Ti металл или неметалл
Обновлено: 03.05.2024
Тита́н (лат. Titanium ; обозначается символом Ti) — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22. Простое вещество титан (CAS-номер: 7440-32-6) — лёгкий металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура полиморфного превращения α↔β 883 °C [1] . Температура плавления 1660±20 °C [2] .
Содержание
История
Открытие TiO2 сделали 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, 1791), выделил новую «землю» (оксид) 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 — оксиды 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 оксиды 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 Аркел и И. де Бур в 1925 году термическим разложением паров иодида титана TiI4.
Происхождение названия
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 в противовес 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.
Однако согласно другой версии, публиковавшейся [источник не указан 312 дней] в журнале «Техника-Молодежи» в конце 1980-х, новооткрытый металл обязан своим именем не могучим титанам из древнегреческих мифов, а Титании — королеве фей в германской мифологии (жена Оберона в шекспировском «Сне в летнюю ночь»). Такое название связано с необычайной «лёгкостью» (малой плотностью) металла.
Нахождение в природе
Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57 % по массе, в морской воде 0,001 мг/л [3] . В ультраосновных породах 300 г/т, в основных — 9 кг/т, в кислых 2,3 кг/т, в глинах и сланцах 4,5 кг/т. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al2O3. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит CaTiSiO5. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.
Месторождения
Месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Китая, Японии, Австралии, Индии, Цейлона, Бразилии, Южной Кореи, Казахстана [4] .
Запасы и добыча
На 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO2. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтверждённые запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49.7—52.7 млн т [5] . Таким образом, при нынешних темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более, чем на 150 лет.
Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений (Ярегское) находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн руды со средним содержанием диоксида титана около 10 % [6] .
Крупнейший в мире производитель титана — российская компания «ВСМПО-АВИСМА» [7] .
Получение
Брусок кристаллического титана (чистота 99,995 %, вес ≈283 г, длина ≈14 см, диаметр ≈25 мм), изготовленный на заводе «Уралредмет» иодидным методом ван Аркеля и де Бура
Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а не восстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.
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:
Образующиеся пары TiCl4 при 850 °C восстанавливают магнием:
Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl4. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.
Физические свойства
Титан — легкий серебристо-белый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (a=2,951 Å; с=4,679 Å [8] ; z=2; пространственная группа C6mmc), β-Ti с кубической объёмноцентрированной упаковкой (a=3,269 Å; z=2; пространственная группа Im3m), температура перехода α↔β 883 °C, ΔH перехода 3,8 кДж/моль. Точка плавления 1660±20 °C, точка кипения 3260 °C, плотность α-Ti и β-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/см³ [1] , атомная плотность 5,71·10 22 ат/см³ [источник не указан 1191 день] . Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Удельное сопротивление 0,42 мкОм·м при 20 °C
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 плёнкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).
Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.
Химические свойства
Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен [9] .
Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H3PO4 и концентрированной H2SO4).
Легко реагирует даже со слабыми 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 титанаты:
При нагревании Ti взаимодействует с галогенами. Тетрахлорид титана TiCl4 при обычных условиях — бесцветная жидкость, сильно дымящая на воздухе, что объясняется гидролизом TiCl4 содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.
Восстановлением TiCl4 водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl3 и TiCl2 — твёрдые вещества, обладающие сильными восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br2 и I2.
При нагревании Ti поглощает H2 с образованием соединения переменного состава TiHх (x=1,3 — 2). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H2. Титан образует сплавы со многими металлами.
Применение
Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 7 декабря 2012.
Неметаллы
Немета́ллы — химические элементы с типично неметаллическими свойствами, которые занимают правый верхний угол Периодической системы. Расположение их в главных подгруппах соответствующих периодов следующее:
| Группа | III | IV | V | VI | VII | VIII |
| 2-й период | B | C | N | O | F | Ne |
| 3-й период | Si | P | S | Cl | Ar | |
| 4-й период | As | Se | Br | Kr | ||
| 5-й период | Te | I | Xe | |||
| 6-й период | At | Rn |
Кроме того, к неметаллам относят также водород [источник?] и гелий.
Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. Это определяет их большую способность к присоединению дополнительных электронов, и проявлению более высокой окислительной активности, чем у металлов.
Неметаллы имеют высокие значения сродства к электрону, большую электроотрицательность и высокий окислительно-восстановительный потенциал.
Благодаря высоким значениям энергии ионизации неметаллов, их атомы могут образовывать ковалентные химические связи с атомами других неметаллов и амфотерных элементов. В отличие от преимущественно ионной природы строения соединений типичных металлов, простые неметаллические вещества, а также соединения неметаллов имеют ковалентную природу строения.
В свободном виде могут быть газообразные неметаллические простые вещества — фтор, хлор, кислород, азот, водород, инертные газы, твёрдые — иод, астат, сера, селен, теллур, фосфор, мышьяк, углерод, кремний, бор, при комнатной температуре в жидком состоянии существует бром.
У некоторых неметаллов наблюдается проявление аллотропии. Так, для газообразного кислорода характерны две аллотропных модификации — кислород (O2) и озон (O3), у твёрдого углерода множество форм — алмаз, астралены, графен, графан, графит, карбин, лонсдейлит, фуллерены, стеклоуглерод, диуглерод, углеродные наноструктуры (нанопена, наноконусы, нанотрубки, нановолокна) и аморфный углерод уже открыты, а ещё возможны и другие модификации, например, чаоит и металлический углерод.
В молекулярной форме в виде простых веществ в природе встречаются азот, кислород и сера. Чаще неметаллы находятся в химически связанном виде: это вода, минералы, горные породы, различные силикаты, фосфаты, бораты. По распространённости в земной коре неметаллы существенно различаются. Наиболее распространёнными являются кислород, кремний, водород; наиболее редкими — мышьяк, селен, иод.
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Неметаллы" в других словарях:
НЕМЕТАЛЛЫ — НЕМЕТАЛЛЫ, химические элементы, которые не обладают свойствами, характерными для металлов. Неметаллы как правило плохие проводники тепла и электричества (они обычно являются изоляторами тепла и электричества). К неметаллам относятся углерод,… … Научно-технический энциклопедический словарь
НЕМЕТАЛЛЫ — химические элементы, которые образуют простые тела, не обладающие свойствами, характерными для металлов. К неметаллам обычно относят 22 элемента: газы водород, азот, кислород, фтор, хлор и благородные газы; жидкость бром; твердые тела бор,… … Большой Энциклопедический словарь
НЕМЕТАЛЛЫ — хим. элементы, которые образуют в свободном состоянии простые вещества, не обладающие физ. и хим. свойствами (см.); устаревшее название металлоиды. К Н. принято относить 22 элемента Периодической системы элементов Д. И. Менделеева (см.): водород … Большая политехническая энциклопедия
неметаллы — химические элементы, которые образуют простые тела, не обладающие свойствами, характерными для металлов. К неметаллам обычно относят 22 элемента: газы водород, азот, кислород, фтор, хлор и благородные газы; жидкость бром; твёрдые тела бор,… … Энциклопедический словарь
Неметаллы — [nonmetals, metalloids] химические элементы, которые образуют простые тела, не обладающие характерными для металлов свойствами. К неметаллам относятся 22 элемента. Из них при комнатной температуре находятся в газообразном состоянии Н, N, О, F, Cl … Энциклопедический словарь по металлургии
Неметаллы — химические элементы, которые образуют простые тела, не обладающие свойствами, характерными для металлов (См. Металлы). Название Металлоиды, которое иногда применяют для Н., выходит из употребления. К Н. относятся 22 элемента. Из них при… … Большая советская энциклопедия
НЕМЕТАЛЛЫ — простые в ва, не обладающие св вами металлов. Хотя резкой границы между металлами и Н. провести нельзя, к Н. принято относить благородные газы, водород, галогены, кислород, халькогены, азот, фосфор, мышьяк, углерод, кремний и бор … Большой энциклопедический политехнический словарь
НЕМЕТАЛЛЫ — хим. элементы, к рые образуют простые тела, не обладающие свойствами, характерными для металлов. К Н. обычно относят 22 элемента: газы водород, азот, кислород, фтор, хлор и благородные газы; жидкость бром; тв. тела бор, углерод, кремний, фосфор,… … Естествознание. Энциклопедический словарь
НЕМЕТАЛЛЫ — простые вещества, не обладающие свойствами металлов: они не имеют металлического блеска, нековки, плохо проводят теплоту и электричество. Резкой границы между неметаллами и металлами нет. К неметаллам относятся 22 элемента. Из них при нормальной… … Металлургический словарь
Неорганическая химия — Неорганическая химия раздел химии, связанный с изучением строения, реакционной способности и свойств всех химических элементов и их неорганических соединений. Это область охватывает все химические соединения, за исключением органических… … Википедия
Технеций
Техне́ций — элемент побочной подгруппы седьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 43. Обозначается символом Tc (лат. Technetium ). Простое вещество технеций (CAS-номер: 7440-26-8) — радиоактивный переходный металл серебристо-серого цвета. Самый лёгкий элемент, не имеющий стабильных изотопов. Первый из синтезированных химических элементов.
Технеций был предсказан Менделеевым как эка-марганец на основе Периодического закона. Начиная с 1846 г., когда элемент был «открыт» под именем ильмений, периодически производились ошибочные «открытия» элемента 43 (как люций, ниппоний и мазурий).
C развитием ядерной физики стало понятно, почему технеций никак не удаётся обнаружить в природе: в соответствии с правилом Маттауха-Щукарева этот элемент не имеет стабильных изотопов. Технеций был синтезирован из молибденовой мишени, облучённой на ускорителе-циклотроне ядрами дейтерия, 13 июля 1937 года К.Перрье и Э.Сегре в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли в США, а затем был выделен в чистом виде химически в Палермо в Италии.
От др.-греч. τεχνητός — искусственный, отражая пионерское открытие элемента путём синтеза.
На Земле встречается в следовых количествах в урановых рудах, 5·10 −10 г на 1 кг урана. Методами спектроскопии выявлено содержание технеция в спектрах некоторых звёзд созвездий Андромеды и Кита.
Технеций получают из радиоактивных отходов химическим способом.
Кроме того, технеций образуется при делении нуклидов 232 Th, 233 U, 238 U, 239 Pu и может накапливаться в реакторах килограммами за год.
Физические и химические свойства
Изотопы
Радиоактивные свойства некоторых изотопов технеция [2] :
| Массовое число | Период полураспада | Тип распада |
|---|---|---|
| 92 | 4,3 мин | β + , электронный захват |
| 93 | 43,5 мин | Электронный захват (18%), изомерный переход (82%) |
| 93 | 2,7 ч | Электронный захват (85%), β + (15%) |
| 94 | 52,5 мин | Электронный захват (21%), изомерный переход (24%), β + (55%) |
| 94 | 4,9 ч | β + (7%), электронный захват (93%) |
| 95 | 60 сут | Электронный захват, изомерный переход (4%), β + |
| 95 | 20 час | Электронный захват |
| 96 | 52 мин | Изомерный переход |
| 96 | 4,3 сут | Электронный захват |
| 97 | 90,5 сут | Электронный захват |
| 97 | 2,6·10 6 лет | Электронный захват |
| 98 | 1,5·10 6 лет | β − |
| 99 | 6,04 ч | Изомерный переход |
| 99 | 2,12·10 6 лет | β − |
| 100 | 15,8 с | β − |
| 101 | 14,3 мин | β − |
| 102 | 4,5 мин / 5 с | β − / γ/β − |
| 103 | 50 с | β − |
| 104 | 18 мин | β − |
| 105 | 7,8 мин | β − |
| 106 | 37 с | β − |
| 107 | 29 с | β − |
Используется в медицине для контрастного сканирования желудочно-кишечного тракта при диагностике ГЭРБ и рефлюкс-эзофагита посредством меток.
Пертехнетаты (соли технециевой кислоты HTcO4) обладают антикоррозионными свойствами, так как ион TcO4 − , в отличие от ионов MnO4 − и ReO4 − , является самым эффективным ингибитором коррозии для железа и стали.
Биологическая роль
С химической точки зрения технеций и его соединения малотоксичны. Опасность технеция вызывается его радиотоксичностью.
Технеций при введении в организм попадает почти во все органы, но в основном задерживается в желудке и щитовидной железе. Поражение органов вызывается его β-излучением с дозой до 0,1 р/(час·мг).
При работе с технецием используются вытяжные шкафы с защитой от его β-излучения или герметичные боксы.
Примечания
- ↑ 12Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — М .: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 560. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8
- ↑Ссылки
- Химические элементы
- Соединения технеция
- Радиоактивные элементы
- Металлы
- Радиобиология
- Элементы, предсказанные Дмитрием Менделеевым
- Синтезированные химические элементы
- Технеций
Смотреть что такое "Технеций" в других словарях:
Технеций-99 — Таблица нуклидов Общие сведения Название, символ Технеций 99, 99Tc Нейтронов 56 Протонов 43 Свойства нуклида Атомная масса 98,9062547(21) … Википедия
ТЕХНЕЦИЙ — (символ Тс), серебристо серый металл, РАДИОАКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ. Впервые был получен в 1937 г. бомбардировкой ядер МОЛИБДЕНА дейтронами (ядрами атомов ДЕЙТЕРИЯ) и был первым элементом, синтезированным в циклотроне. Технеций обнаружен в продуктах… … Научно-технический энциклопедический словарь
ТЕХНЕЦИЙ — искусственно синтезированный радиоактивный хим. элемент, символ Тс (лат. Technetium), ат. н. 43, ат. м. 98,91. Т. получают в достаточно больших количествах при делении урана 235 в ядерных реакторах; удалось получить около 20 изотопов Т. Один из… … Большая политехническая энциклопедия
ТЕХНЕЦИЙ — (Technetium), Tc, искусственный радиоактивный элемент VII группы периодической системы, атомный номер 43; металл. Получен итальянскими учеными К. Перрье и Э. Сегре в 1937 … Современная энциклопедия
ТЕХНЕЦИЙ — (лат. Technetium) Тс, химический элемент VII группы периодической системы, атомный номер 43, атомная масса 98,9072. Радиоактивен, наиболее устойчивые изотопы 97Тс и 99Тс (период полураспада соответственно 2,6.106 и 2,12.105 лет). Первый… … Большой Энциклопедический словарь
ТЕХНЕЦИЙ — (лат. Technetium), Tc радиоакт. хим. элемент VII группы периодич. системы элементов Менделеева, ат. номер 43, первый из искусственно полученных хим. элементов. Наиб. долгоживущие радионуклиды 98Tc (T1/2 = 4,2·106 лет) и доступный в заметных кол… … Физическая энциклопедия
технеций — сущ., кол во синонимов: 3 • металл (86) • экамарганец (1) • элемент (159) Словарь синонимо … Словарь синонимов
Технеций — (Technetium), Tc, искусственный радиоактивный элемент VII группы периодической системы, атомный номер 43; металл. Получен итальянскими учеными К. Перрье и Э. Сегре в 1937. … Иллюстрированный энциклопедический словарь
технеций — я; м. [от греч. technetos искусственный] Химический элемент (Tc), серебристо серый радиоактивный металл, получаемый из отходов атомной промышленности. ◁ Технециевый, ая, ое. * * * технеций (лат. Technetium), химический элемент VII группы… … Энциклопедический словарь
Технеций — (лат. Technetium) Те, радиоактивный химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 43, атомная масса 98, 9062; металл, ковкий и пластичный. Существование элемента с атомным номером 43 было… … Большая советская энциклопедия
ТИТАН — супермен среди металлов
Титаном назвали металл не зря. Имя принадлежит мифологическим древнегреческим божествам, олицетворявшим силу и мощь природы. Герой статьи делится своей силой с человеком.
Кто открыл суперметалл
История открытия рядовая. Химик и священник Грегор обнаружил оксид неизвестного металла, и дал ему название «менакеновая земля».
Чуть позже немецкий химик Клапрот, исследуя минерал рутил, обнаружил в нем новый элемент, который назвал титаном.
Интересно: Клапрот ранее открыл новый элемент, и назвал его ураном. Это имя в греческой мифологии принадлежало отцу титанидов.
Чистый титан удалось получить талантливому исследователю Берцелиусу.
Свойства титана
Титан относится к металлам; в периодической таблице Менделеева имеет № 22; он легкий, прочный, устойчив к коррозии. Внешне (цветом) похож на алюминий или нержавеющую сталь.
- На воздухе образует на поверхности оксидную пленку.
- Имеет высокую химическую и коррозионную стойкость (благодаря защитной оксидной пленке).
- Имеет две аллотропные модификации: низкотемпературная (существует до температуры 882°С) и высокотемпературная.
- Обладает парамагнитными свойствами.
- Титан образует с другими металлами интерметаллические соединений, его добавляют в сплавы.
Титановая пыль взрывается, а его стружка пожароопасна.
Металл образует с карбидами тугоплавкие высокотвердые соединения.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Тита́н / Titanium (Ti), 22 |
| Атомная масса (молярная масса) | 47,867(1)[1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d2 4s2 |
| Радиус атома | 147 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 132 пм |
| Радиус иона | (+4e)68 (+2e)94 пм |
| Электроотрицательность | 1,54 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | −1,63 |
| Степени окисления | 2, 3, 4 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 657,8 (6,8281[2]) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 4,54 г/см³ |
| Температура плавления | 1670 °C 1943 K |
| Температура кипения | 3560 K |
| Уд. теплота плавления | 18,8 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 422,6 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 25,1[3] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 10,6 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | гексагональная плотноупакованная (α-Ti) |
| Параметры решётки | a=2,951 с=4,697 (α-Ti) |
| Отношение c/a | 1,587 |
| Температура Дебая | 380 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 21,9 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-32-6 |
Титан называют редким металлом, что не совсем верно. По запасам титансодержащих руд элемент занимает 10 место.
Известно больше 100 таких руд. Среди них:
- рутил;
- титаномагнетит;
- ильменит;
- титанит.
Месторождения титансодержащих руд:
Добыча и переработка
Титан получают из концентрата титансодержащих руд методами пирометаллургии или сернокислотной переработки.
Концентраты из ильменитовых руд плавят в электродуговых печах.
При необходимости черновой металл рафинируют.
Марки титана и виды изделий
Виды выпускаемых титановых изделий:
Сплавы
Титановые сплавы по областям применения делятся на деформируемые и литейные.
| Марка сплава | Присадки |
| ВТ3-1 | Ti, Al, Cr, Mo, Fe, S |
| ВТ5-1 | Ti-Al-Sn |
| ПТ-7М | Ti-Al-Zr |
| ОТ4-1 | Ti-Al-Mn |
| ВТ18 | Ti-Al-Zr-Mo-Nb-Si |
| ВТ14 | Ti-A1-Мо-V |
Достоинства сплавов — сочетание высокой коррозионной стойкости с жаропрочностью и хорошей удельной прочностью.
Плюсы и минусы металла и его сплавов
Достоинства титановых сплавов:
- Соотношение прочность-плотность у титановых сплавов почти в 2 раза лучше, чем у легированных сталей.
- Высокая механическая прочность.
- Отличная коррозионная стойкость, что позволяет изделиям работать в агрессивных средах.
К недостаткам титановых сплавов можно отнести:
- Высокая цена (титан гораздо дороже многих цветных металлов).
- При обработке металла и его сплавов возникает проблема налипания, что грозит быстрым износом режущих инструментов.
- Сложности при сварке титановых изделий.
Область применения титановых изделий широка, хотя может ограничиваться ценовой составляющей.
Заготовка титанового шпангоута истребителя F-15 до и после прессования на штамповочном прессе компании Alcoa усилием 45 тыс. тонн, май 1985
Есть случаи, когда титановые сплавы — единственные, которые возможно использовать в конкретных условиях.
- Надежность продукции из титана проверялась на гоночных автомобилях.
- Металл и его сплавы незаменимы в ракето- и судостроении, химической, энергетической промышленности.
- Титановые соединения востребованы в производстве конденсаторов турбин, труб для перекачки агрессивных жидкостей, сосудов высокого давления.
- Перспективная область применения титановых сплавов — оборудование для глубокого и сверхглубокого бурения.
- Не обходятся без титановых изделий оборонная и военная промышленности.
Стоимость металла
Цена титана в порошке ПТМ-1 7500 рублей за килограмм (на 25.07.2020).
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!
Титан (элемент)
Титан (лат. Titanium, символ Ti) — химический элемент с атомным номером 22, а также соответствующее простое вещество — твердый серебристый металл, температура плавления 1675° C, температура кипения 3262° C, плотность 4540 кг/м³.
Это название заимствовано из древнегреческой мифологии: Титаны — дети богини Земли (Геи) и бога Неба (Урана).
В 1791 году английский химик и минералог Уильям Грегор открыл новый элемент в минерале менаканните и назвал его «менаканумом». Немецкий химик Мартин Клапрот в 1795 году повторно открыл его в минерале рутил и предоставил ему красивое название «титан». За 2 года выяснилось, что Грегор и Клапрот открыли один и тот же элемент, который с тех пор носит величественное имя — титан. Впервые металлический титан добыл Берцелиус в 1825 году, но это был очень загрязненный металл. Многие ученые пытались получить титан в чистом виде и только в 1875 г. российский ученый Д. К. Кириллов впервые смог получить металлический титан, содержащий несколько процентов смеси. В 1910 г. американский химик Хантер смог выработать несколько граммов чистого титана, который содержал несколько десятых долей процента смесей, которые делают его практически непригодным для обработки. И хотя соли титана уже находили применение, лишь в 1925 году полученный голландскими учеными Ван Аркелем и где Буре титан высокой чистоты продемонстрировал свои уникальные свойства.
В природе существует 5 стабильных изотопов титана с массовыми числами 46-50: 46 Ti (7,95 %), 47 Ti (7,75 %), 48 Ti (7,345 %), 49 Ti (5,51 %), 50 Ti (5,34 %).
Титан существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотно упакованной решеткой; β-Ti с кубической объемно-центрированной решеткой. При обычных условиях устойчив к действию кислорода и воды. Химическая активность быстро растет при повышении температуры. Металл отличается высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Соединения: TiO, Ti2O3, TiO2, Ti3O5, Ti4O7, Ti10O19.
Среднее содержание титана в земной коре (кларк) 0,45 % (по другим данным — 0,61 % до глубины 16 км). Только три других важных металла — алюминий, железо и магний — распространены в природе больше, чем титан. Наиболее богаты титаном пегматиты гранитов и щелочных пород.
К началу XXI в. известно около 100 титановых минералов. В состав ряда минералов титан входит как примесь.
Главные минералы титановых руд: ильменит (43,7-52,8 % ТіО 2); рутил, анатаз и брукит (94,2-99,5); лейкоксен (61,9-97,6); лопарит (38,3-41); сфен (33,7-40,8); перовскит (38,7-57,8).
Количество титана в земной коре в несколько раз превышает запасы меди, цинка, свинца, золота, серебра, платины, хрома, вольфрама, ртути, молибдена, висмута, сурьмы, никеля и олова вместе взятых. Кларк титана в основных изверженных породах составляет 20,46 атомных %.
Промышленный способ добычи титана был разработан только в 40-х гг. XX века.
Промышленная добыча титана в основном проводится с ильменита (FeTiO3 31,6 %) и рутила (TiO2 60 %). Изъятие ильменита с титаномагнетитов возможно, если размер зерен ильменита больше 0,3 мм. Частично титан изымается из лейкоксена, анатаза и лопарита. Важными минералами также являются перовскит, титанит, ильменорутил. Металл ассоциирует с щелочными металлами, кальцием, ванадием, хромом, кремнием, марганцом, фосфором, оловом, ураном, иттрием и др. В промышленных масштабах титан получают хлорированием рудных концентратов. В соответствии с требованиям к концентратам, содержание диоксида титана должно быть не менее 45 %, диоксида кремния — не более 2,5-4,0 %, примесей S — десятые доли %, Р — сотые доли %. Восстановлением TiCl4 металлическим магнием получают титановую губку. Переплавки губки в вакуумных дуговых печах дает компактный металл.
Процесс добычи титана (Кролль-процесс) был разработан Уильямом Джасти Кроллем — люксембургским металлургом в 1940 году. До сих пор он мало чем изменился. Из руд титана рутила или ильменита при воздействии высокой температуры и угля переводят в оксид с выплавкой железа:
Затем при температуре 750—1000 ° C действием кокса и хлора переводят оксид титана в хлорид:
В третьей стадии процесса восстанавливают тетрахлорид титана действием жидкого магния до металлического титана при 800—900 ° C под защитной атмосферой аргона:
Полученную титановую губку переплавляют в дуговых вакуумных печах. Для производства чистого титана используют газотранспортные реакции.
Благодаря прогрессу в области самолето- и ракетостроения производство титана и его сплавов интенсивно развивалось. Это объясняется сочетанием таких ценных свойств титана, как: малая плотность, высокая прочность, коррозионная стойкость, технологичность при обработке давлением и свариваемость, холодостойкость, немагнитность и другие ценные физико-механические характеристики.
Титан и его сплавы с Al, V, Mo, Mn, Cr, Si, Fe, Sn, Zr, Nb, Ta применяются как конструкционный металл в авиационной и ракетной технике, судостроительной, энергомашиностроительной, пищевой, медицинской промышленности и цветной металлургии, где они надежно и длительно эксплуатируются во многих химических агрессивных средах. Самое главное значение имеют титано-ванадиевые сплавы, которые имеют высокую прочность, ковкость и свариваемость; карбид титана применяется для изготовления сверхтвердых сплавов, диоксид титана — для производства устойчивых титановых белил, пластмасс и в целлюлозно-бумажной промышленности; оксид титана TiO имеет металлическую проводимость, используется в электрохромных системах.
Титан является одним из немногих металлов с высокой коррозионной стойкостью: он устойчив в атмосферном воздухе, морской воде и морской атмосфере, во влажном хлоре, горячих и холодных растворах хлоридов, в различных технологических растворах и реагентах, применяемых в химической, нефтяной, бумажной и других отраслях промышленности, а также в гидрометаллургии.
По своей коррозионной стойкостью в морской воде он превосходит все металлы, за исключением благородных — золота, платины и др., большинство видов нержавеющей стали, никелевые, медные и другие сплавы. Дело в том, что реакции титана со многими элементами происходят только при высоких температурах. При обычных температурах химическая активность титана чрезвычайно мала и он практически не вступает в реакцию. Это связано с тем, что на свежей поверхности чистого титана, как только она образуется, очень быстро появляется инертная, хорошо срастающаяся с металлом, тончайшая (в несколько ангстрем пленка диоксида титана (пассивация), которая предохраняет его от дальнейшего окисления. Если даже эту пленку снять, то в любой среде, содержащей кислород или другие сильные окислители (например, в азотной или хромовой кислоте), эта пленка появляется вновь, и металл, как говорят, пассивируется, то есть защищает сам себя от дальнейшего разрушения.
При удельной прочности титан не имеет соперников среди промышленных металлов. Даже такой металл, как алюминий, уступил ряду позиций титана, который только в 1,7 раза тяжелее алюминия, но в шесть раз прочнее. И что особенно важно, титан сохраняет свою прочность при высоких температурах (до 500° C, а при добавлении легирующих элементов — 650° C), в то время как прочность большинства алюминиевых сплавов резко падает уже при 300° C.
Титан — очень твердый металл: он в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза — с железо и медь. Чем выше предел текучести металла, то лучше детали из него противостоят эксплуатационной нагрузкой, тем дольше они сохраняют свои формы и размеры. Граница текучести титана в 18 раз выше, чем у алюминия, и в 2,5 раза — чем у железа.
Реакции титана со многими элементами происходят только при высоких температурах. При обычных температурах химическая активность титана чрезвычайно мала и он практически не вступает в реакции. Связано это с тем, что на свежей поверхности чистого титана, как только она образуется, очень быстро появляется инертная, такая, что хорошо срастается с металлом тончайшая (в несколько ангстрем (1А = 10 −10 м) пленка диоксида титана, что предохраняет его от дальнейшего окисления. Если даже эту пленку снять, то в любой среде, содержащей кислород или другие сильные окислители (например, в азотной или хромовой кислоте), эта пленка появляется вновь, и металл, как говорится, ею «пассивируется», то есть защищает сам себя от дальнейшего разрушения.
Все присутствующие в титане легирующие элементы по коррозионной стойкости можно разделить на четыре группы. К первой группе относятся элементы, которые легко пассивируются, повышают коррозионную стойкость титана за счет торможения анодного процесса (в разной степени и в зависимости от природы среды). К этой группе относятся: Мо, ТаNb, Zr, V (расположены в порядке убывания благоприятного воздействия на коррозионную стойкость).
Ко второй группе металлов, оказывающих похож влияние на коррозионную стойкость титана, относятся Cr, Ni, Mn, Fe . Эти элементы, некоторые из которых сами являются коррозионно (Cr, Ni), хотя и не сильно, но снижают коррозионную стойкость титана, особенно в кислотах-неокислителях по мере повышения легирования титана.
К третьей группе легирующих элементов, имеющих общие черты влияния на коррозионную стойкость титана, относятся Al, Sn, С. Установлено, что добавки алюминия снижают коррозионную стойкость титана в активном и пассивном состояниях. В нейтральных средах алюминий (до 5 % Al) хотя и оказывает негативное влияние, но оно невелико. Понижение коррозионной стойкости при легировании алюминием связано с облегчением анодного и катодного процессов вследствие изменения химической природы пассивных пленок.
К четвертой группе легирующих элементов, которые однотипно влияют на коррозионную стойкость титана, относятся металлы с низким сопротивлением катодной процесса. По возрастанию эффективности воздействия на титан эти элементы располагаются в следующий ряд: CuW, МоNi, Re, Ru, Pd, Pt.
Доказано, что введение в титановые сплавы таких элементов, как молибден, ниобий, цирконий, тантал, не лимитируется по количеству. Они повышают коррозионную стойкость, способствуют увеличению прочности.
Воздух, представляющий собой смесь различных газов, является сложной газовой фазой, действие которой на титан может быть весьма многообразным. При этом взаимодействие титана с кислородом воздуха отличается от взаимодействия титана с чистым кислородом, поскольку на это взаимодействие оказывает влияние азот и другие составные части воздуха. В то же время следует иметь в виду, что при всей сложности газовой фазы (воздух) действие ее на титан следует рассматривать прежде всего как реакцию взаимодействия с ним активной и достаточно значительной по количеству составляющей — кислорода.
Персональные инструменты
Пространства имён
Варианты
Просмотры
Действия
Поиск
Навигация
Инструменты
Текст страницы доступен по условиям лицензии GNU Free Documentation License. Материалы могут быть скопированы при условии указания активной ссылки на источник копирования в теле статьи (на той же странице). В отдельных случаях могут действовать условия лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike (CC BY-SA 3.0), информацию об этом можно просмотреть на странице обсуждения или в истории правок. В частности, условия лицензии CC BY-SA 3.0 действуют в отношении статей, перенесенных из Википедии (указание на факт переноса всегда есть в истории правок статьи или на ее странице обсуждения).
В текстах упоминаются организации, признанные на территории Российской Федерации террористическими и/или в отношении которых судом принято вступившее в законную силу решение о запрете деятельности. В том числе:
Признаны террористическими организациями: «Исламское государство» (другие названия: «Исламское Государство Ирака и Сирии», «Исламское Государство Ирака и Леванта» или ИГИЛ, «Исламское Государство Ирака и Шама»), «Высший военный Маджлисуль Шура Объединенных сил моджахедов Кавказа», «Конгресс народов Ичкерии и Дагестана», «База» («Аль-Каида»), «Братья-мусульмане» («Аль-Ихван аль-Муслимун»), «Движение Талибан», «Имарат Кавказ» («Кавказский Эмират»), Джебхат ан-Нусра (Фронт победы) (другие названия: «Джабха аль-Нусра ли-Ахль аш-Шам», Фронт поддержки Великой Сирии), Всероссийское общественное движение «Народное ополчение имени К. Минина и Д. Пожарского», Международное религиозное объединение «АУМ Синрике» (AumShinrikyo, AUM, Aleph) — см. полный список.
Деятельность запрещена по решению суда: Межрегиональная общественная организация «Национал-большевистская партия», Межрегиональная общественная организация «Движение против нелегальной иммиграции» (ДПНИ), Украинская организация «Правый сектор», Украинская организация «Украинская национальная ассамблея — Украинская народная самооборона» (УНА — УНСО), Украинская организация «Украинская повстанческая армия» (УПА), Украинская организация «Тризуб им. Степана Бандеры», Украинская организация «Братство», Межрегиональное общественное объединение — организация «Народная Социальная Инициатива» (другие названия: «Народная Социалистическая Инициатива», «Национальная Социальная Инициатива», «Национальная Социалистическая Инициатива»), Межрегиональное общественное объединение «Этнополитическое объединение „Русские“», Общероссийская политическая партия «ВОЛЯ», Общественное объединение «Меджлис крымскотатарского народа», Религиозная организация «Управленческий центр Свидетелей Иеговы в России» и входящие в ее структуру местные религиозные организации, Межрегиональное общественное движение «Артподготовка», «Арестантское уголовное единство» (другие наименования — «Арестантский уклад един», «Арестантское уркаганское единство», АУЕ, А.У.Е.), Общественное движение «Штабы Навального», «Фонд борьбы с коррупцией» (ФБК), Межрегиональное объединение «Мужское государство» — см. полный список.
Читайте также: