Титан (элемент)

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
(перенаправлено с «Titan»)
Перейти к: навигация, поиск
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
 
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
IIа IIIб IVб VIб VIIб VIIIб IIб IIIа IVа VIа VIIа VIIIа
1
2
3
4
5
6
7

Ti

Титан (элемент)
Атомный номер:
22
Семейство:
Переходный металл
Группа:
IVб
Период:
4


Титан.PNG

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

История[править]

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

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

Происхождение названия[править]

Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи. Название элементу дал Мартин Клапрот, в соответствии со своими взглядами на химическую номенклатуру и в противоход французской химической школе, где элемент старались называть по его химическим свойствам. Поскольку немецкий исследователь сам отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду, он подобрал для него имя из мифологии, по аналогии с открытым им ранее ураном.

Нахождение в природе[править]

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

Получение[править]

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

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO2. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl4: TiO2 + 2C + 2Cl2 =TiCl4 + 2CO. Образующиеся пары TiCl4 при 850 °C восстанавливают Mg: TiCl4+ 2Mg = 2MgCl2+ Ti. Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Ильменитовые концентраты восстанавливают в электродуговых печах с последующим хлорированием возникающих титановых шлаков. Рaфинируют титан йодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl4. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электронно-лучевую или плазменную переработку.

Физические свойства[править]

Титан — легкий серебристо-белый металл. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок. При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

Химические свойства[править]

Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок горит на воздухе. Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H3PO4 и концентрированной H2SO4). Легко реагирует даже со слабыми с кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF6]2-. При нагревании на воздухе до 1200°C Ti загорается с образованием оксидных фаз переменного состава TiOx. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)2·xH2O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO2. Гидроксид TiO(OH)2·xH2O и диоксид TiO2 амфотерны. TiO2 взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na2CO3 или поташом K2CO3 оксид TiO2 образует титанат: TiO2+K2CO3=K2TiO3+CO2. При нагревании Ti взаимодействует с галогенами. Тетрахлорид титана TiCl4 при обычных условиях — желтоватая, сильно дымящая на воздухе жидкость, что объясняется сильным гидролизом TiCl4 содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана. Восстановлением TiCl4 водородом, Al, Si, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl3 и TiCl2 — твердые вещества с сильно восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br2 и I2. С N2 выше 400 °C титан образует нитрид TiNx(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с C образуется карбид титана TiCx (x=0,49-1,00). При нагревании Ti поглощает H2 с образованием соединения переменного состава TiHх (x=1,0). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H2. Титан образует сплавы со многими металлами.

Применение[править]

В виде сплавов[править]

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

В виде соединений[править]

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

Анализ рынков потребления[править]

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

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

Цены[править]

15-25 $ за килограмм, в зависимости от чистоты. Чистота и марка чернового титана (титановой губки) обычно определяется по степени её пластичности.

Титан в России[править]

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

Физиологическое действие[править]

См. также[править]

Ссылки[править]




Периодическая система элементов
1 H
Medeleeff by repin.jpg
He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
8 Uue Ubn Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh
  IIа IIIб IIIб: лантаноиды и актиноиды и Суперактиноиды IVб VIб VIIб VIIIб IIб IIIа IVа VIа VIIа VIIIа