ТИТА́Н

ТИТА́Н (Тitanium), Ti, хи­мич. эле­мент IV груп­пы ко­рот­кой фор­мы (4-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы, ат. н. 22, ат. м. 47,867. В при­ро­де пять ста­биль­ных изо­то­пов: ⁴⁶Ti (8,25%), ⁴⁷Ti (7,44%), ⁴⁸Ti (73,72%), ⁴⁹Ti (5,41%), ⁵⁰Ti (5,18%). Ис­кус­ст­вен­но по­лу­че­ны ра­дио­ак­тив­ные изо­то­пы с мас­со­вы­ми чис­ла­ми 38–58.

Историческая справка

От­крыт в 1791 англ. хи­ми­ком-лю­би­те­лем У. Гре­го­ром и не­за­ви­си­мо в 1795 М. Кла­про­том, кото­рый дал эле­мен­ту на­зва­ние в честь ти­та­нов – де­тей Ура­на и Геи в греч. ми­фо­ло­гии.

Распространённость в природе

Со­дер­жа­ние Т. в зем­ной ко­ре 0,63% по мас­се. Важ­ней­шие ми­не­ра­лы ру­тил, иль­ме­нит, ти­та­но­маг­не­тит, пе­ров­скит и ти­та­нит; см. так­же Ти­та­но­вые ру­ды.

Свойства

Кон­фи­гу­ра­ция внеш­них элек­трон­ных обо­ло­чек ато­ма Т. 3d²4s²; cте­пень окис­ле­ния +4, ре­же +3 и +2; энер­гии по­сле­до­ват. ио­ни­за­ции 6,82, 13,58, 27,47, 43,24 эВ; элек­тро­от­ри­ца­тель­ность по По­лин­гу 1,5; атом­ный ра­ди­ус 149 пм, ион­ные ра­диу­сы Ti⁴⁺ при ко­ор­ди­нац. чис­лах 4, 5, 6 и 8 рав­ны со­от­вет­ст­вен­но 56, 65, 74 и 88 пм.

Т. – се­реб­ри­сто-бе­лый ме­талл, при 882 °С гек­са­го­наль­ная α-мо­ди­фи­ка­ция (плот­ность 4508 кг/м³) пе­ре­хо­дит в ку­би­че­скую β-мо­ди­фи­ка­цию; t_пл 1670 °С, t_кип 3280 °С; те­п­ло­про­вод­ность 21,9 Вт/(м·К). Об­ла­да­ет вы­со­ки­ми ме­ха­нич. ха­рак­те­ри­сти­ка­ми, срав­ни­тель­но сла­бо за­ви­ся­щи­ми от темп-ры и силь­но – от со­дер­жа­ния при­ме­сей Н, N, C и О. Для Т. вы­со­кой сте­пе­ни чис­то­ты пре­дел проч­но­сти при рас­тя­же­нии 240–260 МПа, пре­дел те­ку­че­сти 140–170 МПа, от­но­сит. уд­ли­не­ние 55–70%, мо­дуль уп­ру­го­сти 96–106 ГПа, твёр­дость по Бри­нел­лю 175 МПа.

Стан­дарт­ный элек­трод­ный по­тен­ци­ал Ti⁰/Ti³⁺ 1,63 В, Ti³⁺/Ti⁴⁺ 0,20 В. По­верх­ность Т. по­кры­ва­ет­ся за­щит­ной плён­кой, обес­пе­чи­ваю­щей ус­той­чи­вость к даль­ней­ше­му окис­ле­нию на воз­ду­хе до 500 °С, а так­же в мор­ской во­де, раз­бав­лен­ных рас­тво­рах ки­слот и ще­ло­чей. Реа­ги­ру­ет с кон­цен­три­ров. ще­ло­ча­ми и ки­сло­та­ми, с вод­ны­ми рас­тво­ра­ми, со­дер­жа­щи­ми ио­ны фто­ра. По­ро­шок и струж­ка Т. за­го­ра­ют­ся на воз­ду­хе и в азо­те. Взаи­мо­дей­ст­ву­ет с га­ло­ге­на­ми, об­ра­зу­ет твёр­дые рас­тво­ры и гид­ри­ды с во­до­ро­дом, неск. ок­си­дов с ки­сло­ро­дом (в т. ч. ти­та­на ди­ок­сид), со­еди­не­ния пе­ре­мен­но­го со­ста­ва с азо­том и с уг­ле­ро­дом, бо­ри­ды, си­ли­ци­ды, халь­ко­ге­ни­ды. Из­вест­ны мно­го­числ. ти­та­на­ты (со­еди­не­ния выс­ших ок­си­дов Ti с бо­лее оснoвными ок­си­да­ми), а так­же ти­та­нор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния. Т. об­ра­зу­ет спла­вы со все­ми ме­тал­ла­ми, кро­ме ще­лоч­ных и щё­лоч­но­зе­мель­ных (см. Ти­та­но­вые спла­вы).

Получение

Для по­лу­че­ния Т. иль­мени­то­вый кон­цен­трат вос­ста­нав­ли­ва­ют в элек­тро­ду­го­вой пе­чи и по­лу­чен­ный шлак пе­ре­ра­ба­ты­ва­ют хло­рид­ным или суль­фат­ным спо­со­бом. По хло­рид­но­му спо­со­бу из шла­ка по­лу­ча­ют тет­ра­хло­рид TiCl₄, ко­то­рый очи­ща­ют и вос­ста­нав­ли­ва­ют ме­тал­лич. Mg c по­лу­че­ни­ем ти­та­но­вой губ­ки. Губ­ку пе­ре­плав­ля­ют в ва­ку­ум­ных ду­го­вых пе­чах в слит­ки Т. или его спла­вы. По суль­фат­но­му спо­со­бу кон­цен­тра­ты раз­ла­га­ют H₂SO₄, вы­ще­ла­чи­ва­ют по­лу­чен­ные ок­си­суль­фа­ты во­дой, гид­ро­ли­зу­ют их до гид­ро­кси­да Т., ко­то­рый су­шат и про­ка­ли­ва­ют до TiO₂. Ра­фи­ни­ро­ва­ние Т. ве­дут элек­тро­ли­тич. или ио­дид­ным спо­со­бом, а так­же ва­ку­ум­ной пе­ре­плав­кой. В 2013 ми­ро­вое про­из-во кон­цен­тра­тов Т. со­став­ля­ло 7,55 млн. т, губ­ки Т. – бо­лее 220 тыс. т.

Применение

Ме­тал­лич. Т. ис­поль­зу­ют гл. обр. для по­лу­че­ния проч­ных лёг­ких спла­вов, ко­то­рые при­ме­ня­ют в авиа-, ра­ке­то- и су­до­строе­нии, хи­мич., га­зо­вой, неф­тя­ной и пи­ще­вой пром-сти, крио­ген­ной тех­ни­ке, ме­ди­ци­не и др. от­рас­лях.