ТИТА́Н
-
Рубрика: Химия
-
Скопировать библиографическую ссылку:
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; tпл 1670 °С, tкип 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.