Уникатни својства на металот од титаниум: густина и точка на топење

Историја на откривањето на метал

Се започна во 1791 година, кога, независно еден од друг, во исто време, Вилијам Грегор (Англија) и М. Г. Клапрот (Германија) прими титаниум диоксид, но тие не можеа да одделат чиста супстанција од неа. Mineralogist и, во комбинација, селскиот свештеник Грегор студирал црна железна песок пронајдена во близина на неговата парохија. Резултатот беше отстранување на титаниум Соединение - брилијантен зрна, која се нарекува "menakin" (од минерални menakanit) овековечи своите домови Англичанецот.

Околу истото време, хемичарот Клапро, проучувајќи ги црвените песоци донесени од Унгарија, најде нова супстанција во минералот од рутил и го нарече "титаниум". И, неколку години подоцна, тој докажа дека рутил и менакенот се идентични соединенија. Во 1825 година шведскиот хемичар Берзелиус го добил првиот титаниум метал примерок, но ова не овозможи напредок во проучувањето на својствата, бидејќи нечистотијата направила примерокот кршлив и несоодветен за обработка.

Само во 1925 година холандските хемичари Ван Аркел и де Боер, користејќи термички распаѓање на титаниум јодид, кој не бил широко употребуван, добил супстанција со чистота од 99,9%. Таков метал беше пластика, може да се свитка во листови, жица и фолија. Ова ни овозможи да започнеме целосна студија за физички и хемиски својства, да привлечеме внимание на инженерите и градителите и да го нагласиме обемот на примена. И веќе во 1940 година се појави процес на Крол за обновување на магнезиум тетрахлорид со титаниум, кој до сега успешно се користи.

Теории за потеклото на името

Постојат две теории за потеклото на името:

• Првиот, нагласувајќи ги основните својства на металот на титаниум - леснотијата и силата, е поврзан со името на ликот на германската легенда - титанија.
• Друга теорија се однесува на античката грчка митологија, каде што синовите браќа - божества од втората генерација, децата на боговите на Уран и Гаја, биле наречени титани. Одгласите на ова се слушуваат во името на елементот на ураниум.

Наоѓање на титаниум во природата

Титан го освои чесното четврто место од содржината во земјената кора меѓу металите кои се важни за луѓето, второ само на железо, магнезиум и алуминиум. Неговата максимална количина е концентрирана во долниот базалтен слој, нешто помалку во гранитниот слој. Земајќи ја предвид високата хемиска активност, не е можно да се најде титаниум во чиста форма. Најчести се тетравалентни оксиди, кои се концентрирани во рудите на атмосферската кора и во морската глина.

Денес, има до 75 титаниумски минерали, а научниците периодично го објавуваат откривањето на нови форми и соединенија. За индустриска обработка, најважни се:

• Илменит.
• Леукоксен (производ на илменит промена).
• Рутил.
• Титанит (сфена).
• Перовски.
• Anatase.
• Титаномагнетит.
• Брукит.

Титан - слаб мигрант, може да се пренесува само во форма на механички остатоци од карпи или кога се движи колоиден слоеви на резервоари. За типичен содржината биосферата максимални количества на овој метал во алгите, се наоѓаат во животните во волна и роговиден ткива во телото на човекот е присутна во тироидната жлезда, слезината, надбубрежните жлезди и плацентата.

Депозити на вселенскиот материјал

Најчести се депозитите на илменит, тие се околу 800 милиони тони. Резервите на рутилни руди се многу помали, но со растот на производството, сите тие можат да го обезбедат човештвото уште 100 години. Според резервите на титаниум, Русија е на второ место само во Кина и има 20 истражувани депозити. Повеќето од нив се комплексни, каде што исто така произведуваат железо, фосфор, ванадиум и циркониум. Денес, најголемиот светски производител титаниум е руската металуршка компанија ВСМПО-АВИСМА.

Обемните депозити се наоѓаат во Јужна Африка, Украина, Канада, САД, Бразил, Австралија, Шведска, Норвешка, Египет, Казахстан, Индија и Јужна Кореја. Тие се разликуваат во содржината на метал во руди и обемот на екстракција, геолошките истражувања не запираат. Дури и на Месечината, пронајдени се резерви на руди кои содржат титаниум, некои од нив десетици пати поголеми од големите наоѓалишта на Земјата. Ова ни овозможува да се надеваме на намалување на пазарната цена на метал и проширување на обемот на употреба.

Физички својства на елементот

Титан - хемискиот елемент на периодниот систем на Менделеев, е во четвртата група од четвртиот период. Таа има атомски број 22, моларна маса од 47,867, означена со симболот Ti и покажува оксидациски состојби од 2 до 4, нејзините тетравалентни соединенија се најстабилни. При нормален притисок, точката на топење на титаниум е 1670 ± 2 ° C, се однесува на обоените огноотпорни метали и наликува на челик.

Цврстина, еластичност и сила на ротација - важни параметри за секој метал што го одредуваат опсегот на примена. Титан е 12 пати посилен од алуминиум, 4 пати бакар и железо. И тоа е многу полесно од сите нив (густината на титаниум е само 4,54 g / cm 3) и слободно се обработува со заварување, штавење, фалсификување и валање. Важни карактеристики вклучуваат ниска топлинска спроводливост и електрична спроводливост, кои остануваат непроменети дури и при високи температури.

Титан покажува парамагнетни својства: не е магнетизиран во магнетно поле, како никел и железо, и не е истуркан како сребро и злато. Неговите слаби антифрикциски својства се должат на придржувањето кон многу материјали. Одлични перформанси на отпорност на корозија и отпорност на механички стрес: титаниум плоча, десет години лежат на морското дно, нема да подлежат на промени во изгледот и составот и железо во тоа време ќе се распадне целосно.

Хемиски својства

Високата отпорност на корозија се должи на фактот дека во нормални услови, на површината на металот е присутен оксид филм. Меѓутоа, во форма на прав, фини струготини или жица, тој е способен за само-запалување и експлодирање. Титан е отпорен на водени раствори на хлор и многу разредени алкалии и киселини, освен флуороводородна, ортофосфорна и сулфурна. Заварување и топење се врши во вакуум, бидејќи кога дури и мало загревање е прикажана една од главните карактеристики на титаниум - активна апсорпција на амбиентниот атмосферски гасови.

Реакцијата со водород, која започнува на 60 ° C, е реверзибилна, како резултат на хидридите повторно се распаѓа при загревање. На воздух на 1200 ° C титаниум сјае со светло бел пламен и само може да изгори во атмосфера на азот на температура над 400 ° C со формирање на нитриди. За да комуницирате со халогени, потребните услови се отсуството на влага и присуството на катализатор - висока температура. Реакцијата со јаглерод произведува суперхард карбид. Со повеќето метали, титан формира високо-цврсти структурни или отпорни на топлина легури и интерметални соединенија, често се користи како важна компонента за легирање.

Начин на производство од суровини

Почетниот материјал е титаниум диоксид, кој содржи малку надворешни нечистотии. Ова бара рутилен концентрат, добиен со збогатување на рудата. Но, нејзините светски резерви се мали и често се користи титаниумска згура (синтетички рутил), што се добива со термичка обработка - збогатување на илменитовите концентрати во електрична ладна печка. Како резултат на тоа, железо во форма на леано железо се собира на дното на посебна бања, а останува прашок со сива боја - згура што содржи титаниум оксид. Се меле, се меша со јаглен, брикетира и се хлорира во печки, каде што при 800 ° C во присуство на пареа на јаглерод титаниум тетрахлорид се формираат.

Потоа се чистат и во специјални реактори се намалува со магнезиум на 950 ° C На ѕидовите се формира шилеста порозна маса, титаниум сунѓер, кој се калцинира во вакуум за одвојување од соединенија од магнезиум. За да направите инготи од титаниум, користете го топењето на добиената сунѓер во вакуум-лачни печки. Ова го спречува металот од оксидација и го промовира конечното ослободување на нечистотии. Подготвени инготи со чистота до 99,7% се користат за обработка на притисок (валање, штампање, фалсификување).

Главни апликации

Тешко е да се опишат сите области од животот каде што има место за титаниум, но меѓу главните области може да се забележи:

• Главните потрошувачи се воздушната индустрија и ракетниот инженеринг. Висока точка на топење и леснотија се непроценливи предности на титаниум кога се користи како "летачки" структурен материјал. За авион, на пример, тие се елерони и решетки, вртливи крила, цевководи и рамки. Длабоко е симболично дека во 1980 година споменикот на Југ А. Гагарин основан во Москва беше направен од овој космички метал.
• Бродоградба исто така има потреба од материјали за отпорни на светлина и корозија. Во доцните седумдесетти на дваесеттиот век, речиси целото годишно производство на титаниум во Советскиот Сојуз отиде во создавање на нуклеарна подморница, каде што служеше како главен структурен материјал. Резултатот беше намалување на една третина од тежината на подморницата, нејзиниот парамагнетизам, максималните вредности на длабочината на потопување и брзината под вода.
• Титаниумските плочи се употребуваат во електрани. Тежината на елегантен елен е 4 кг, тешка тежина - 10,5 кг. Дури и една таква лента со дебелина од само 5 мм сигурно штити од куршуми со пиштол и пушка.
• Метал е неопходен за потребите на хемиската индустрија поради неговата отпорност на корозија во најагресивни средини и на високи температури: инструменти и цевководи, резервоари за складирање и дестилација, филтри и затворачки вентили.
• За да се даде челик цврстина и отпорност на топлина се користи како легирање додаток.
• Титан легури служат за производство на сечење и хируршки инструменти, накит. Металот не е отфрлен од страна на човечкото тело, така што се користи во медицината за да се создадат импланти.
• Од античките времиња зградите во европските градови биле покриени со листови за цинк. Во дваесеттиот век е создаден еколошки чист и издржлив цинк-титански материјал за овие потреби. Нејзината одлична пластичност помага да се направат покриви од речиси сите контури и да се формираат нестандардни конструкции на фасади.
• Производството на градежни материјали, бои, гума, пластика, хартија и прехранбени адитиви е тешко да се замисли без титаниум соединенија. Тие се на побарувачката во електротехниката, тие може да се најдат во составот на огноотпорни очила и керамички делови, во потпорите на дупчење платформи кои работат во екстремни морски услови и куќишта на домашни компјутери.

Обемот на титаниум постојано се шири, го попречува комплексноста и енергетскиот интензитет на процесот на добивање на чиста супстанција. Делумно поради тоа, традиционалното железо и алуминиум се уште се цврсто држење на позициите денес. Титан е скапо лекување. Цената на метал во форма на концентрат е стотици пати помала од цената на готовите производи, на пример, лимот. Денес таквите трошоци не се достапни за секого, затоа употребата на титаниум го одредува нивото на економски развој и одбранбен капацитет на државата.