Zašto se za titanijum kaže da je metal budućnosti?
Godine 1791, HW Gregor, britanski svećenik i entuzijasta mineralogije, prvi je otkrio crni magnetni pijesak (FeTiO3), miješani oksid titana i željeza, iz rude ilmenita. Shvatio je da bi mineral mogao sadržavati novi element. Godine 1795., njemački hemičar MH Klaproth je samostalno pripremio titanijum oksid iz mađarskog rutila i nazvao ga "titanijum" po divu "Titanu" rođenom od boga zemlje u grčkoj mitologiji. Tek 1910. godine američki hemičar MA Hunter zamenio je titanijum tetrahlorid metalnim natrijumom da bi dobio elementarni titanijum čistoće od 99,9%. Ovo je 29. element koji su ljudi otkrili, a njegov latinski naziv je ujedno i prvi. Drugo malo slovo čini simbol elementa Ti. Kineski naziv titanijum je novi fonetski znak koji je posebno kreirala moja zemlja na osnovu transliteracije njegovog latinskog imena.
fizičkih svojstava titanijuma
Atomski radijus (kovalentni radijus) titanijuma je 132pm, jonski radijus je 68pm (4), 76pm (2), atomska težina je 47.86, atomska zapremina je 10.65cm3 /mol, gustina je 4,507g/cm3, tvrdoća je 4,0 stepeni, a tačka topljenja je 1660 stepeni, tačka ključanja 3287 stepeni. Metalni titanijum je srebrnobeo, a njegov tip kristalne strukture je metalni kristal i heksagonalni kristalni sistem. Izgleda kao čelik, ima najveću specifičnu čvrstoću, otporan je na niske i visoke temperature, može održati visoku čvrstoću u rasponu od -250 stepeni do 500 stepeni, a također je otporan na habanje. Čisti metal ima dobru duktilnost i plastičnost i može se utisnuti u ploče i žice. Međutim, kada su prisutne nečistoće, postaje tvrda i krhka. Mehanička čvrstoća titanijuma je veoma visoka, 3 puta veća od aluminijuma i 6 puta veća od magnezijuma, i gotovo da nema zamora metala. Nakon što je metal titanijuma podvrgnut mehaničkim vibracijama ili električnim vibracijama, njegova vlastita vibracija ima najduže vrijeme prigušenja u poređenju sa čelikom, bakrom i drugim metalima ili legurama. Ima dobru električnu provodljivost i svojstva prijenosa topline, nemagnetna je, ali može postati superprovodnik na niskoj temperaturi od -272.74 stepena. Tečni titanijum otapa skoro sve metale i može da formira legure sa mnogim metalima.
Hemijska svojstva titanijuma
Konfiguracija valentnih elektrona titanijuma je 3d24s2, elektronegativnost 1,5, afinitet prvog elektrona 37,7kJ/mol, prva energija jonizacije 659kJ/mol, standardni potencijal elektrode -0.86V, oksidacioni broj 4, 3, 2 , 0, -1. Uobičajena valentna stanja 3 i 4 Na sobnoj temperaturi, titan je relativno stabilan u vazduhu i vodi, ne stupa u interakciju sa kiseonikom i halogenima i ne korodira ga razblaženim kiselinama, razblaženim alkalijama i morskom vodom. Međutim, kada se temperatura poveća, hemijska aktivnost se brzo povećava. Kada je temperatura viša od 600 stepeni, može se direktno kombinovati sa raznim nemetalnim elementima kao što su kiseonik, azot, ugljenik, sumpor i halogen. Osim stvaranja običnih spojeva, mogu se formirati i jedinjenja za punjenje, posebno hlapljiva i lako hidrolizabilna jedinjenja sa hlorom.
Osim toga, titan je rastvorljiv u vrućoj koncentrovanoj hlorovodoničnoj kiselini, sumpornoj kiselini, fosfornoj kiselini i fluorovodičnoj kiselini da formira soli titana. Općenito govoreći, što je veća koncentracija kiseline, to je brža brzina rastvaranja. Četiri vruće koncentrovane otopine organske kiseline također mogu korodirati metal titanijuma. To su oksalna kiselina, mravlja kiselina, trihlorosirćetna kiselina i trifluorosirćetna kiselina. Titanijum takođe može da korodira aluminijum trihlorid. Korozivni učinak gornjih spojeva na titan je uglavnom zbog njihove sposobnosti da korodiraju izuzetno fini oksidni film na površini titanijuma. Inertnost titanijuma je posledica zaštitnog efekta ovog oksidnog filma. Dodavanje dušične kiseline i drugih oksidansa u korozivnu otopinu općenito može usporiti njihovu koroziju titana, jer oksidansi mogu regenerirati oksidni film i pasivizirati površinu titana. Titanijum u prahu je veoma reaktivan i može sagoreti u vazduhu.
Ekstrakcija titana
Metalni titanijum ima jak afinitet sa kiseonikom, azotom i vodonikom na visokim temperaturama, tako da se titanijum ne može direktno ekstrahovati iz njegovih oksida putem redukcionih reakcija. Ekstrakcija titanijuma iz rude domaćina zahteva Kroll ili Hunter proces. Jednačina reakcije je sljedeća:
(1000 stepeni vakuum destilacija za uklanjanje Mg i MgCl2, ingot za topljenje luka)
Postoje četiri glavna koraka u preradi metala titanijuma:
Vratiti rudu titana u "spužvu" (prozračni oblik);
Da biste napravili ingote, istopite tijelo sunđera (ili dodajte međuleguru u tijelo sunđera) kako biste formirali ingot;
Preliminarna proizvodnja, pretvaranje čeličnih ingota u opće mehaničke proizvode kao što su gredice, šipke, ploče, limovi, trake i cijevi;
Prerada, proizvodnja, dubinska obrada i oblikovanje mehaničkih proizvoda.
glavne upotrebe titanijuma
①Ratni brodovi i podmornice napravljene od titanijuma su nemagnetne i neće biti otkrivene i praćene magnetnim minama. Oni su u stanju da izdrže dubok pritisak vode i mogu ploviti do dubine od 4.500 metara koju obične podmornice ne mogu dosegnuti.
②Upotrebom žilavosti, elastičnosti i otpornosti na koroziju legure titanijum čelika, mogu se napraviti trupovi brodova i podmornica, a visoka specifična čvrstoća i otpornost na visoke temperature legure titanijum čelika (još uvek imaju veliku čvrstoću na 550 stepeni visoke temperature) mogu se koristiti za izgradnju aviona. , tenkovi, rakete, sateliti i svemirske letjelice. Procjenjuje se da je za proizvodnju Boeinga 777 potrebno 59 tona titanijuma, za proizvodnju Boeinga 747 potrebno je 44 tone titanijuma, a za proizvodnju Boeinga 737 potrebno je 18 tona titanijuma.
③ Koristeći karakteristike legure gvožđa i titanijuma za apsorpciju vodonika na sobnoj temperaturi i oslobađanje vodonika na visokoj temperaturi, može se koristiti kao malo skladište vodonika za lak pristup. Osim toga, može se koristiti kao prijemnik u proizvodnji elektronskih cijevi i slikovnih cijevi, izvor vodika u proizvodnji pjenastih metala i kao brtva za metalurgiju praha i kermete.
④Najbolja legura za pamćenje oblika napravljena od jednakih dijelova titana i nikla ima snažan kapacitet memorije oblika, dobru sposobnost oporavka i dug vijek trajanja memorije. Obično se koristi u antenama svemirskih letjelica i komponentama za povezivanje cijevi. Također se koristi u proizvodnji medicinske opreme, električne opreme, manipulatora i robota, kao i u ortopedskim tretmanima i medicinskoj ortopediji.
⑤ Piezoelektrična keramika izrađena od barij titanata, olovnog titanata, olovnog prazeodimijum titanata i drugih materijala ne samo da može pretvoriti mehaničku energiju u električnu energiju, već se također koristi u piezoelektričnim upaljačima, mobilnim izvorima napajanja rendgenskim zrakama i uređajima za detonaciju artiljerije; oni također mogu pretvoriti mehaničku energiju u električnu energiju. Električna energija se pretvara u ultrazvučne vibracije, koje se koriste za istraživanje podvodnih riba, ultrazvučno čišćenje, ultrazvučno medicinsko i nedestruktivno ispitivanje metala. Također se široko koristi u opremi za automatizaciju.
⑥Titanijum se naziva "biofilni metal". Netoksičan je i otporan na koroziju ljudskim izlučevinama. Dobro se slaže s kožom tijela, mišićima, mišićima i kostima. Iako je strano tijelo, ne izaziva imunološki odgovor i često se koristi kao vještački metal u medicini. Za skeletnu upotrebu, tečni titanijum se takođe može koristiti za popravku oštećene kosti.
⑦Čisti titanijum dioksid je odličan pigment koji je poznat kao "titanijum bela", a fotokatalizator od titanijum dioksida je aktivni materijal na nanorazmeri. Nanosi se na površinu podloge i suši kako bi se formirao tanak film, koji pod dejstvom svetlosti proizvodi snažan katalitički efekat. Funkcija degradacije može efikasno razgraditi toksične i štetne gasove u vazduhu.
