De ce se spune că titanul este metalul viitorului?
În 1791, HW Gregor, un preot britanic și pasionat de mineralogie, a descoperit pentru prima dată nisipul magnetic negru (FeTiO3), un oxid amestecat de titan și fier, din minereu de ilmenit. Și-a dat seama că mineralul ar putea conține un element nou. În 1795, chimistul german MH Klaproth a preparat independent oxidul de titan din rutilul maghiar și l-a numit „titan” după uriașul „Titan” născut din zeul pământului în mitologia greacă. Abia în 1910, chimistul american MA Hunter a înlocuit tetraclorura de titan cu sodiu metalic pentru a obține titan elementar cu o puritate de 99,9%. Acesta este al 29-lea element descoperit de oameni, iar numele său latin este și primul. A doua literă mică formează simbolul său element Ti. Denumirea chinezească titan este un caracter fonetic nou creat special de țara mea pe baza transliterației numelui său latin.
a proprietăților fizice ale titanului
Raza atomică (raza covalentă) a titanului este 132pm, raza ionică este 68pm (4), 76pm (2), greutatea atomică este 47.86, volumul atomic este 10,65cm3 /mol, densitatea este de 4,507 g/cm3, duritatea este de 4,0 grade, iar punctul de topire este de 1660 grade, punctul de fierbere 3287 grade. Metalul de titan este alb argintiu, iar tipul său de structură cristalină este cristal metalic și sistem de cristal hexagonal. Arată ca oțel, are cea mai mare rezistență specifică, este rezistent atât la temperaturi scăzute, cât și la temperaturi ridicate, poate menține o rezistență ridicată în intervalul -250 grade până la 500 de grade și este, de asemenea, rezistent la uzură. Metalul pur are o ductilitate și plasticitate bune și poate fi presat în plăci și fire. Cu toate acestea, atunci când sunt prezente impurități, acesta devine dur și fragil. Rezistența mecanică a titanului este foarte mare, de 3 ori mai mare decât a aluminiului și de 6 ori mai mare decât a magneziului și aproape că nu există oboseală metalică. După ce metalul de titan este supus vibrațiilor mecanice sau vibrațiilor electrice, propria sa vibrație are cel mai lung timp de atenuare în comparație cu oțelul, cuprul și alte metale sau aliaje. Are o conductivitate electrică bună și proprietăți de transfer de căldură, este nemagnetic, dar poate deveni supraconductor la o temperatură scăzută de -272.74 grade . Titanul lichid dizolvă aproape toate metalele și poate forma aliaje cu multe metale.
Proprietățile chimice ale titanului
Configurația electronului de valență a titanului este 3d24s2, electronegativitatea 1,5, afinitatea primului electron 37,7 kJ/mol, prima energie de ionizare 659 kJ/mol, potențial electrod standard -0.86V, numărul de oxidare 4, 3, 2 , 0, -1. Stările de valență comune 3 și 4 La temperatura camerei, titanul este relativ stabil în aer și apă, nu interacționează cu oxigenul și halogenii și nu este corodat de acizi diluați, alcalii diluați și apa de mare. Cu toate acestea, atunci când temperatura crește, activitatea chimică crește rapid. Când temperatura este mai mare de 600 de grade, se poate combina direct cu diverse elemente nemetalice, cum ar fi oxigen, azot, carbon, sulf și halogen. Pe lângă formarea compușilor obișnuiți, se pot forma și compuși de interfilare, în special compuși volatili și ușor hidrolizabili cu clor.
În plus, titanul este solubil în acid clorhidric concentrat la cald, acid sulfuric, acid fosforic și acid fluorhidric pentru a forma săruri de titan. În general, cu cât concentrația de acid este mai mare, cu atât viteza de dizolvare este mai rapidă. Patru soluții fierbinți de acid organic concentrat pot, de asemenea, coroda metalul de titan. Sunt acid oxalic, acid formic, acid tricloroacetic și acid trifluoracetic. Titanul poate fi corodat și de triclorura de aluminiu. Efectul de coroziune al compușilor de mai sus asupra titanului se datorează în principal capacității lor de a coroda filmul extrem de fin de oxid de pe suprafața titanului. Inerția titanului se datorează efectului protector al acestui film de oxid. Adăugarea de acid azotic și alți oxidanți la soluția corozivă poate încetini, în general, coroziunea titanului, deoarece oxidanții pot regenera pelicula de oxid și pot pasiva suprafața de titan. Pulberea de titan este foarte reactivă și poate arde în aer.
Extracția titanului
Titanul metalic are o afinitate puternică cu oxigenul, azotul și hidrogenul la temperaturi ridicate, astfel încât titanul nu poate fi extras direct din oxizii săi prin reacții de reducere. Extragerea titanului din minereul gazdă necesită procesele Kroll sau Hunter. Ecuația reacției este următoarea:
(distilare în vid de 1000 de grade pentru a elimina Mg și MgCl2, lingoul de topire cu arc)
Există patru pași principali în prelucrarea metalului de titan:
Restaurați minereul de titan într-un „burete” (formă respirabilă);
Pentru a face lingouri, topiți corpul de burete (sau adăugați aliaj intermediar pe corpul de burete) pentru a forma un lingou;
Fabricare preliminară, transformarea lingourilor de oțel în produse mecanice generale, cum ar fi țagle, bare, plăci, foi, benzi și țevi;
Prelucrarea, fabricarea, prelucrarea profundă și formarea produselor mecanice.
utilizări majore ale titanului
①Navele de război și submarinele fabricate din titan sunt nemagnetice și nu vor fi detectate și urmărite de minele magnetice. Sunt capabili să reziste la presiunea apei adânci și pot naviga la o adâncime de 4.500 de metri pe care submarinele obișnuite nu o pot atinge.
②Folosind duritatea, elasticitatea și rezistența la coroziune a aliajului de oțel titan, pot fi realizate corpuri de nave și submarine, iar rezistența specifică ridicată și rezistența la temperatură ridicată a aliajului de oțel titan (avand încă o rezistență mare la temperaturi ridicate de 550 de grade) pot fi folosite pentru a construi aeronave. , tancuri, rachete, sateliți și nave spațiale. Se estimează că producția unui Boeing 777 necesită 59 de tone de titan, producția unui Boeing 747 necesită 44 de tone de titan, iar producția unui Boeing 737 necesită 18 tone de titan.
③ Folosind caracteristicile aliajului fier-titan pentru a absorbi hidrogenul la temperatura camerei și a elibera hidrogen la temperatură ridicată, acesta poate fi folosit ca un mic depozit de stocare a hidrogenului pentru un acces ușor. În plus, poate fi folosit ca un getter în fabricarea tuburilor electronice și a tuburilor de imagine, o sursă de hidrogen în fabricarea metalelor spumă și ca sigiliu pentru metalurgia pulberilor și cermet.
④ „Cel mai bun aliaj cu memorie de formă” realizat din părți egale de titan și nichel are o capacitate puternică de întindere a memoriei formei, o capacitate bună de recuperare și o viață lungă de memorie. Utilizat în mod obișnuit în antenele navelor spațiale și componentele de conectare a conductelor. De asemenea, este folosit la fabricarea de echipamente medicale, echipamente electrice, manipulatoare și roboți, precum și tratamente ortopedice și ortopedie medicală.
⑤ Ceramica piezoelectrică din titanat de bariu, titanat de plumb, titanat de praseodim de plumb și alte materiale nu numai că pot transforma energia mecanică în energie electrică, dar sunt și folosite în brichete piezoelectrice, surse mobile cu raze X și dispozitive de detonare a artileriei; de asemenea, pot transforma energia mecanică în energie electrică. Energia electrică este convertită în vibrații ultrasonice, care sunt folosite pentru a explora peștii subacvatici, curățarea cu ultrasunete, testarea medicală cu ultrasunete și testarea nedistructivă a metalelor. De asemenea, utilizat pe scară largă în echipamentele de automatizare.
⑥Titanul este numit „metal biofil”. Este netoxic și rezistent la coroziune de către secrețiile umane. Se înțelege bine cu pielea, mușchii, mușchii și oasele corpului. Deși este un corp străin, nu provoacă un răspuns imun și este adesea folosit ca metal artificial în medicină. Pentru utilizări scheletice, titanul lichid poate fi folosit și pentru a repara osul deteriorat.
⑦Dioxidul de titan pur este un pigment excelent cunoscut sub numele de „alb de titan”, iar fotocatalizatorul de dioxid de titan este un material activ la scară nanometrică. Este acoperit pe suprafața substratului și uscat pentru a forma o peliculă subțire, care produce un efect catalitic puternic sub acțiunea luminii. Funcția de degradare poate degrada eficient gazele toxice și nocive din aer.
