbudowanie sztucznego implantu w ludzkim ciele.
- W chirurgii ucha środkowego tytan jest preferowanym materiałem na protezy zastępcze kosteczek słuchowych i rurki uszne.
- W neurochirurgii klipsy tytanowe do chirurgii tętniaka w dużej mierze zastąpiły klipsy wykonane ze stali nierdzewnej ze względu na ich korzystniejsze właściwości NMR .
- Dwutlenek tytanu może być składnikiem barwników farmaceutyków i suplementów diety w postaci tabletek.
Elektronika:
- W 2002 roku firma Nokia wprowadziła na rynek telefon komórkowy 8910, a rok później telefon komórkowy 8910i z tytanową obudową.
- W kwietniu 2002 r. firma Apple Inc. wprowadziła na rynek notebook „ PowerBook G4 Titanium ”. Duże części obudowy wykonano z tytanu, a 15,2-ekranowa wersja notebooka miała 1″ i ważyła zaledwie 2,4 kg.
- We wrześniu 2019 r. firma Apple Inc. wprowadziła na rynek zegarek Apple Watch 5. generacji „ Apple Watch ” w wersji tytanowej. Wersja 40-milimetrowa waży 35,1 grama (tytan) i 40,6 grama (stal). Wersja 44-milimetrowa waży 41,7 gramów (tytan) i 47,8 gramów (stal).
- Niektóre notebooki z serii ThinkPad firmy Lenovo (dawniej IBM) mają obudowę z tworzywa wzmacnianego tytanem lub ramę obudowy wykonaną z kompozytu tytanowo-magnezowego.
Papierosy elektroniczne:
- Drut tytanowy jest tu używany jako cewka grzewcza, ponieważ opór elektryczny tytanu zmienia się wymiernie w zależności od temperatury. Na tej podstawie najnowsze modele akumulatorów elektrycznych symulują kontrolę temperatury uzwojenia (cewki grzewczej), aby zapobiec uszkodzeniu termicznemu materiału knota (watolina organiczna). Oprócz drutów niklowych-200 i drutów ze stali V2A, tytan zyskuje na popularności w tym celu.
Inne obszary zastosowania:
- Biżuteria tytanowa , zegarki i oprawki okularów
- Monety z rdzeniem tytanowym (np. austriackie monety 200 szylingów)
- Tytanowa pompa sublimacyjna do wytwarzania ultrawysokiej próżni
- Galwanizacja jako rama nośna do anodowego utleniania aluminium (ELOXAL)
- w ramach kamizelek kuloodpornych standaryzowanych wg CRISAT
- jako instrument muzyczny: gongi wykonane z tytanu, ze względu na ich szczególne właściwości brzmieniowe
dowód
TiO 2+ tworzy z nadtlenkiem wodoru charakterystyczny żółto-pomarańczowy kompleks (kompleks triaquohydroksooksotitan (IV)) nadający się również do detekcji fotospektrometrycznej. Próbkę gotuje się z nadmiarem stężonego kwasu siarkowego i wlewa do łaźni lodowej z nadtlenkiem wodoru. Z głośnym sykiem kąpiel lodowa zmienia kolor na żółto-pomarańczowy.
Ze względu na duże podobieństwo kolorystyczne, proof ten nazywany jest potocznie „ Tequila Sunrise proof”.
Normy
Tytan i stopy tytanu są znormalizowane w zakresie:
- DIN 17850, wydanie: 1990-11 tytan; skład chemiczny
- ASTM B 348: Standardowa specyfikacja dla tytanu i stopu tytanu, prętów i kęsów
- ASTM B 265: Standardowa specyfikacja dla tytanu i stopu tytanu, arkuszy i płyt
- ASTM F 67: Standardowa specyfikacja dla niestopowego tytanu do zastosowań w implantach chirurgicznych
- ASTM F 136: Standardowa specyfikacja dla stopu kutego tytanu-6-aluminium-4-wanadu ELI (o bardzo niskiej grubości międzywęzłowej) do zastosowań w implantach chirurgicznych
- ASTM B 338: Standardowa specyfikacja dla bezszwowych i spawanych rur z tytanu i stopu tytanu do skraplaczy i wymienników ciepła
- ASTM B 337: Specyfikacja bezszwowej i spawanej rury z tytanu i stopu tytanu
- ASTM F2885-11: Standardowa specyfikacja dla metalowych elementów formowanych wtryskowo z tytanu-6 aluminium-4 wanadu do zastosowań w implantach chirurgicznych
instrukcje bezpieczeństwa
Tytan jest łatwopalny w postaci proszku i kompaktowo nieszkodliwy. Większość soli tytanu uważana jest za nieszkodliwą. Niespójne związki, takie jak trichlorek tytanu, są silnie korozyjne, ponieważ tworzą kwas solny ze śladowymi ilościami wody.
Tetrachlorek tytanu jest używany w granatach dymnych ; reaguje z wilgocią z powietrza i tworzy biały dym z dwutlenku tytanu oraz mgiełkę kwasu solnego.
Biologiczne wady tytanu w ludzkim ciele są obecnie nieznane. W przeciwieństwie do stali nierdzewnej, która zawiera nikiel, stawy biodrowe czy implanty żuchwy wykonane wcześniej z tytanu nie wywoływały alergii.
spinki do mankietów
Podczas gdy metaliczny tytan jest zarezerwowany tylko dla wymagających zastosowań technicznych ze względu na wysokie koszty produkcji , stosunkowo niedrogi i nietoksyczny barwny pigment, dwutlenek tytanu, stał się towarzyszem codziennego życia. Praktycznie wszystkie obecnie białe tworzywa sztuczne i farby, a także barwniki spożywcze zawierają dwutlenek tytanu (można go znaleźć w żywności jako E 171 ). Ale związki tytanu są również wykorzystywane w elektrotechnice i technologii materiałowej , a ostatnio w produkcji wysokowydajnych akumulatorów do napędu pojazdów ( akumulatory z tytanianu litu ).
Tlenki
Najważniejszym tlenkiem tytanu jest tlenek tytanu (IV) (TiO 2 ), który występuje w trzech ważnych polimorfach : anatazie , brukicie i rutylu . Przyjmują struktury polimerowe , w których tytan otoczony jest sześcioma ligandami tlenkowymi . Znanych jest wiele zredukowanych tlenków ( podtlenków ) tytanu, głównie zredukowane stechiometrie tlenku tytanu (IV) uzyskane przez natryskiwanie plazmą atmosferyczną . Ti 3 O 5 to purpurowo-czerwony półprzewodnik, który jest wytwarzany przez redukcję tlenku tytanu (IV) wodorem w wysokich temperaturach i jest stosowany przemysłowo, gdy powierzchnie muszą być odparowane tlenkiem tytanu (IV) : odparowuje jako czysty tytan (II) tlenek , natomiast tlenek tytanu (IV) odparowuje jako mieszanina tlenków i osadów powłok o zmiennym współczynniku załamania światła . Znany jest również tlenek tytanu (III) o strukturze korundu oraz tlenek tytanu (II) o strukturze chlorku sodu .
siarczki
Siarczek tytanu (IV) tworzy kryształy, które mają strukturę warstwową , a mianowicie strukturę jodku kadmu . Może być stosowany jako materiał elektrodowy w bateriach litowych lub akumulatorach litowo-jonowych , przy czym zaletą jest niska masa atomowa tytanu.
Tytany
Jako materiał ceramiczny stosuje się tytaniany . Wiele, na przykład Tytanian ołowiu , ołowiu cyrkonianu-tytanianu , tytanian baru i strontu, tytanian , tworzą kryształy jonów z perowskitu struktury grupą przestrzenną Pm 3 m (grupa przestrzeń NO. 221) z ferroelektrycznych właściwości. Tytanian baru ma właściwości piezoelektryczne i jest używany jako przetwornik w konwersji dźwięku i elektryczności . Jako kwas Lewisa ortotytanian tetraizopropylowy jest ważnym katalizatorem do estryfikacji i reakcji transestryfikacji i Sharpless epoxidations i materiał wyjściowy dla ultra-cienkie tytanu (IV) warstw i nanocząstek .
Halogenki
W zależności od stopnia utlenienia tytan tworzy różne typy halogenków . Chlorek tytanu (IV) jest bezbarwną lotną cieczą, która hydrolizuje w powietrzu ze spektakularną emisją białych chmur. W procesie Kroll powstaje, gdy rudy tytanu są przekształcane w tlenek tytanu (IV) . Jest używany jako kwas Lewisa w chemii organicznej , na przykład w reakcji aldolowej Mukaiyamy . Gdy pręt roboczy kryształ jest tytanu (IV), jodek wytwarza się przez produkcję wysokiej czystości metalu tytanu.
Tytanu (III), fluorek , tytan (III) , tytanu (III), bromek i tytanu (III), jodek utworzenia różnych struktur krystalicznych . Chlorek tytanu(III) występuje w czterech różnych strukturach, które mają różne właściwości chemiczne .
Tytan (II) , tytan (II), bromek i tytan (II), jodek są krystaliczne substancje stałe i mają trójkątny struktury krystalicznej kadmu (II), jodek typu ( polytype 2H), z grupą przestrzenną P 3 m 1 (grupy przestrzeń przestaje 164) .
Inne związki nieorganiczne
Azotek tytanu tworzy złocistożółte kryształy . Węglik tytanu to szary proszek. Oba mają podobne właściwości: tworzą sieć sześcienną , są niezwykle twarde , mają wysoką stabilność termodynamiczną , wysoką przewodność cieplną i elektryczną oraz bardzo wysoką temperaturę topnienia i wrzenia . Borek tytanu jest używany razem z azotkiem boru jako materiał do łodzi odparowujących. W mniejszym stopniu jest stosowany jako materiał testowy dla katody z aluminiowej skondensowany z elektrolizy wypływają komórek i jako materiału opancerzenia i jako substytut dla pyłu diamentowego i powłok . Poprzez wprowadzenie cząstek borku tytanu do aluminium można poprawić właściwości aluminium.
Siarczan tytanylu jest stosowany jako odczynnik do wykrywania nadtlenku wodoru i tytanu, ponieważ w jego obecności powstaje intensywny pomarańczowo-żółty jon peroksoitanylu (TiO 2 ) 2+ . Ten dowód jest bardzo czuły i można już wykryć ślady nadtlenku wodoru. Jest również wytwarzany jako półprodukt w procesie siarczanowym do produkcji tlenku tytanu(IV) .
Diwodorek tytanu to proszek o metalicznym połysku w czystej postaci . W przeciwnym razie jest jasnoszara i może mieć zabarwioną na niebiesko lub żółto powierzchnię śladami tlenu lub azotu . Stosowany jest jako środek spieniający przy produkcji pianek metalowych. Jest on mieszany z proszku metalowego i mieszaninę następnie ogrzewa się prawie do temperatury topnienia z metalu . Tytan, dwuwodorek uwalnia wodór pęcherzyków, który tworzy metalową piany.
Kompleksy metaloorganiczne
Dichlorek tytanocenu o półstrukturalnym wzorze [Ti (Cp) 2 Cl 2 ] lub też [Ti (C 5 H 5 ) 2 Cl 2 ] jest metalocenem tytanu, czyli związkiem metaloorganicznym o aromatycznych układach pierścieniowych . Można go otrzymać z chlorku tytanu (IV) i cyklopentadienu .
literatura
- Gerd Lütjering, James C. Williams: Tytan. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-71397-5 .
linki internetowe
- Atlas minerałów: Tytan (Wiki)
- Krystaliczny tytan jako obrazek w kolekcji pierwiastków Heinricha Pnioka
Indywidualne dowody
- ↑ a b Harry H. Spoiwo: Leksykon pierwiastków chemicznych. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 .
- ↑ Wartości właściwości (pole informacyjne) są pobierane z webelements.com (tytan) , chyba że zaznaczono inaczej .
- ↑ CIAAW, Standardowe Wagi Atomowe Zaktualizowane 2013 .
- ↑ a b c d e wpis dotyczący tytanu w Kramidzie, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. i NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (wersja 5.7.1) . Wyd.: NIST , Gaithersburg, MD. doi : 10.18434 / T4W30F ( https://physics.nist.gov/asd ). Źródło 11 czerwca 2020 r.
- ↑ a b c d e wpis dotyczący tytanu w WebElements, https://www.webelements.com , dostęp 11 czerwca 2020 r.
- ^ NN Greenwood, A. Earnshaw: Chemia pierwiastków. Wydanie I. 1988, ISBN 3-527-26169-9 , s. 1231.
- ↑ Robert C. Weast (red.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9 , s. E-129 do E-145. Wartości tam podane są w g/mol i podane w jednostkach cgs. Podana tutaj wartość to obliczona z niej wartość SI, bez jednostki miary.
- ↑ a b Yiming Zhang, Julian RG Evans, Shoufeng Yang: Poprawione wartości punktów wrzenia i entalpii parowania pierwiastków w podręcznikach. W: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, s. 328-337, doi: 10.1021/je1011086 .
- ↑ David R. Lide: CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press, 1998, ISBN 0-8493-0479-2 .
- ↑ a b der-wirtschaftsingenieur.de: Moduł sprężystości (moduł sprężystości) , dostęp 29 maja 2013 r.
- ↑ a b c wpisu na tytanie, proszek na bazie substancji GESTIS z tej IFA , dostępnym w dniu 30 kwietnia 2017 r. (wymagany JavaScript)
- ↑ a b c Alexander Stirn: Od silnika do kampanili . W: Süddeutsche Zeitung . 25 kwietnia 2009, s. 22.
- ↑ Patent US2205854 : Sposób wytwarzania tytanu. Zarejestrowany 6 lipca 1938 r. , wynalazca: Wilhelm Kroll.
- ↑ David R. Lide (red.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . Wydanie 90. (wersja internetowa: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Geofizyka, Astronomia i Akustyka; Obfitość pierwiastków w skorupie ziemskiej i morzu, s. 14-18.
- ↑ latina-press.com: Ogromne złoża tytanu odkryte w Paragwaju , 8 listopada 2010 r.
- ↑ Dane NASA wskazują na bogate złoża tytanu na księżycu derstandard.at
- ↑ Naukowcy chwalą Księżyc jako dostawcę surowców welt.de, dostęp 10 października 2011 r.
- ↑ Produkcja Titana na całym świecie (wybór) W: Microsoft Encarta .
- ^ Tytan, stopy tytanu i związki tytanu . Encyklopedia Chemii Przemysłowej Ullmanna, doi : 10.1002 / 14356007.a27_095 .
- ^ Bargel: Materiałoznawstwo , wydanie 11, s. 343.
- ↑ Haberhauer: Maschinenelelemente 17 wydanie, s. 625.
- ↑ Holzmann: Wytrzymałość materiałów , wydanie 10., s. 69.
- ↑ Przetwórstwo materiałów tytanowych, część 1 form-technik.biz, lipiec 2014, dostęp 5 grudnia 2019.
- ↑ Materiał tytan: przetwarzanie gustoc.de, dostęp 5 grudnia 2019 r.
- ↑ Właściwości fizyczne tytanu na webelements.com.
- ↑ Specyfikacja taśmy, blachy i płyty z tytanu i stopu tytanu . ASTM International, doi : 10.1520 / b0265-15 ( astm.org [dostęp 17 sierpnia 2018]).
- ^ Technologia spawania tytanu: Obróbka spawalnicza materiałów tytanowych. (PDF; 595 kB).
- ↑ Dane firmy Keller & Kalmbach.
- ↑ Karta danych materiałowych Ti-6Al-4V (PDF; 20 kB).
- ↑ Bernhard Ilschner , Robert F. Singer : Materiałoznawstwo i technologia wytwarzania , wydanie poprawione, 2010, Springer, s. 456.
- ↑ Leibniz Institute for Material-Oriented Technologies: Wykład „Materiały w lekkiej konstrukcji II, część 3” , dostęp 20 sierpnia 2018
- ↑ Kosmos: Abgespact: Peak Technology opracowuje zbiorniki satelitarne dla ESA factorynet.at, Peak Technology, peaktechnology.at, dostęp 5 grudnia 2019 r.
- ↑ Jander, Blasius: Chemia nieorganiczna . Wyd.: Eberhard Schweda. 17., całkowicie poprawione wydanie. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2011, ISBN 978-3-7776-2134-0 , s. 369 .
- ↑ Eberhard Gerdes: Jakościowa analiza nieorganiczna . Wydanie drugie, poprawione i poprawione. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg, s. 255 .
- ↑ Antonio Bonardi, Gerd Pühlhofer, Stephan Hermanutz, Andrea Santangelo: Nowe rozwiązanie do powlekania lustra w astronomii Czerenkowa $ γ $-ray . (Przesłany manuskrypt) W: Experimental Astronomy . 38, 2014, s. 1-9. arxiv : 1406.0622 . kod bibcode : 2014ExA .... 38 .... 1B . doi : 10.1007/s10686-014-9398-x .
- ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Podręcznik chemii nieorganicznej . 91. – 100., ulepszona i znacznie rozszerzona edycja. Walter de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3 , s. 1065.
- ↑ Ferroelektryk
- ^ Richard W. Johnson: Podręcznik dynamiki płynów . Springer, 1998, ISBN 978-3-540-64612-9 , s. 38-21.
- ^ Robert M. Coates, Leo A. Paquette: Podręcznik odczynników do syntezy organicznej . John Wiley and Sons, 2000, ISBN 978-0-470-85625-3 , s. 93.
- ↑ JD Fast: Przygotowanie czystych jodków tytanu. W: Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas. 58, 1939, s. 174-180, doi : 10.1002 / recl.19390580209 .
- ↑ Naresh Saha: Chemia utleniania azotku tytanu: badanie rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów . W: Journal of Applied Physics . nr 7, nr 7, s. 3072-3079. kod bibcode : 1992JAP .... 72.3072S . doi : 10.1063/1.351465 .
- ↑ Karta katalogowa dichlorku bis(cyklopentadienylo)tytanu(IV) firmy Sigma-Aldrich , dostęp 24 kwietnia 2011 ( PDF ).