Вход
Регистрация Зарегистрируйтесь, чтобы получить расширенные возможности...

Титан (химический элемент)

Тита́н (лат. Titanium, по имени исполинов греческой мифологии — титанов), Ti (читается «титан»), химический элемент с атомным номером 22, атомная масса 47,88. Расположен в группе IVB, в 4 периоде периодической системы элементов. Природный титан состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами 46 (7,95%), 47 (7,75%), 48 (73,45%), 49 (5,51%) и 50 (5,34%). Конфигурация внешнего и предвнешнего электронных слоев 3s2p6d24s2. Степени окисления +4, +3, +2 (валентность IV,III, II). Радиус атома 0,149 нм, радиус иона Ti4+ 0,065 нм (координационное число 6) и 0,088 нм (8) и 0,098 нм (8), радиус иона Ti3+ 0,081 нм (6) и радиус иона Ti2+0,100 нм (6). Энергии последовательной ионизации 6,820, 13,58, 27,48, 43,25 и 99,3 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1,5. Сродство к электрону 0,39 эВ.
Открытие TiO 2 сделали одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор (1789), который обнаружил TiO2в минерале ильмените, и берлинский химик Клапрот (1795-1797) — в минерале рутил. Название для элемента предложил Клапрот. Первый образец металлического титана получил в 1825 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 иодида титана TiI4.
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 CaTiO3и титанит (сфен) CaTiOSiO4. Различают коренные руды титана — ильментит-титано-магнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-циркониевые.
Редактировать

Получение

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 TiCl4при 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 иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl4. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.
Редактировать

Физические и химические свойства

Титан — серебристо-белый металл. Существует в двух модификациях. Ниже 883°C устойчива гексагональная α-модификация, a = 0,2951 нм, c = 0,4697 нм. Плотность 4,505 кг/дм3. Выше 883°C устойчива β-модификация с кубической объемно-центрированной решеткой, а = 0,3269 нм. Плотность (при 900°C) 4,32кг/дм3. Температура плавления 1671°C, кипения 3260°C. Тi пластичен, сваривается в инертной атмосфере.
При обычной температуре покрывается защитной пленкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек. Стандартный электродный потенциал пары Tio/Ti3+ -1,63 B, Ti3+/Ti4+ — 0,20 В. Ti устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей. Легко реагирует с плавиковой кислотой, HF, образуя комплексный анион [TiCl6]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+CO2При 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 TiCl4водородом, Al, Si (другими сильными восстановителями) получен трихлорид и дихлорид титана (TiCl3, TiCl2) — твердые вещества с сильно-восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с бромом и иодом.
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 (х=1,0). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H2. Тi образует сплавы со многими металлами.
Большая часть производимого Ti используется для изготовления сплавов с алюминием, ванадием, молибденом, марганцем, хромом и другими металлами, коррозионно-стойких покрытий. Диоксид TiO2 применяется при изготовлении титановых белил. Гидрид и дисульфид TiS2,титана находят применение при создании источников тока.
Редактировать

Дополнительная литература

  • Горощенко Я. Г. Химия титана. 1970-1972.
  • Лучинский Г. П. Химия титана. 1971.
  • Титан: Свойства, сырьевая база, физико-химические основы и способы получения. М., 1983.
  • Юшков В. В. Химия и экология 3d-элементов. - Екатеринбург: УрО РАН, 2004.
  • Титан в химической промышленности. - М.: НИИТЭхим, 1981.
  • Химия поверхности раздела титан-газ: эксперимент и теория. - Екатеринбург: Ин-т химии твердого тела УрО РАН, 1999.
  • Блинов В. А. Титан: Справочник. - М.: Геоинформмарк, 1998.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика