Общие
Название, условное обозначение, номер	титан, Ti, 22
Химический ряд	переходные металлы
Группа, период, блок	4, 4, д
Внешний вид	серебристый металлик
Стандартный атомный вес	47.867(1) g·mol −1
Electron configuration	[Ar] 3d 2 4s 2
Electrons per shell	2, 8, 10, 2
Physical properties
Phase	solid
Density (near r. t.)	4.506 g·cm −3
Liquid density at m.p.	4,11 г·см −3
Melting point	1941 K (1668 °C, 3034 °F)
Boiling point	3560 K (3287 °C, 5949 °F)
Heat of fusion	14.15 KJ · моль −1
Теплота испарения	425 кДж · моль -1
Тепловой емкость	(25 ° C) 25,060.10644.1064 4.1064 4.1064 4.1064 4.1064 4.1064 4.1064 4.1064 4.1064 4.1064 4 моль	(25 ° C).
Давление паров P /Па 1 10 100 1 к 10 к 100 к в T /K 1982 2171 (2403) 2692 30764 30764
Атомные свойства
Кристаллическая структура	гексагональная
Степени окисления	6 [2], 4, 3, 2, 1 [3] (амфотерный оксид)
Электроотрицательность	1,54 (шкала Полинга)
Энергии ионизации (подробнее 90)	1-й: 658,8 кДж·моль −1
	2nd: 1309. 8 kJ·mol −1
	3rd: 2652.5 kJ·mol −1
Atomic radius	140 pm
Atomic radius (calc.)	176 часов
Ковалентный радиус	136 пм
Разное
Магнитный заказ	Парамагнитный
Электрическое удельное сопротивление	(20 ° C) 0,420 мкм · м
Термическая проводимость	(30066
Термическая проводимость	7. — 30066
. 1
Тепловое расширение	(25 °C) 8,6 мкм·м −1 ·K −1
Speed ​​of sound (thin rod)	(r.t.) 5090 m·s −1
Young’s modulus	116 GPa
Shear modulus	44 GPa
Bulk modulus	110 GPa
Poisson ratio	0. 32
Mohs hardness	6.0
Vickers hardness	970 MPa
Brinell hardness	716 MPa
Регистрационный номер CAS	7440-32-6
Отдельные изотопы
Каталожные номера
Это поле: просмотреть • говорить • редактировать

Титан (произносится как /taɪˈteɪniəm/) — химический элемент с символом Ti и атомным номером 22. Это легкий, прочный, блестящий, устойчивый к коррозии (включая стойкость к морской воде и хлору) переход. металл сероватого цвета. Титан может быть сплавлен с другими элементами, такими как железо, алюминий, ванадий, молибден и другими, для производства прочных легких сплавов для аэрокосмической (реактивные двигатели, ракеты и космические корабли), военных, промышленных процессов (химические и нефтехимические, опреснительные установки, целлюлозно-бумажная), автомобильная, сельскохозяйственная, медицинская (протезы, ортопедические имплантаты, зубные имплантаты), спортивные товары, ювелирные изделия и другие применения. ^[1] Титан был обнаружен в Англии Уильямом Грегором в 1791 году и назван Мартином Генрихом Клапротом в честь титанов греческой мифологии.

Элемент встречается в ряде месторождений полезных ископаемых, главным образом рутила и ильменита, которые широко распространены в земной коре и литосфере и почти во всех живых существах, горных породах, водоемах и почвах. ^[1] Металл извлекается из основных минеральных руд с помощью процесса Кролла. ^[2] , или процесс Хантера. Его наиболее распространенное соединение, диоксид титана, используется в производстве белых пигментов. ^[3] Другие соединения включают тетрахлорид титана (TiCl ₄ ) (используется в дымовых завесах/небесном письме и в качестве катализатора) и трихлорид титана (используется в качестве катализатора при производстве полипропилена). ^[1]

Двумя наиболее полезными свойствами металлической формы являются коррозионная стойкость и самое высокое отношение прочности к весу среди всех металлов. ^[4] В чистом виде титан такой же прочный, как некоторые стали, но на 45 % легче. ^[5] Существуют две аллотропные формы ^[6] и пять естественных изотопов этого элемента; от ⁴⁶ Ti до ⁵⁰ Ti, причем ⁴⁸ Ti является наиболее распространенным (73,8%). ^[7] Свойства титана химически и физически аналогичны свойствам циркония.

Дополнительные рекомендуемые знания

История

Титан был обнаружен в сочетании с минералом в Корнуолле, Англия, в 1791 году геологом-любителем и пастором Уильямом Грегором, тогдашним викарием прихода Крид. Он обнаружил присутствие нового элемента в ильмените ^[3] , когда нашел черный песок у ручья в соседнем округе Манаккан и заметил, что песок притягивается магнитом. Анализ песка определил наличие двух оксидов металлов; оксид железа (объясняя притяжение к магниту) и 45,25% белого оксида металла, который он не смог идентифицировать. ^[5] Грегор, понимая, что неидентифицированный оксид содержит металл, который не соответствует свойствам ни одного известного элемента, сообщил о своих выводах Королевскому геологическому обществу Корнуолла и в немецком научном журнале Crell’s Annalen . ^[8]

Примерно в то же время Франц Йозеф Мюллер также произвел подобное вещество, но не смог его идентифицировать. ^[3] Оксид был независимо заново открыт в 1795 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом в рутиле из Венгрии. ^[9] Клапрот обнаружил, что он содержит новый элемент, и назвал его в честь титанов греческой мифологии. ^[8] Услышав о более раннем открытии Грегора, он получил образец манакканита и подтвердил, что он содержит титан.

Процессы, необходимые для извлечения титана из различных руд, являются трудоемкими и дорогостоящими; восстановить обычным способом путем нагревания в присутствии углерода невозможно, так как при этом образуется карбид титана. ^[8] Чистый металлический титан (99,9%) был впервые получен в 1910 году Мэтью А. Хантером путем нагревания TiCl ₄ с натрием в стальной бомбе при 700–800 °C в процессе Хантера. ^[2] Металлический титан не использовался вне лаборатории до 1946 года, когда Уильям Джастин Кролл доказал, что его можно производить в промышленных масштабах путем восстановления тетрахлорида титана магнием в так называемом процессе Кролла. Хотя исследования более эффективных и дешевых процессов продолжаются (например, FFC Cambridge), процесс Кролла по-прежнему используется для коммерческого производства. ^{[3] [2]}

Титан очень высокой чистоты производился в небольших количествах, когда Антон Эдуард ван Аркель и Ян Хендрик де Бур в 1925 году открыли процесс йодирования, или кристаллического бруска, путем взаимодействия с йодом и разложения образовавшихся паров над горячей нитью на чистый металл. . ^[10]

В 1950-х и 1960-х годах Советский Союз впервые применил титан в военных и подводных целях (Alfa Class и Mike Class) ^[11] в рамках программ, связанных с холодной войной. ^[12] Начиная с начала 1950-х годов титан стал широко использоваться в военной авиации, особенно в высокопроизводительных реактивных самолетах, начиная с таких самолетов, как F100 Super Sabre и Lockheed A-12.

В США Министерство обороны осознало стратегическую важность металла ^[13] и поддержало первые попытки коммерциализации. ^[14] На протяжении всего периода холодной войны титан рассматривался правительством США как стратегический материал, и в Национальном центре запасов Министерства обороны содержался большой запас губчатого титана, который был окончательно исчерпан в 2005 г. ^[15] Сегодня доля крупнейшего в мире производителя, российского ВСМПО-Ависма, оценивается примерно в 29% мирового рынка. ^[16]

В 2006 году Агентство обороны США выделило 5,7 миллиона долларов консорциуму из двух компаний на разработку нового процесса производства порошка металлического титана. Под воздействием тепла и давления порошок можно использовать для создания прочных и легких изделий, начиная от брони и заканчивая компонентами для аэрокосмической, транспортной и химической промышленности. ^[17]

Характеристики

Физический

Металлический элемент, титан, известен своим высоким соотношением прочности и веса. ^[6] Это легкий, прочный металл с низкой плотностью, который в чистом виде довольно пластичен (особенно в бескислородной среде), ^[18] блестящий и металлически-белого цвета. Относительно высокая температура плавления (более 1649 °C или 3 000 °F) делает его полезным в качестве тугоплавкого металла.

Коммерческие сорта титана (чистота 99,2 %) имеют предел прочности при растяжении около 63 000 фунтов на квадратный дюйм (434 МПа), что соответствует пределу прочности некоторых стальных сплавов, но они на 45 % легче. ^[5] Титан на 60% тяжелее алюминия, но более чем в два раза прочнее ^[5] , чем наиболее часто используемый алюминиевый сплав 6061-T6. Некоторые титановые сплавы (например, Beta C) достигают предела прочности при растяжении более 200 000 фунтов на квадратный дюйм (1380 МПа). ^[19] Однако титан теряет прочность при нагревании выше 430 °C (800 °F). ^[5]

Он довольно твердый (хотя и не такой твердый, как некоторые марки термообработанной стали) и с трудом поддается механической обработке, так как будет истираться, если не используются острые инструменты и надлежащие методы охлаждения. Как и конструкции из стали, титановые конструкции имеют предел выносливости, который гарантирует долговечность в некоторых областях применения. ^[20]

Металл представляет собой диморфный аллотроп с гексагональной альфа-формой, изменяющейся в объемно-центрированную кубическую (решетчатую) бета-форму при 882 °C (1 619 °F). ^[5] Теплоемкость альфа-формы резко возрастает при нагревании до этой температуры перехода, но затем падает и остается довольно постоянной для бета-формы независимо от температуры. ^[5]

Химический

Наиболее известным химическим свойством титана является его превосходная устойчивость к коррозии; он почти так же устойчив, как платина, способен выдерживать воздействие кислот, влажного газообразного хлора и растворов поваренной соли. ^[6] Чистый титан не растворяется в воде, но растворяется в концентрированных кислотах. ^[21]

В то время как следующая диаграмма Pourbaix показывает, что титан является термодинамически очень реакционноспособным металлом, он медленно реагирует с водой и воздухом.

Этот металл образует пассивное и защитное оксидное покрытие (что приводит к повышению коррозионной стойкости) при воздействии повышенных температур на воздухе, но при комнатной температуре не тускнеет. ^[18] При первом формировании этот защитный слой имеет толщину всего 1–2 нм, но продолжает медленно расти; достигая толщины 25 нм за четыре года. ^[8]

Титан сгорает при нагревании на воздухе до 610 °C (1 130 °F) или выше с образованием диоксида титана. ^[6] Это также один из немногих элементов, которые сгорают в чистом газообразном азоте (он сгорает при 800 °C или 1 472 °F и образует нитрид титана, вызывающий охрупчивание). ^[23] Титан устойчив к разбавленной серной и соляной кислотам, а также газообразному хлору, растворам хлора и большинству органических кислот. ^[2] Он является парамагнитным (слабо притягивается к магнитам) и имеет довольно низкую электрическую и тепловую проводимость. ^[18]

Эксперименты показали, что природный титан становится радиоактивным после бомбардировки его дейтронами, испускающими в основном позитроны и жесткое гамма-излучение. ^[2] Когда он раскален докрасна, металл соединяется с кислородом, а когда он достигает 550 °C (1022 °F), он соединяется с хлором. ^[2] Он также реагирует с другими галогенами и поглощает водород. ^[3]

Возникновение

Титан всегда связан с другими элементами в природе. Это девятый по распространенности элемент в земной коре (0,63% по массе) ^[5] и седьмой по распространенности металл. Он присутствует в большинстве изверженных горных пород и образовавшихся из них отложениях (а также в живых существах и естественных водоемах). ^{[18] [2]} Фактически, из 801 типа магматических пород, проанализированных Геологической службой США, 784 содержали титан. ^[5] Его доля в почвах составляет приблизительно от 0,5 до 1,5%. ^[5]

Широко распространен и встречается преимущественно в минералах анатазе, бруките, ильмените, перовските, рутиле, титаните (сфене), а также во многих железных рудах. Из этих минералов только рутил и ильменит имеют экономическое значение, но даже их трудно найти в высоких концентрациях. ^[3] Значительные месторождения титаноносного ильменита существуют в западной Австралии, Канаде, Новой Зеландии, Норвегии и Украине. Большое количество рутила также добывается в Северной Америке и Южной Африке, что способствует годовому производству 90 000 тонн металла и 4,3 миллиона тонн диоксида титана. Общие известные запасы титана оцениваются в более чем 600 миллионов тонн. ^[8]

Титан содержится в метеоритах, обнаружен на Солнце и в звездах М-типа; ^[2] самый холодный тип звезды с температурой поверхности 3200 °C (5 792 °F). ^[8] Камни, доставленные с Луны во время миссии «Аполлон-17», состоят из 12,1% TiO ₂ . ^[2] Он также содержится в угольной золе, растениях и даже в организме человека.

Производство и изготовление

Переработка металлического титана происходит в 4 основных этапа: ^[25] превращение титановой руды в «губку», пористую форму; плавление губки или губки и лигатуры с образованием слитка; первичное производство, при котором слиток превращается в продукцию общего проката, такую ​​как заготовки, прутки, пластины, листы, полосы и трубы; и вторичное изготовление готовых форм из проката.

Поскольку металл реагирует с кислородом при высоких температурах, его нельзя получить путем восстановления его диоксида. Поэтому металлический титан в промышленных масштабах производится с помощью процесса Кролла, сложного и дорогого периодического процесса. (Относительно высокая рыночная стоимость титана в основном связана с его обработкой, при которой жертвуется другой дорогой металл, магний. ^[5] ) В процессе Кролла оксид сначала превращается в хлорид путем карбохлорирования, при этом газообразный хлор пропускают через раскаленный докрасна рутил или ильменит в присутствии углерода для получения TiCl ₄ . Его конденсируют и очищают фракционной перегонкой, а затем восстанавливают расплавленным магнием при 800 °C в атмосфере аргона. ^[6]

Недавно разработанный метод FFC Cambridge, ^[26] может в конечном итоге заменить процесс Кролла. Этот метод использует порошок диоксида титана (который представляет собой очищенную форму рутила) в качестве исходного сырья для получения конечного продукта, который представляет собой порошок или губку. Если используются порошки смешанных оксидов, продукт представляет собой сплав, который производится с гораздо меньшими затратами, чем традиционный многостадийный процесс плавления. Кембриджский процесс FFC может сделать титан менее редким и дорогим материалом для аэрокосмической промышленности и рынка предметов роскоши, и его можно увидеть во многих продуктах, которые в настоящее время производятся с использованием алюминия и специальных сортов стали.

Обычные титановые сплавы получают восстановлением. Например; восстанавливают купротитан (рутил с добавлением меди), ферроуглеродистый титан (ильменит восстанавливают коксом в электропечи) и манганотитан (рутил с марганцем или оксидами марганца). ^[23]

2TiFeO ₃ + 7Cl ₂ + 6C (900 °C) → 2TiCl ₄ + 2FeCl ₃ + 6CO

TiCl ₄ + 2Mg (1100°C) → 2MgCl ₂ + Ти

Около 50 марок титана и титановых сплавов обозначены и используются в настоящее время, хотя только несколько десятков легко доступны в продаже. ^[27] ASTM International признает 31 класс металлического титана и его сплавов, из которых классы с 1 по 4 являются коммерчески чистыми (беспримесными). Эти четыре отличаются различной степенью прочности на растяжение в зависимости от содержания кислорода, при этом степень 1 является наиболее пластичной (самая низкая прочность на растяжение при содержании кислорода 0,18%), а степень 4 — наименьшей (самая высокая прочность на растяжение с содержанием кислорода 0,18%). содержание кислорода 0,40%). ^[20] Остальные марки представляют собой сплавы, каждая из которых предназначена для определенных целей, будь то пластичность, прочность, твердость, удельное электрическое сопротивление, сопротивление ползучести, устойчивость к коррозии в определенных средах или их комбинация. ^[28]

Марки, подпадающие под действие ASTM, и другие сплавы также производятся в соответствии с аэрокосмическими и военными спецификациями (SAE-AMS, MIL-T), стандартами ISO и специфическими для страны спецификациями, а также запатентованными конечными пользователями. спецификации для аэрокосмической, военной, медицинской и промышленной техники. ^[29]

С точки зрения изготовления, вся сварка титана должна выполняться в инертной атмосфере аргона или гелия, чтобы защитить его от загрязнения атмосферными газами, такими как кислород, азот или водород. ^[5] Загрязнение может привести к различным состояниям, таким как охрупчивание, которое снижает целостность сборочных сварных швов и приводит к разрушению соединения. Хозяйственно чистое плоское изделие (лист, плита) может быть легко сформировано, но при обработке необходимо учитывать тот факт, что металл имеет «память» и имеет свойство пружинить. Особенно это касается некоторых высокопрочных сплавов. ^{[30] [31]} Металл можно обрабатывать на том же оборудовании и с помощью тех же процессов, что и нержавеющую сталь. ^[5]

приложений

Титан используется в стали в качестве легирующего элемента (ферротитан) для уменьшения размера зерна и в качестве раскислителя, а в нержавеющей стали — для снижения содержания углерода. ^[18] Титан часто сплавляют с алюминием (для уменьшения размера зерна), ванадием, медью (для упрочнения), железом, марганцем, молибденом и другими металлами. ^[32] Изделия из титанового проката (листы, плиты, прутки, проволока, поковки, отливки) можно найти на промышленных, аэрокосмических, рекреационных и развивающихся рынках. Порошок титана используется в пиротехнике как источник ярко горящих частиц.

Пигменты, добавки и покрытия

Около 95% добываемой на Земле титановой руды предназначено для переработки в диоксид титана (TiO _{2 ), интенсивно белый перманентный пигмент, используемый в красках, бумаге, зубной пасте и пластмассах. ^[33] Он также используется в цементе, драгоценных камнях, в качестве оптического глушителя в бумаге, ^[34] и в качестве упрочняющего агента в композитных графитовых удочках и клюшках для гольфа.}

TiO _{2 порошок химически инертен, устойчив к выгоранию на солнце и очень непрозрачен: это позволяет ему придавать чистый и блестящий белый цвет коричневым или серым химическим веществам, образующим большинство бытовых пластмасс. ^[3] В природе это соединение встречается в минералах анатазе, бруките и рутиле. ^[18] Краска на основе диоксида титана хорошо переносит суровые температуры, в некоторой степени самоочищается и выдерживает морскую среду. ^[3] Чистый диоксид титана имеет очень высокий показатель преломления и оптическую дисперсию выше, чем у алмаза. ^[2]}

В последнее время его начали использовать в очистителях воздуха (в качестве фильтрующего покрытия) или в пленке, используемой для покрытия окон зданий, которые под воздействием УФ-излучения (солнечного или антропогенного) и влаги в воздухе производят реактивные окислительно-восстановительные соединения, такие как гидроксильные радикалы, которые могут очищать воздух или поддерживать чистоту оконных поверхностей. ^[35]

Аэрокосмическая и морская промышленность

Благодаря высокому соотношению прочности на растяжение и плотности, ^[6] , высокой коррозионной стойкости ^[2] и способности выдерживать умеренно высокие температуры без ползучести, титановые сплавы используются в самолетах, броневой обшивке, военно-морских кораблях, космических кораблях и ракетах. ^{[3] [2]} Для этих применений титан, легированный алюминием, ванадием и другими элементами, используется для различных компонентов, включая важные конструкционные детали, противопожарные перегородки, шасси, выхлопные трубы (вертолеты) и гидравлические системы. Фактически около двух третей всего производимого металлического титана используется в авиационных двигателях и рамах. ^[20] SR-71 «Blackbird» был одним из первых самолетов, в конструкции которого широко использовался титан, что проложило путь к его использованию в современных истребителях и коммерческих самолетах. Приблизительно 58 тонн используется в Boeing 777, 43 в 747, 18 в 737, 24 в Airbus A340, 17 в A330 и 12 в A320. A380 может использовать 77 тонн, в том числе около 11 тонн в двигателях. ^[36] В двигателях титан используется для роторов, лопаток компрессора, компонентов гидравлической системы и гондол. Титановый сплав 6АЛ-4В составляет почти 50% всех сплавов, используемых в авиационной технике. ^[37]

Благодаря высокой коррозионной стойкости к морской воде титан применяется для изготовления гребных валов и такелажа, теплообменников опреснительных установок; ^[2] в нагревателях-охладителях для морских аквариумов, лески и поводка, а также для водолазных ножей. Титан используется для изготовления корпусов и других компонентов морских устройств наблюдения и мониторинга для научных и военных целей.

Промышленный

Титановые сварные трубы и технологическое оборудование (теплообменники, резервуары, технологические сосуды, арматура) применяются в химической и нефтехимической промышленности в первую очередь для обеспечения коррозионной стойкости. Специальные сплавы используются в скважинах и гидрометаллургии никеля из-за их высокой прочности (титан Бета-С) или коррозионной стойкости или их сочетания. Целлюлозно-бумажная промышленность использует титан в технологическом оборудовании, подвергающемся воздействию агрессивных сред, таких как гипохлорит натрия или влажный газообразный хлор (на отбеливателях). ^[38] Другие области применения включают: ультразвуковую сварку, пайку волной припоя, ^[39] и мишени для распыления. ^[40]

Бытовой и архитектурный

Металлический титан используется в автомобильной промышленности, особенно в автомобильных или мотоциклетных гонках, где крайне важно снижение веса при сохранении высокой прочности и жесткости. Металл, как правило, слишком дорог, чтобы его можно было продать на обычном потребительском рынке, за исключением продуктов высокого качества. Поздние модели Corvettes были доступны с титановыми выхлопными трубами, ^[41] и гоночные велосипеды часто оснащаются титановыми глушителями. Титановый сплав используется для шатунов в двигателе Corvette Z06 2006 года и позже. Другое использование в автомобилестроении включает поршневые штоки и скобяные изделия (болты, гайки и т. д.).

Компания Parker Pen Company использовала титан для создания перьевой ручки T-1, позже расширенной до шариковых ручек T-1 и шариков-роллеров. Перьевая ручка Т-1 была представлена ​​в 1970 году, а ручка-роллер и шариковая ручка Т-1 — в 1971 году. Производство было остановлено в 1972 из-за дороговизны изготовления титана. Коллекционеры ценят Parker T-1 за их коллекционную ценность.

Головки молотков из титана были представлены в 1999 году. Их небольшой вес позволяет использовать более длинную рукоятку, что увеличивает скорость головки и приводит к тому, что к гвоздю передается больше энергии, при этом снижается утомляемость руки. Титан также уменьшает ударную нагрузку, передаваемую пользователю, потому что титановая головка создает около 3% отдачи по сравнению со стальной головкой, которая генерирует около 27%.

Титан используется во многих спортивных товарах; теннисные ракетки, клюшки для гольфа, клюшки для лакросса; решетки для шлемов для крикета, хоккея, лакросса и футбола, а также велосипедные рамы и компоненты. Титановые сплавы также используются в оправах для очков. В результате получается довольно дорогая, но очень прочная и долговечная рама, легкая по весу и не вызывающая аллергии на коже. Многие туристы используют титановое оборудование, в том числе кухонную посуду, столовые приборы, фонари и колышки для палаток. Хотя эти титановые изделия немного дороже, чем традиционные альтернативы из стали или алюминия, они могут быть значительно легче без ущерба для прочности. Титан также предпочитают использовать кузнецы, поскольку он легче и прочнее стали при изготовлении подков. Титановые подковы можно найти на скачках, и они используются многими владельцами лошадей-амишей, которые полностью полагаются на конные экипажи для транспортировки. Титан даже стал несколько популярным для использования в ювелирных изделиях, таких как кольца и пирсинг.

Из-за своей долговечности титан в последние годы стал более популярным для дизайнерских украшений, тогда как до недавнего времени из металла было слишком сложно обрабатывать сложные формы с точностью, необходимой для ювелирных украшений. Сегодня титановые кольца, в том числе помолвочные и обручальные, являются одним из самых быстрорастущих сегментов рынка ювелирных изделий из титана, отчасти благодаря способности металла подвергаться канавке, инкрустации и резке без потери прочности. Некоторые ювелирные изделия из титана также включают бриллианты или другие драгоценные камни, как правило, в тесной оправе, такой как безель, заподлицо или натянутые конструкции. Его инертность снова делает его хорошим выбором для людей, страдающих аллергией, или для тех, кто будет носить украшения в таких условиях, как плавательные бассейны.

Титан иногда использовался в архитектуре: 120 футовый (40 м) памятник Юрию Гагарину, первому человеку, совершившему путешествие в космос, в Москве сделан из титана из-за привлекательного цвета металла и ассоциации с ракетной техникой. ^[42] Музей Гуггенхайма в Бильбао и Библиотека тысячелетия Серритоса были первыми зданиями в Европе и Северной Америке соответственно, обшитыми титановыми панелями. Другие виды использования титановой обшивки в строительстве включают здание Фредерика К. Гамильтона в Денвере, Колорадо. ^[43]

Благодаря превосходной прочности и легкому весу по сравнению с другими металлами, традиционно используемыми в огнестрельном оружии (сталь, нержавеющая сталь и алюминий), а также достижениям в области металлообработки использование титана стало более распространенным в производстве огнестрельного оружия. Основное использование включает пистолетные рамы и револьверные цилиндры.

Медицинский

Поскольку титан является биосовместимым (нетоксичным и не отторгается организмом), титан используется в различных медицинских целях, включая хирургические инструменты и имплантаты, такие как тазобедренные суставы и гильзы (замена суставов), которые могут оставаться на месте до 20 лет. Титан обладает свойством остеоинтеграции, что позволяет использовать его в зубных имплантатах, которые могут оставаться на месте более 30 лет. Это свойство также полезно для применения в ортопедических имплантатах. ^[8]

Поскольку титан не является ферромагнитным, пациентов с титановыми имплантатами можно безопасно обследовать с помощью магнитно-резонансной томографии (удобно для долгосрочных имплантатов). Подготовка титана к имплантации в тело включает в себя воздействие на него высокотемпературной плазменной дуги, которая удаляет поверхностные атомы, обнажая свежий титан, который мгновенно окисляется. ^[8] Титан также используется для хирургических инструментов, используемых в хирургии под визуальным контролем, а также для инвалидных колясок, костылей и любых других изделий, где важны высокая прочность и малый вес.

Его инертность и способность окрашиваться в привлекательный цвет делают его популярным металлом для пирсинга. ^[44] Титан может быть анодирован для получения различных цветов. ^[45] Ряд художников работают с титаном для создания таких произведений искусства, как скульптуры, декоративные предметы и мебель.

Соединения

Степень окисления +4 преобладает в химии титана, но соединения со степенью окисления +3 также распространены. Из-за этой высокой степени окисления многие соединения титана имеют высокую степень ковалентной связи.

Звездчатые сапфиры и рубины получают свой астеризм из-за присутствующих в них примесей диоксида титана. ^[8] Титанаты представляют собой соединения, изготовленные из диоксида титана. Титанат бария обладает пьезоэлектрическими свойствами, что позволяет использовать его в качестве преобразователя при взаимном преобразовании звука и электричества. ^[6] Сложные эфиры титана образуются в результате реакции спиртов и тетрахлорида титана и используются для водонепроницаемости тканей. ^[6]

Нитрид титана (TiN) часто используется для покрытия режущих инструментов, таких как сверла. Он также находит применение в качестве декоративной отделки золотого цвета и в качестве барьерного металла при производстве полупроводников.

Тетрахлорид титана (хлорид титана (IV), TiCl ₄ , иногда называемый «щекоткой») представляет собой бесцветную жидкость, которая используется в качестве промежуточного продукта при производстве диоксида титана для краски. Он широко используется в органической химии в качестве кислоты Льюиса, например, в альдольной конденсации Мукаямы. Титан также образует низший хлорид, хлорид титана (III) (TiCl ₃ ), который используется в качестве восстановителя.

Дихлорид титаноцена является важным катализатором образования углерод-углеродных связей. Изопропоксид титана используется для эпоксидирования по Шарплессу. Другие соединения включают; бромид титана (используется в металлургии, суперсплавах, высокотемпературной электропроводке и покрытиях) и карбид титана (находится в высокотемпературных режущих инструментах и ​​покрытиях). ^[3]

Изотопы

Основная статья: Изотопы титана

Встречающийся в природе титан состоит из 5 стабильных изотопов; ⁴⁶ Ti, ⁴⁷ Ti, ⁴⁸ Ti, ⁴⁹ Ti и ⁵⁰ Ti, причем ⁴⁸ Ti является наиболее распространенным (73,8% естественного содержания). Были охарактеризованы одиннадцать радиоизотопов, наиболее стабильным из которых является ⁴⁴ Ti с периодом полураспада 63 года 9 .1064 45 Ti с периодом полураспада 184,8 минуты, ⁵¹ Ti с периодом полураспада 5,76 минуты и ⁵² Ti с периодом полураспада 1,7 минуты. Все остальные радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 33 секунд, а у большинства из них период полураспада составляет менее половины секунды. ^[7]

Изотопы титана имеют атомный вес от 39,99 ед ( ⁴⁰ Ti) до 57,966 ед ( ⁵⁸ Ti). Первичная мода распада до наиболее распространенного стабильного изотопа, ⁴⁸ Ti, это захват электронов и основная мода после бета-излучения. Первичными продуктами распада до ⁴⁸ Ti являются изотопы элемента 21 (скандия), а первичными продуктами после — изотопы элемента 23 (ванадия). ^[7]

Меры предосторожности

Титан не токсичен даже в больших дозах и не играет никакой естественной роли в организме человека. Приблизительно 0,8 миллиграмма титана попадает в организм человека каждый день, но большая часть проходит через него, не всасываясь. Однако он имеет тенденцию к биоаккумуляции в тканях, содержащих кремнезем. Неизвестный механизм в растениях может использовать титан для стимуляции производства углеводов и стимулирования роста. Это может объяснить, почему большинство растений содержат около 1 части на миллион (ppm) титана, пищевые растения содержат около 2 частей на миллион, а хвощ и крапива содержат до 80 частей на миллион. ^[8]

В виде порошка или металлической стружки металлический титан представляет значительную пожароопасность, а при нагревании на воздухе — опасность взрыва. Водные и углекислотные методы тушения пожаров неэффективны при горении титана; Вместо этого следует использовать сухие порошковые огнетушащие вещества класса D. ^[3]

Даже сыпучий металлический титан подвержен возгоранию, когда он нагревается до точки плавления. Ряд титановых пожаров возникает при разрушении устройств, содержащих титановые детали, с помощью резаков.

При производстве или обращении с хлором необходимо соблюдать осторожность и использовать титан только в местах, где он не будет подвергаться воздействию сухого газообразного хлора, что может привести к воспламенению титана/хлора. Необходимо соблюдать осторожность даже при использовании титана во влажном хлоре из-за возможного неожиданного высыхания, вызванного экстремальными погодными условиями.

Титан может загореться при контакте свежей неокисленной поверхности с жидким кислородом. Такие поверхности могут появиться при ударе по окисленной поверхности твердым предметом или при механическом напряжении, вызывающем появление трещины. Это создает возможные ограничения для его использования в системах с жидким кислородом, например, в аэрокосмической промышленности.

Соли титана часто считаются относительно безвредными, но его соединения хлора, такие как TiCl ₂ , TiCl ₃ и TiCl ₄ , представляют несколько необычных опасностей. Дихлорид имеет форму пирофорных черных кристаллов, а тетрахлорид представляет собой летучую дымящуюся жидкость. Все хлориды титана вызывают коррозию.

См. также

• Титановое покрытие
• Соединения титана
• Титан в Африке 9 ^{a b c d e f g h i j k} 9 ^{a b c d e f g H I J K} 4 KREBS E. ). 9 ^{a b c d e f g h i j k} 9 ^{a b c d e f g ч} «Титан». Колумбийская энциклопедия (6-е издание). (2000 – 2006). Нью-Йорк: Издательство Колумбийского университета. ISBN 0787650153 . 9 ^{a b c d e f g h i j} Эмсли, Джон (2001).
  Share This Post  : 

  Добавить комментарий Отменить ответ

  Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

  Комментарий *

  Имя *

  Email *

  Сайт