Titanium - logam. Sifat titanium. Gunakan titanium. Kelas dan komposisi kimia dari titanium

Kekal, misterius, ruang, material masa depan - semua ini dan banyak julukan lainnya ditugaskan untuk berbagai sumber titanium. Sejarah penemuan logam ini tidak sepele: pada saat yang sama atas unsur rilis dalam bentuk murni bekerja beberapa ilmuwan. Proses mempelajari sifat fisik dan kimia dan definisi dari penerapannya belum selesai hari ini. Titanium - logam dari masa depan dan tempatnya dalam kehidupan manusia belum sepenuhnya didefinisikan, memberikan peneliti yang modern lingkup besar untuk kreativitas dan penelitian ilmiah.

ciri

unsur kimia titanium (Titanium) ditetapkan dalam simbol Tabel Periodik D. I. Mendeleeva Ti. Terletak di kelompok IV sisi subkelompok periode keempat, dan memiliki nomor seri 22. Sebuah substansi sederhana dari titanium - putih logam dan perak, ringan dan tahan lama. Konfigurasi elektronik atom memiliki struktur sebagai berikut: 22) 2) 8) 10) 2 , 1S 2S ^{2 2} 3S ^{2 6} 2P 3P 3d ^{6 2 2} 4S. Akibatnya, titanium memiliki beberapa oksidasi mungkin 2, 3, 4, dalam senyawa yang paling stabil, itu adalah tetravalen.

Titanium - paduan atau logam?

Pertanyaan ini menarik untuk banyak. Pada tahun 1910, kimiawan Amerika Hunter adalah titanium murni pertama. Logam ini hanya berisi 1% dari kotoran, tapi jumlahnya diabaikan dan terbukti tidak memberikan kemungkinan penyelidikan lebih lanjut dari sifat-sifatnya. Daktilitas bahan ini dicapai tolkopod suhu tinggi, dalam kondisi normal (suhu kamar), sampel itu terlalu rapuh. Bahkan, item ini tidak ilmuwan tertarik karena prospek penggunaannya tampak terlalu tidak pasti. Kompleksitas memperoleh dan menyelidiki lebih lanjut mengurangi potensi penerapannya. Hanya pada tahun 1925, ahli kimia dari Belanda J. de Boer dan A. van Arkel menerima logam titanium, sifat-sifat yang telah menarik perhatian insinyur dan desainer di seluruh dunia. Sejarah studi elemen ini dimulai dengan 1790, itu saat ini secara paralel, secara independen satu sama lain, dua ilmuwan menemukan titanium sebagai unsur kimia. Masing-masing menerima senyawa (oksida) agen, gagal untuk memulihkan logam dalam bentuk murni. Titanium dianggap sebagai pelopor dari bahasa Inggris biksu tentang mineral William Gregor. Di wilayah parokinya, terletak di bagian barat daya Inggris, seorang ilmuwan muda mulai belajar pasir hitam Menakena Loire. Hasil percobaan dengan magnet telah alokasi butir mengkilap, yang merupakan senyawa titanium. Pada saat yang sama kimiawan Jerman Martin Heinrich Klaproth mengidentifikasi zat baru dari rutil mineral. Pada 1797, ia juga membuktikan bahwa sejajar dengan elemen terbuka serupa. Titanium dioksida lebih dari satu abad adalah misteri bagi banyak ahli kimia untuk mendapatkan logam murni tidak mungkin bahkan untuk Berzelius. teknologi terbaru dari abad XX sangat mempercepat proses pembelajaran unsur kata dan menentukan arah awal penggunaannya. Dalam lingkup ini terus berkembang. Membatasi ruang lingkup hanya dapat kompleksitas proses mendapatkan zat seperti titanium murni. Harga dan logam paduan yaitu agak tinggi, sehingga bisa tidak menggusur tradisional besi dan aluminium untuk tanggal.

Asal usul nama

Menakin - nama pertama titanium, yang digunakan sampai 1795. Itu benar, menurut afiliasi teritorial, disebut unsur baru W. Gregor. Martin Klaproth memberikan elemen pada 1797 dengan nama "Titan". Pada saat ini, rekan Perancisnya, dipimpin oleh cukup berpengaruh kimiawan A. L. Lavuaze menawarkan untuk memanggil substansi yang baru ditemukan sesuai dengan sifat dasar mereka. ilmuwan Jerman tidak setuju dengan pendekatan ini, ia benar berpikir bahwa fase penemuan ini cukup sulit untuk mengidentifikasi semua karakteristik yang melekat dalam suatu zat, dan untuk mencerminkan mereka dalam judul. Namun, kita harus mengakui bahwa yang dipilih pengguna jangka Klaproth sepenuhnya sesuai dengan logam - itu berulang kali menekankan para ilmuwan modern. Ada dua teori utama dari nama Titan. Logam dapat ditunjuk untuk menghormati Ratu Titania elf (Character mitologi Jermanik). Nama ini melambangkan baik ringan dan agen kekuatan. Kebanyakan ilmuwan cenderung penggunaan mitologi Yunani, di mana Titans disebut anak-anak dewi bumi perkasa Gaia. Versi ini mengatakan nama elemen sebelumnya terbuka - uranium.

Berada di alam

Dari logam, yang dalam istilah teknis nilai bagi seseorang, titanium menempati urutan keempat pada sejauh mana kerak bumi. Sebagian besar di alam yang ditandai hanya besi, magnesium dan aluminium. Kebanyakan konten titanium dicatat dalam basalt shell sedikit lebih kecil di lapisan granit. Dalam air laut, kandungan zat rendah - sekitar 0,001 mg / l. unsur kimia titanium sangat aktif, sehingga dalam bentuk murni tidak mungkin untuk bertemu. Dalam kebanyakan kasus, itu hadir dalam senyawa dengan oksigen, dan memiliki valensi empat. Jumlah mineral titaniferous bervariasi 63-75 (dari berbagai sumber), sementara pada tahap sekarang penelitian, para ilmuwan terus menemukan bentuk-bentuk baru dari senyawa. Untuk penggunaan praktis, yang paling penting adalah mineral berikut:

1. Ilmenit (FeTiO _3).
2. Rutil (TiO _2).
3. Titanite (CaTiSiO _5).
4. Perovskit (CaTiO _3).
5. Titanomagnetit (FeTiO ₃ + Fe ₃ O ₄₎ dan t. D.

Semua bijih titaniferous yang ada dibagi menjadi dasar dan placer. Elemen ini lemah migran, hanya dapat melakukan perjalanan dalam batu calving atau batu bergerak bawah lumpur. Dalam biosfer, jumlah terbesar dari titanium yang terkandung dalam alga. Para wakil dari unsur fauna terestrial terakumulasi dalam jaringan tanduk, rambut. Untuk karakteristik tubuh manusia dari titanium hadir dalam limpa, kelenjar adrenal, plasenta, kelenjar tiroid.

sifat fisik

Titanium - logam besi berwarna perak-putih, menyerupai baja. Pada suhu 0 ⁰ C kerapatan 4,517 g / cm ^3. Zat ini memiliki massa termal rendah, yang merupakan karakteristik dari logam alkali (kadmium, natrium, lithium, cesium). Kepadatan titanium menempati sebuah posisi perantara antara besi dan aluminium, sedangkan kinerjanya lebih tinggi dari kedua elemen. Sifat utama dari logam, yang dianggap dalam menentukan ruang lingkup aplikasinya adalah kekuatan luluh dan kekerasan. aluminium titanium lebih kuat dengan 12 kali, besi dan tembaga - 4 kali, sementara itu jauh lebih mudah. Plastisitas zat murni dan sejauh mana kekuatannya memungkinkan pengolahan sebesar nilai suhu tinggi dan rendah, seperti halnya dengan logam lain, yaitu. E. Dengan memukau, penempaan, pengelasan, rolling. Karakteristik yang membedakan dari titanium - konduktivitas panas rendah dan, dengan demikian, sifat ini dipertahankan pada suhu tinggi hingga 500 ⁰ C. Dalam medan magnet adalah paramagnetik titanium elemen, tidak tertarik seperti besi, dan tidak dikeluarkan sebagai tembaga. Sangat tinggi kinerja anti-korosi dalam lingkungan yang keras dan efek mekanis yang unik. Lebih dari 10 tahun berada di air laut tidak mengubah tampilan dan komposisi dari pelat titanium. Besi, dalam hal ini akan dihancurkan oleh korosi sepenuhnya.

sifat termodinamika titanium

1. Density (pada kondisi normal) adalah 4,54 g / cm ^3.
2. nomor atom - 22.
3. Metals Group - sebuah tahan api, cahaya.
4. Berat atom titanium - 47,0.
5. Titik didih ^{(0 °} C) - 3260.
6. Molar Volume cm ³ / mol - 10,6.
7. Titik leleh titanium ⁽⁰ C) - 1668.
8. panas spesifik penguapan (kJ / mol) - 422,6.
9. Resistivitas (pada 20 ⁰ C) ohm * cm * 10 ^-6 - 45.

sifat kimia

Peningkatan unsur ketahanan korosi karena pembentukan pada permukaan film oksida kecil. Ini mencegah (dalam kondisi normal), reaksi kimia dengan gas (oksigen, hidrogen), yang terletak di atmosfer sekitarnya unsur seperti logam titanium. sifat-sifatnya berubah di bawah pengaruh suhu. Ketika diangkat ke 600 ⁰ C, reaksi antara oksigen, mengakibatkan pembentukan titanium oksida _(TiO2). Dalam kasus penyerapan gas-gas atmosfer terbentuk senyawa rapuh yang tidak memiliki penggunaan praktis untuk ini pengelasan alasan dan mencairnya titanium yang dihasilkan dalam vakum. Adalah proses reaksi reversibel melarutkan hidrogen dalam logam, terjadi lebih aktif pada suhu yang lebih tinggi (400 ⁰ C dan di atas). Titanium, terutama partikel halus (pelat tipis atau kawat), dibakar dalam suasana nitrogen. Reaksi kimia antara hanya mungkin pada suhu 700 ⁰ C, sehingga membentuk nitrida TiN. Dengan berbagai bentuk paduan logam yang sangat keras sering unsur paduan. Reaksi dengan halogen (kromium, bromo, iodo) memasuki hanya ketika adanya katalis (suhu tinggi) dan tunduk pada interaksi dengan zat kering. Ini menghasilkan paduan tahan api sangat sulit. Dengan solusi yang paling asam dan titanium alkali kimia pengecualian aktif terkonsentrasi sulfat (berkepanjangan didih), fluorida, panas organik (asam format, asam oksalat).

deposito

Bijih ilmenit paling umum terjadi secara alami - cadangan diperkirakan 800 juta ton. Deposito deposito rutil jauh lebih sederhana, tapi total volume - sambil mempertahankan pertumbuhan produksi - harus menyediakan kemanusiaan untuk 120 tahun ke depan, logam seperti titanium. Harga produk akhir akan tergantung pada permintaan dan meningkatkan kemampuan kerja produksi, tetapi rata-rata berkisar 1200-1800 rubel. / Kg. Dengan perbaikan teknis terus menerus secara signifikan mengurangi biaya dari semua proses produksi di upgrade tepat waktu mereka. Terbesar cadangan dari titanium bijih Memiliki China dan Rusia, dan mineral sumber daya dasar adalah Jepang, Afrika Selatan, Australia, Kazakhstan, India, Korea Selatan, Ukraina, Ceylon. Deposit volume produksi yang berbeda dan persentase titanium dalam bijih, survei geologi terus menerus, yang memungkinkan untuk mengasumsikan penurunan nilai pasar dari logam dan aplikasi yang lebih luas. Rusia sejauh ini merupakan produsen terbesar dari titanium.

penerimaan

Untuk produksi titanium dioksida, hal ini paling sering digunakan, mengandung jumlah minimum kotoran. Hal ini diperoleh dengan memperkaya ilmenit atau bijih rutil konsentrat. The busur listrik perlakuan panas tungku terjadi bijih, yang disertai dengan pembentukan besi dan pemisahan terak yang mengandung titanium oksida. Sulfat atau klorida metode yang digunakan untuk pengolahan fraksi bebas dari besi. Titanium oksida adalah bubuk abu-abu (lihat. Foto itu). logam titanium diperoleh dengan pengobatan bertahap.

Tahap pertama adalah proses terak sintering dengan paparan kokas dan klorin uap. TiCl ₄ yang berkurang akibat magnesium atau natrium ketika mengalami suhu 850 ⁰ C. Titanium spons (massa menyatu berpori) diperoleh dengan reaksi kimia, atau dimurnikan meleleh ke ingot. Tergantung pada penggunaan lebih lanjut dari tujuan, atau paduan logam terbentuk dalam bentuk murni (kotoran dihilangkan dengan pemanasan 1000 ⁰ C). Untuk produksi zat dengan metode yang digunakan sebagian kecil kotoran 0,01% iodida. Hal ini didasarkan pada proses penguapan titanium spons pra-perawatan dengan halogen, uap nya.

Bidang aplikasi

Titik leleh titanium cukup tinggi bahwa logam adalah keuntungan yang tak ternilai dari kemudahan penggunaan sebagai bahan struktural. Oleh karena itu, menemukan aplikasi terbesar dalam industri perkapalan, industri penerbangan, rudal manufaktur, pabrik kimia. Titanium sering digunakan sebagai dopan di berbagai paduan yang menunjukkan karakteristik peningkatan ketahanan panas dan kekerasan. Tinggi korosi perlawanan dan kemampuan untuk menahan paling agresif lingkungan make ini logam yaitu sangat diperlukan untuk kimia industri. Titanium (paduan) yang dibuat jaringan pipa, tangki, katup, filter, digunakan untuk distilasi dan transportasi asam dan zat kimia aktif lainnya. Dia menuntut saat membuat perangkat beroperasi pada kinerja suhu tinggi. Senyawa-senyawa titanium yang digunakan untuk membuat alat pemotong tahan lama, cat, plastik dan kertas, instrumen bedah, implan, perhiasan, bahan dekoratif, digunakan dalam industri makanan. Semua arah sulit untuk menjelaskan. obat modern untuk keamanan biologis penuh sering menggunakan logam titanium. Harga - ini adalah satu-satunya faktor yang mempengaruhi luasnya panjang penerapan elemen ini. Sepatutnya menegaskan titanium yang - bahan dari masa depan, belajar manusia yang akan memasuki tahap baru pembangunan.