Titanium ni chuma. Mali ya titani. Matumizi ya titan. Bidhaa na kemikali ya titani

Milele, siri, cosmic, nyenzo za siku zijazo - haya yote na mengine mengine mengi yanapangwa katika vyanzo mbalimbali kwa titan. Historia ya ugunduzi wa chuma hii haikuwa ya kawaida: wanasayansi kadhaa wakati huo huo walifanya kazi katika kutengwa kwa kipengele katika fomu safi. Mchakato wa kujifunza mali, kemikali na kuamua sehemu za maombi yake si kukamilika mpaka sasa. Titanium - chuma cha siku zijazo, nafasi yake katika maisha ya mwanadamu bado haijafikiriwa, ambayo inatoa watafiti wa kisasa nafasi kubwa ya ubunifu na utafiti wa kisayansi.

Kipengele

Kipengele cha kemikali cha titan (Titanium) kinaashiria katika meza ya mara kwa mara ya DI Mendeleyev na alama Ti. Iko katika kikundi cha sekondari cha kikundi IV cha kipindi cha nne na ina idadi ya serial 22. Dutu rahisi ya titani ni chuma cha rangi nyeupe-rangi, mwanga na nguvu. Configuration ya elektroni ya atomi ina muundo wafuatayo: +22) 2) 8) 10) 2, 1S ² 2S ² 2P ⁶ 3S ² 3P ⁶ 3d ² 4S ² . Kwa hiyo, titan ina viwango kadhaa vya uwezekano wa oxidation: 2, 3, 4, katika misombo imara zaidi ni tetravalent.

Je! Titanium alloy au chuma?

Swali hili linawavutia wengi. Mnamo mwaka 1910, Mtaalamu wa mifugo wa Marekani alipokea titan ya kwanza safi. Ya chuma kilikuwa na asilimia 1 tu ya uchafu, lakini kiasi chake hakuwa na maana na hakuruhusu uchunguzi zaidi wa mali zake. Ya plastiki ya dutu ya kupatikana ilipatikana tu chini ya ushawishi wa joto la juu, chini ya hali ya kawaida (chumba cha joto) sampuli ilikuwa tete sana. Kwa kweli, kipengele hiki hakuwa na riba kwa wanasayansi, kwani matumaini ya matumizi yake yalionekana haijulikani. Ugumu wa kupata na utafiti umepungua zaidi uwezekano wa matumizi yake. Ni mwaka wa 1925 tu wa maduka ya dawa kutoka Uholanzi I. de Boer na A. Van Arkel walipata chuma cha titan, ambazo zimevutia wataalamu na wabunifu ulimwenguni pote. Historia ya utafiti wa kipengele hiki huanza mwaka wa 1790, wakati huu kwa sambamba, kwa kujitegemea, wanasayansi wawili wanafungua titan kama kipengele cha kemikali. Kila mmoja hupokea kiwanja (oksidi) ya dutu hii, huku akiondoa chuma katika fomu yake safi. Mvumbuzi wa kwanza wa titan ni Mchezaji wa madini wa Kiingereza William Gregor. Katika eneo la parokia yake, iko kusini-magharibi mwa Uingereza, mwanasayansi mdogo alianza kujifunza mchanga mweusi wa Bonde la Menacan. Matokeo ya majaribio na sumaku ilikuwa kutenganishwa kwa nafaka za kuangaza, ambazo zilikuwa kiwanja cha titani. Wakati huo huo nchini Ujerumani, mtaalamu wa dawa ya dawa Martin Heinrich Klaproth alichagua dutu mpya kutoka kwenye madini ya rutile. Mwaka wa 1797, pia alionyesha kuwa mambo yaliyo wazi kufanana yanafanana. Dioksidi ya titanani kwa zaidi ya karne ilikuwa siri kwa waandishi wengi wa dawa, hakuwa hata Berzelius ambaye hakuweza kupata chuma safi. Teknolojia mpya zaidi ya karne ya XX ilipunguza kasi mchakato wa kusoma kipengele na kuamua maelekezo ya awali ya matumizi yake. Wakati huo huo, wigo wa maombi ni kupanua daima. Kupunguza wigo wake unaweza tu utata wa mchakato wa kupata dutu kama titan safi. Bei ya alloys na chuma ni ya kutosha, hivyo leo haiwezi kuondoa chuma cha jadi na alumini.

Mwanzo wa jina

Menakin ni jina la kwanza la titani, ambalo lilitumiwa mpaka 1795. Hiyo ni sawa, kwa mujibu wa ushirikiano wa wilaya, unaitwa kipengele kipya cha U. Gregor. Martin Klaprot anaweka kipengele katika 1797 jina "titanium". Kwa wakati huu, wenzake wa Ufaransa, wakiongozwa na kemia mwenye mamlaka, AL Lavoisier, walipendekeza wito vitu vilivyotambulika kwa mujibu wa mali zao za msingi. Mwanasayansi wa Ujerumani hakukubaliana na mbinu hii, aliamini kuwa katika hatua ya ugunduzi ni vigumu kuamua sifa zote za dutu na kuzionyesha kwa jina. Hata hivyo, inapaswa kutambuliwa kuwa neno la Klaprot iliyochaguliwa kikamilifu linalingana na chuma - hii imesisitizwa mara kwa mara na wanasayansi wa kisasa. Kuna maelezo mawili ya msingi ya asili ya jina la titani. Chuma inaweza kuteuliwa hivyo kwa heshima ya malkia wa elven Titania (tabia ya hadithi ya Ujerumani). Jina hili linaashiria ukubwa na nguvu ya dutu hii. Wasomi wengi wanapendelea kutumia toleo la kale la Kigiriki mythology, ambalo Titans waliwaita watoto wenye nguvu wa kiungu wa nchi ya Gaia. Kwa neema ya toleo hili linasema jina la kipengele kilichopatikana hapo awali - uranium.

Kuwa katika asili

Ya metali ambayo kimsingi ni ya thamani kwa wanadamu, titan safu ya nne kwa suala la kuenea katika ukubwa wa dunia. Maudhui ya asilimia kubwa katika asili ni sifa tu kwa chuma, magnesiamu na alumini. Maudhui makuu ya titani hupatikana kwenye shell ya basaltic, chini kidogo kwenye safu ya granite. Katika maji ya bahari maudhui ya dutu hii ni chini - kuhusu 0,001 mg / l. Kipengele cha kemikali cha titan ni kazi kabisa, kwa hiyo haiwezekani kukidhi katika hali yake safi. Mara nyingi huwa katika misombo na oksijeni, huku ina valence sawa na nne. Kiasi cha madini ya titan hutofautiana kutoka 63 hadi 75 (katika vyanzo tofauti), wakati wa hatua ya sasa ya utafiti, wanasayansi wanaendelea kugundua aina mpya za misombo yake. Kwa matumizi ya vitendo, madini yafuatayo yana umuhimu mkubwa:

1. Ilmenite (FeTiO ₃ ).
2. Rutile (TiO ₂ ).
3. Titanite (CaTiSiO ₅ ).
4. Perovskite (CaTiO ₃ ).
5. Titanomagnetite (FeTiO ₃ + Fe ₃ O ₄ ), nk.

Ores zote zilizopo za titan zimegawanywa katika placer na msingi. Kipengele hiki ni mhamiaji dhaifu, anaweza kusafiri tu kwa namna ya fractures ya jiwe au harakati za miamba ya matope ya chini. Katika biosphere, kiasi kikubwa cha titani kinapatikana katika mwamba. Katika wawakilishi wa viumbe wa nchi, kipengele kinajiunga na tishu za horny, nywele. Kwa mwili wa mwanadamu unahusishwa na kuwepo kwa titani katika wengu, tezi za adrenal, placenta, tezi ya tezi.

Mali ya kimwili

Titanium - chuma isiyo na feri, yenye rangi nyeupe-nyeupe, inaonekana kama chuma. Katika joto la 0 ^° C, wiani wake ni 4.517 g / cm ³ . Dutu hii ina mvuto mdogo, ambayo ni tabia ya metali za alkali (cadmium, sodium, lithiamu, cesium). Kwa suala la wiani, titani inachukua nafasi ya kati kati ya chuma na alumini, wakati utendaji wake ni wa juu zaidi kuliko ule wa vipengele vyote viwili. Mali kuu ya metali, ambayo huzingatiwa katika upeo wa maombi yao, hutoa nguvu na ugumu. Titanium ni nguvu kuliko alumini mara 12, chuma na shaba - mara 4, wakati ni nyepesi sana. Ya plastiki ya dutu safi na mazao yake ya mazao hufanya iwezekanavyo kutengeneza maadili ya chini na ya juu, kama vile ilivyo kwa madini yote, yaani, riveting, forging, welding, and rolling. Tabia ya titanamu ni conductivity ya chini ya mafuta na umeme, wakati mali hizi zihifadhiwa kwenye joto la juu, hadi 500 ^° C. Katika shamba la magnetic, titani ni kipengele cha paramagnetic, haipatikani kama chuma, na haipatikani nje kama shaba. Utendaji mzuri sana wa kupendeza katika mazingira ya ukali na mvuto wa mitambo ni ya kipekee. Zaidi ya miaka 10 ya kukaa katika maji ya bahari haukubadilisha kuonekana na muundo wa sahani iliyofanywa kwa titani. Iron katika kesi hii ingeangamizwa kabisa na kutu.

Mali ya thermodynamic ya titan

1. Uzito wiani (chini ya hali ya kawaida) ni 4.54 g / cm ³ .
2. Nambari ya atomiki ni 22.
3. Kikundi cha metali - kinzani, mwanga.
4. Masi ya atomiki ya titani ni 47.0.
5. Kiwango cha kuchemsha ( ⁰ C) ni 3260.
6. Kiwango cha molar cm ³ / mol ni 10.6.
7. Kiwango cha kiwango cha titan ( ⁰ C) ni 1668.
8. Joto maalum la uvukizi (kJ / mol) ni 422.6.
9. Resistivity ya umeme (saa 20 ⁰ C) Ohm * cm 10 ^-6 - 45.

Kemikali mali

Kuongezeka kwa upinzani wa kutu kwa kipengele ni kutokana na kuundwa kwa filamu ndogo ya oksidi juu ya uso. Inazuia (chini ya hali ya kawaida) athari za kemikali na gesi (oksijeni, hidrojeni) iko katika mazingira ya jirani ya kipengele kama vile titani ya chuma. Mali yake yanabadilika chini ya ushawishi wa joto. Inapoongezeka hadi 600 ^° C, mmenyuko na oksijeni hutokea, na kusababisha malezi ya titini oksidi (TiO ₂ ). Katika kesi ya ufumbuzi wa gesi ya hewa tete misombo ni sumu ambayo haina maombi ya vitendo, ndiyo sababu kulehemu na kiwango cha titan hufanyika chini ya hali ya utupu. Mmenyuko inayoweza kubadilishwa ni mchakato wa kupunguzwa kwa hidrojeni katika chuma, inafanya kazi zaidi wakati joto linaongezeka (kutoka 400 ^° C na juu). Titanium, hasa chembe zake nzuri (sahani nyembamba au waya), huwaka katika anga ya nitrojeni. Mchanganyiko wa mwingiliano wa kemikali inawezekana tu kwa joto la 700 C, na kusababisha malezi ya nitridi ya TiN. Kwa metali nyingi hufanya alloys ya juu-ngumu, mara nyingi kipengele cha doping. Katika mmenyuko na halojeni (chromium, bromini, iodini) huingia tu mbele ya kichocheo (joto la juu) na chini ya hali ya mahusiano na jambo kavu. Katika kesi hiyo, alloys ngumu sana refractory hutengenezwa. Pamoja na ufumbuzi wa alkali wengi na asidi, titani sio kemikali, isipokuwa ya asidi ya kujilimbikizia (kwa muda mrefu moto), hydrofluoric, hai ya kikaboni (fomu, oxalic).

Deposits

Ya kawaida katika asili ya omen ilmenite - hifadhi zao inakadiriwa kwa tani milioni 800. Amana ya amana ya rutile ni ya kawaida zaidi, lakini kiasi cha jumla - wakati wa kudumisha ukuaji wa uzalishaji - lazima kutoa ubinadamu kwa miaka 120 ijayo kwa chuma kama vile titani. Bei ya bidhaa ya kumaliza itategemea mahitaji na ongezeko la kiwango cha manufacturability, lakini inatofautiana kwa wastani kutoka rubles 1200 hadi 1800 kwa kila kilo. Katika hali ya kuboresha mara kwa mara kiufundi, gharama za michakato yote ya uzalishaji ni kwa kiasi kikubwa na kwa kisasa cha kisasa. Hifadhi kubwa ya madini ya titan ni nchini China na Urusi, pamoja na Japan, Afrika Kusini, Australia, Kazakhstan, India, Korea ya Kusini, Ukraine, Ceylon. Amana yanajulikana kwa kiasi cha uchimbaji na asilimia ya titan katika madini, uchunguzi wa kijiolojia unaendelea wakati wote, ambayo inafanya uwezekano wa kushuka kwa thamani ya soko la chuma na matumizi yake pana. Urusi ni mtengenezaji mkubwa zaidi wa titan.

Kupokea

Kwa ajili ya uzalishaji wa titan mara nyingi hutumiwa dioksidi yake, yenye kiasi cha chini cha uchafu. Inapatikana kwa kuimarisha ilmenite inazingatia au otile ya rutile. Katika tanuru ya umeme ya arc, ore ni kutibiwa kwa joto, ambayo inaongozana na kujitenga kwa chuma na kuundwa kwa slag yenye oksidi ya titani. Asidi ya sulfuriki au njia ya kloridi hutumiwa kutibu sehemu isiyo na chuma. Oxydi ya Titanium ni poda ya kijivu (angalia picha). Metal titan inapatikana kwa usindikaji wake wa hatua kwa hatua.

Awamu ya kwanza ni mchakato wa kuchuja slag na coke na kuathirika kwa mvuke ya klorini. TiCl ₄ husababisha kupunguzwa kwa magnesiamu au sodiamu kwa joto la 850 ^° C. Sipuli ya titanamu (pumzi iliyosababishwa na porous) inayopatikana kutokana na mmenyuko wa kemikali inafakia au kuingizwa ndani ya ingots. Kulingana na mwelekeo zaidi wa matumizi, alloy au chuma huundwa kwa fomu safi (uchafu huondolewa kwa joto hadi 1000 C). Njia ya iodidi hutumiwa kwa ajili ya uzalishaji wa dutu na maudhui ya uchafu wa 0.01%. Inategemea mchakato wa uvukizi kutoka sifongo ya titani, iliyotibiwa na halogen, mvuke wake.

Maombi

Kiwango cha kiwango cha titan kina kutosha kuwa, kwa urahisi wa chuma, ni faida kubwa ya kuitumia kama nyenzo za kimuundo. Kwa hiyo, hupata maombi makubwa zaidi katika ujenzi wa meli, sekta ya ndege, utengenezaji wa makombora, viwanda vya kemikali. Titanium mara nyingi hutumiwa kama alloy inayoongeza katika alloys mbalimbali, ambayo imeongezeka sifa ya ugumu na upinzani wa joto. Vipengele vya kupambana na kutu na uwezo wa kuhimili vyombo vya habari vya ukatili zaidi hufanya hii chuma isiwezekani kwa sekta ya kemikali. Titanium (aloi zake) hutoa mabomba, mizinga, valves za kuacha, filters kutumika kwa ajili ya kutengeneza na usafiri wa asidi na vitu vingine vya tendaji. Inahitaji wakati wa kujenga vifaa vinavyofanya kazi kwa hali ya joto la joto. Misombo ya Titanium hutumiwa kwa ajili ya kufanya zana za kukataa kwa muda mrefu, rangi, plastiki na karatasi, vyombo vya upasuaji, implants, mapambo, vifaa vya kumaliza, kutumika katika sekta ya chakula. Maelekezo yote ni vigumu kuelezea. Dawa ya kisasa kwa sababu ya usalama kamili wa kibaiolojia mara nyingi hutumia chuma cha titan. Bei - hii ndiyo sababu pekee inayoathiri upana wa matumizi ya kipengele hiki. Ni kweli kwamba Titanium ni nyenzo za siku zijazo, kujifunza ambayo, ubinadamu utafikia hatua mpya ya maendeleo.