Учебная работа. Влияние минерального состава питьевой воды на здоровье населения

Кафедра ХиТМСЭ

характеристики титана и его соединений

Северск — 2005

Введение

Титан находится в побочной подгруппе четвертой группы, как следует относится к переходным элементам. Переходные элементы владеют определенными похожими качествами.

Общая черта переходных частей. Индивидуальности переходных частей определяются, до этого всего, электрическим строением их атомов, во наружном электрическом слое которых содержаться, как правило, два s-электрона (время от времени один; исключение составляет палладий: в его невозбужденном атоме нет 6s-электронов). Низкие значения энергии ионизации этих атомов указывают на сравнимо слабенькую связь наружных электронов с ядром; так, для ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта энергии ионизации составляют соответственно 6,74; 6,76; 7,43; 7,90 и 7,86 эВ. Конкретно потому переходные элементы в образуемых ими соединениях имеют положительную окисленность и выступают в качестве соответствующих металлов, проявляя тем сходство с сплавами основных подгрупп.

Но меж сплавами основных и побочных подгрупп есть и значительные различия. Они также соединены с чертами электрического строения переходных частей, а конкретно с тем, что во 2-м снаружи электрическом слое их атомов имеется не на сто процентов занятый электронами d-подуровень. Для образования хим связей атомы переходных частей могут применять не только лишь наружный электрический слой (как это имеет пространство у частей основных групп), но также d-электроны и вольные d-орбитали предыдущего слоя. Потому для переходных частей существенно наиболее свойственна переменная валентность, чем для металлов основных подгрупп. Возможность сотворения хим связей с ролью d-электронов и вольных d-орбиталей обусловливает и ярко выраженную способность переходных частей к образованию устойчивых всеохватывающих соединений. С сиим же связана соответствующая расцветка почти всех соединений переходных частей, тогда как соединения металлов основных подгрупп почти всегда тусклы.

Практически все элементы основных подгрупп IV-VII групп повторяющейся системы представляют собой неметаллы, в то время как элементы побочных подгрупп — сплавы. Потому в правой части повторяющейся системы различия в свойствах частей основных и побочных подгрупп появляются в особенности резко. Но в тех вариантах, когда элементы главной и побочной подгруппы находятся в высшей степени окисленности, их подобные соединения проявляют существенное сходство. Так, хром, расположенный в побочной подгруппе VI группы, образует кислотный оксид Cr2O3, близкий по свойствам к триоксиду серы SO3. Оба эти вещества в обыденных критериях находятся в жестком состоянии и образуют при содействии с водой кислоты состава H2ЭО4. Буквально также оксиды марганца и хлора, надлежащие высшей степени окисленности этих частей, — Mn2O7 и Cl2O7 — владеют схожими качествами и представляют собой ангидриды мощных кислот, отвечающих общей формуле HЭО4.

Схожая близость Параметров разъясняется тем, что в высшей степени окисленности атомы частей лавных и побочных подгрупп получают схожее электрическое строение. к примеру, атом хрома имеет электрическую структуру 1s22s22p63s23p63d54s1. Когда хром находится в степени окисленности +6 (к примеру, в оксиде CrО3), 6 электронов его атома (5 3d- и один 4s-электрон) вкупе с валентными электронами примыкающих атомов (в случае CrО3 — атомов кислорода) образуют общие электрические пары, осуществляющие хим связи. Другие электроны, конкретно не участвующие в образовании связей, имеют конфигурацию 1s22s22p63s23p6, отвечающую электрической структуре великодушного газа. Аналогично у атома серы, находящегося в степени окисленности +6 (к примеру, в триоксиде серы SO3), 6 электронов участвуют в образовании ковалентных связей, а конфигурация других (1s22s22p6) также соответствует электрической структуре великодушного газа.

Мы знаем, что в границах 1-го периода у частей основных подгрупп, т.е. у s- и p-элементов, с возрастанием их порядкового номера число электронов во наружном электрическом слое атомов увеличивается, что приводит к достаточно резвому переходу от обычных металлов к обычным неметаллам. У переходных частей возрастание порядкового номера не сопровождается значимым конфигурацией структуры наружного электрического слоя; потому хим характеристики этих частей меняются в периоде хотя и закономерно, но еще наименее резко, чем у частей основных подгрупп.

В границах одной декады переходных частей (к примеру, от скандия до цинка) наибольшая устойчивая степень окисленности частей поначалу увеличивается (благодаря повышению числа d-электронов, способных участвовать в образовании хим связей), а потом убывает (вследствие усиления взаимодействия d-электронов с ядром по мере роста его заряда). Так, наибольшая степень окисленности скандия, титана, ванадия, хрома и марганца совпадает с номером группы, тогда как для железа она равна 6, для кобальта, никеля и меди — трем, а для цинка — двум. В согласовании с сиим меняется и устойчивость соединений, отвечающих определенной степени окисленности элемента. к примеру, оксиды TiO2 и VO, содержащие титан и ванадий в степени окисленности +2, — мощные восстановители, а подобные оксиды меди и цинка (CuO и ZnO) восстановительных параметров не проявляют.

В основных подгруппах устойчивость соединений, в каких элемент проявляет высшую степень окисленности, с повышением порядкового номера элемента, как правило, миниатюризируется. Так, соединения, в каких степень окисленности углерода либо кремния равна +4, полностью устойчивы, тогда как подобные соединения свинца (к примеру, PbO2) не много устойчивы и просто восстанавливаются. В побочных подгруппах проявляется оборотная закономерность: с возрастанием порядкового номера элемента устойчивость высших окислительных состояний увеличивается. Так, соединения хрома (VI) — мощные окислители, а для молибдена(VI) и вольфрама(VI) окислительные характеристики нехарактерны.

В границах каждой побочной подгруппы отмечается существенное сходство в свойствах частей 5-ого и шестого периодов. Это соединено с явлением лантаноидного сжатия.[1,c.646]

1. История открытия и нахождение в природе

В первый раз титан был открыт в виде двуокиси титана в 1789г. английским ученым МакГрегором. Позже почти всем исследователям удавалось получить железный титан. К числу таковых исследователей можно отнести Берцелиуса (1825г.), получившего железный титан восстановлением фтортитаната калия натрием; Нильсона и Петерсона (1887г.), которые получили железный титан восстановлением четыреххлористого титана натрием; Муассана (1895г.), получившего сплав содержащий около 2% примесей, восстановлением двуокиси титана углеродом с следующим рафинированием, и почти всех остальных. Но, длительное время титан неверно считали непригодным для использования в качестве конструкционного материала, потому что получаемый сплав являлся хрупким из-за огромного количества примесей. лишь сначала этого столетия был получен титан с новенькими качествами, которые ставят его в ряд с самыми ценными материалами.[7,c.6]

Титан является многообещающим сплавом не только лишь благодаря его качествам, да и поэтому, что припасы его в земной коре весьма значительны.[7,c.7]

Титан весьма всераспространен в природе; его содержание в земной коре составляет 0,61% (масс.), т.е. выше, чем содержание таковых обширно применяемых в технике металлов, как медь, свинец и цинк. [1,c.648]

Минералы, содержащие титан, находятся в природе везде. В истинное время насчитывается около восьмидесяти минералов, в состав которых заходит титан.[7,c.7] Важными из их являются: титаномагнетиты FeTiO3nFe3O4, ильменит , сфен CaTiSiO5 и рутил TiO2.[1,c.648]

Месторождения титана делятся на россыпные и коренные. Практически все применяемые для производства титана руды добываются из россыпных месторождений. Месторождения ильменита встречаются в почти всех странах. Создание ильменитовых концентратов, которые обычно содержат 50-60% двуокиси титана и используются в главном для получения пигментов титана, в крайние годы достигнуло практически 2,5 млн. т в год. Самым большим производителем ильменитовых руд являются США (Соединённые Штаты Америки — время Австралия, США (Соединённые Штаты Америки — случае приходится использовать наиболее сложные схемы, к примеру перевод сплава в другое соединение (хлорид, нитрид, фторид и т.д.), а потом чистку этого соединения от примесей и получение элемента методом восстановления остальным элементом либо электролизом. Выбор технологической схемы получения элемента зависит от почти всех причин. До этого всего исходят из оценки физико-химических параметров соединений и степени трудности аппаратурного дизайна.

До этого чем разглядывать вероятные схемы получения незапятнанного сплава, следует тормознуть на технологии получения титана совершенно. Высочайшая активность этого сплава и резкое понижение его параметров при маленьком повышении содержания примесей — это те свойства, наличие которых обусловливает применение особенных технологических приемов в процессе его производства. 1-ая стадия производства титана заключается в рудно-восстановительной плавке, которая проводится с целью обогащения начального материала окисными соединениями титана. Во всех следующих стадиях производства взаимодействие титана и его соединений с кислородом не нужно.

Титан растворяет такие элементы, как азот, водород и углерод. С крайним он образует стойкие карбиды, а в присутствии кислорода — оксикарбиды. Все эти примеси понижают пластичность сплава и делают его непригодным к употреблению в качестве конструкционного материала. При больших температурах титан может реагировать с CO, CO2,H2O и даже с таковыми крепкими соединениями, как SiO2, Al2O3, и MgO. Потому получение титана и его плавка должны осуществляться либо в среде инертного газа, либо в вакууме. Реактор для получения титана не быть может футерован обыкновенными футеровочными материалами. В случае воплощения процесса получения титана в железном реакторе возникают трудности, связанные со способностью титана сплавляться с большинством металлов. температура плавления титана составляет около 1660ўЄС, но при сплавлении с железом, никелем, медью и некими иными сплавами он образует эвтектический сплав с температурой плавления около 1000ўЄС и даже несколько ниже. Как следует, нужен таковой процесс, при котором образующийся титан стремительно охлаждается и, как следует, предотвращается процесс его взаимодействия с материалом реактора.

При любом методе получения титана должны быть учтены его обозначенные выше характеристики. В итоге этого Создание титана постоянно будет носить специфичный нрав и будет наиболее трудно, чем, к примеру, Создание таковых металлов, как алюминий либо магний.

Восстановление двуокиси титана углем. При содействии двуокиси титана с углеродом можно представить протекание последующих реакций:

Термодинамические расчеты демонстрируют, что до этого всего будут протекать реакции карбидообразования. процесс карбидообразования протекает через образование ряда промежных окислов, которые в свою очередь образуют непрерывный ряд жестких смесей с карбидом титана. Увеличение температуры либо снижение давления сдвигает равновесие системы в сторону замещения кислорода углеродом. При давлении ниже 10 мм рт. ст. и при температуре выше 1300ўЄС достигается полное обескислороживание твердого раствора и наблюдается выделение железного титана вследствие реакции:

Восстановление двуокиси титана водородом. процесс взаимодействия двуокиси титана с молекулярным водородом протекает до образования низших окислов.

При температуре 1050ўЄС двуокись титана восстанавливается водородом до Ti3O5 по реакции:

Выше данной нам температуры появляется смесь окислов Ti3O5 и Ti2O3.

Восстановление двуокиси титана кремнием, натрием, магнием и кальцием. Более мощным восстановителем является кальций. Окись кальция просто растворяется в разбавленных минеральных и органических кислотах и потому быть может сравнимо просто удалена опосля процесса восстановления. Также восстановление двуокиси титана может проводиться гидридом кальция, алюминием и при помощи электролиза.

Получение титана из его фтористых солей, карбидов и нитридов. Двуокись титан, также титановые руды могут быть переработаны в любые остальные соединения титана, к примеру в хлориды, фториды, сульфиды, нитриды, карбиды и др. Незапятнанный сплав из этих соединений быть может получен восстановлением, электролизом либо комбинированным методом.

Для электролиза из фтористых соединений более применимым является гексафтортитанат калия (K2TiF4). Он сравнимо просто выходит, имеет неплохую электропроводность и низкое давление пара, стоек на воздухе. Электролиз быть может осуществлен в среде расплавленных солей под защитой инертного газа. При всем этом можно получить сравнимо незапятнанный сплав, содержащий 99,9% титана. Сложность аппаратурного дизайна и высочайшая стоимость сырья являются существенными недочетами этого метода, препятствующими его развитию.

Внедрение карбидов и нитридов титана для получения незапятнанного сплава так же, как и консистенций, содержащих железный титан, соединено с применением электрорафинирования. Это двухстадийный метод, отличающийся тем, что в качестве начального сырья для первичной стадии процесса восстановления могут быть применены титаносодержащие шлаки либо даже концентраты руд. В качестве восстановителя употребляют уголь, алюминий, магний, кальций и остальные элементы и соединения. Зависимо от вида восстановителя и критерий протекания процесса получают железный титан, низшие оксиды, карбид, нитрид, оксикарбид либо оксикарбонитрид титана в консистенции с иными соединениями и элементами.[7,c.11]

Магнийтермический метод получения титана. Для получения титана также применяется магний, при всем этом в качестве побочного продукта выходит хлористый магний, являющийся сырьем для производства магния. вкупе с тем при производстве магния побочным продуктом является хлор, который нужен для получения четыреххлористого титана, потому Создание магния и титана обычно совмещают на одном заводе.

Титан выпускают в виде губы либо слитков, которые потом на остальных заводах перерабатывают на лист, профили, трубы, поковки и остальные полуфабрикаты. Технологическая схема получения титана состоит из 6 главных переделов.[7,c.29]

При промышленном получении титана руду либо экстракт переводят в диоксид титана TiO2, который потом подвергают хлорированию. Но даже при 800-1000?С хлорирование протекает медлительно. С достаточной для практических целей скоростью оно протекает в присутствии углерода, связывающего кислород в главном в СО:

TiO2 + 2Cl2 + 2C = TiCl4 + 2CO

Получающийся хлорид титана(IV) восстанавливают магнием:

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

а образующуюся смесь подвергают нагреванию в вакууме. При всем этом магний и его хлорид испаряются и осаждаются в конденсаторе. Остаток — губчатый титан — переплавляют, получая малогабаритный ковкий сплав.

Примеси кислорода, азота, углерода резко усугубляют механические характеристики титана, а при большенном содержании превращают его в хрупкий материал, непригодный для практического использования. Так как при больших температурах титан реагирует с нареченными неметаллами, его восстановление проводят в герметичной аппаратуре в атмосфере аргона, а чистку и переплавку — в высочайшем вакууме.[1,c.648]

Для получения маленьких количеств титана высочайшей чистоты используют иодидный способ.

Иодидный способ относится к тепловому разложению. Начальный сплав в виде порошка греется до 100-200?С с маленьким количеством иода в герметическом аппарате. В аппарате натянуты титановые нити, нагреваемые электронным током до 1300-1500?С. Титан (но не примеси) образует с иодом летучий иодид TiI4, который разлагается на раскаленных нитях. Выделяющийся незапятнанный титан осаждается на их, а иод образует с начальным сплавом новейшие порции иодида; процесс идет безпрерывно до переноса всего сплава на титановые нити:

4. Физические и хим характеристики

Титан — сплав, элемент IV группы повторяющейся системы Д.И. Менделеева. Порядковый номер 22. Атомная масса 47,88. Изотопы: 48 (главный), 46, 47, 49, 50. Плотность 4,5 г/см3. Существует в 2-ух полиморфных модификациях: Ь-Ti — при температурах ниже 882ўЄС, в-Ti — выше 882ўЄC. При переходе ЬЎжв изменение размера составляет +5,5%, термический коэффициент перехода 0,38 ккал/г-атом. температура плавления титана 1665+5ўЄС. Температура кипения 3572ўЄС. давление паров при 1200-2000 К:

Крепкость на разрыв незапятнанного (иодидного) титана составляет приблизительно 20 кГ/мм2, товарного титана 30-40 кГ/мм2, крепкость конструкционных сплавов на базе титана равна обычно 100-120 кГ/мм2, в отдельных же вариантах добивается 140 кГ/мм2 и выше.

Все элементы повторяющейся системы по отношению к титану по их хим действию можно поделить на четыре группы:

1. Элементы, не взаимодействующие с титаном: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Mg. Ca, Sr, Ba, Ra и инертные газы.

2. Элементы, образующие с титаном хим соединения с ковалентной связью, не имеющие либо имеющие малую растворимость в титане: H, F, Cl, Br, I, At, O, S, Se, Te, Po.

3. Элементы образующие с титаном соединения с железным нравом связи (железные соединения) и ограниченные твердые смеси: Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Be, Ga, In, Tl, B, Al, Th, C, Si, Ge, Sn, Pb, N, P, As, Sb, Bi, Mn, Te, Re, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir.

4. Элементы, образующие с титаном в-модификации непрерывных жестких смесей: Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Sc, W.

Таковым образом, титан так либо по другому ведет взаимодействие с с большинством частей. Это, с одной стороны, делает значимые трудности при получении незапятнанного титана и его сплавов, а , с иной стороны, дает возможность получать огромное количество различных по составу и свойствам сплавов.[7,c.5]

Титан — достаточно активный сплав; обычный электродный потенциал системы Ti/Ti2+ равен -1,63 В. Но благодаря образованию на поверхности сплава плотной защитной пленки титан владеет только высочайшей стойкостью против коррозии, превосходящей стойкость нержавеющей стали. Он не окисляется на воздухе, в морской воде и не меняется в ряде брутальных хим сред, а именно в разбавленной и концентрированной азотной кислоте и даже королевской водке.[1,c.649]

Титан при низкой температуре наиболее устойчив к действию кислорода, чем железо, но при нагревании на воздухе он сгорает до TiO2. С хлором титан реагирует приблизительно при 300?C.[2,c.635]

В отличие от циркония и гафния титан растворяется при нагревании в соляной кислоте, образуя в восстановительной атмосфере аквакомплексы Ti(III):

Смеси титана. В аква смесях Ti находится в большей степени в 4-валентном состоянии, но в определенных критериях есть комплексы, в каких валентность титана равна трем. Малый ионный радиус дозволяет ему получать приметную долю электрической плотности кислородного донора с образованием крепкой ковалентной связи. значения электроотрицательности для TiOH и TiO — 2,43 и 2,56 соответственно. Сродство ионов Ti+4 так велико, что комплексы фактически постоянно содержат кислород и образуют в смесях титана(IV) цепи с гидроксильными и кислородными мостиками.

Химия титана даже в разбавленных смесях оказывается связанной с действиями полимеризации.

В смесях титан может находиться в форме обычных и всеохватывающих ионов, также в коллоидно-дисперсном состоянии. Превалирование той либо другой формы зависит от критерий получения и хранения раствора, его концентрации, содержания примесей и остальных причин. Способность Ti вступать в обычные ионные реакции, к примеру в окислительно-восстановительные, свидетельствует о том, что в смесях сернокислые соли диссоциирует на катионы и анионы. Так, перевоплощение сульфата в хлорид при добавлении BaCl2:

Ti4++2SO42-+2Ba2++4Cl-=2BaSO4+Ti4++4Cl-

Происходит много и ион Ti4+ не меняется. Кристаллизация солей с верно выраженными стехиометрическими отношениями также является подтверждением их ионной природы.

В аква сернокислых смесях существование ионов Ti4+ нереально, потому что Ti существует в виде гидратных комплексов Ti(H2O)64+, подвергающихся гидролизу с депротонизацией. С позиций представлений о льдоподобной структуре воды выполненные расчеты по данным кажущихся мольных размеров разрешают полагать нахождение Ti(H2O)64+ как в каркасе структуры воды, так и в ее пустотах.

Прямых доказательств существования ионов титанила TiO2+ в растворе нет. Но наличие TiO-группы в ряде соединений не вызывает сомнения. Термохимическим способом показано, что ион титанила владеет в растворе ярко выраженной положительной гидратацией. Гидратные числа, рассчитанные для Ti-форм при мольных соотношениях SO3 : Ti, равных 2 и 1, составляют 9и 5 соответственно, что близко к наименьшим величинам для ионов U4+, Na+ и К+, отысканным по данным числе переноса электролитов. С ростом концентрации титана гидратные числа уменьшаются и к моменту кристаллизации сульфатов стают близкими к числу молекул Н2О на атом Ti, крепко связанных в жесткой фазе.[6,c.66]

Гидролиз титансодержащих ионов либо нейтральных молекул в сернокислых смесях — непростой физико-химический процесс. В нем различают несколько стадий: взаимодействие сульфатов титана с водой с их переходом в главные сульфаты, образование и рост мицелл гидроокиси, коагуляция мицелл с выпадением осадка. процесс гидролиза сульфатов титана быть может представлен поочередными реакциями:

Титановая губка. При металлотермическом восстановлении четыреххлористого титана образуются отдельные кристаллы сплава. Размер этих кристаллов колеблется от сотых толикой микрона до 10мм и наиболее. В процессе восстановления и при высокотемпературной выдержке отдельные кристаллы срастаются в губчатый блок, сохраняющий размеры и форму обскурантистского сосуда. Как и всякое пористое тело, титановая губка имеет огромную удельную поверхность.

Попадая на воздух, эта поверхность контактирует с газами, входящими в состав воздуха. Титан является химически активным элементом и вступает во взаимодействие с окружающими его газами. Степень этого взаимодействия зависит от величины поверхности губы, нрава взаимодействия титана с каждым из газов и температуры.

При дроблении, прессовании и остальных операциях губка греется до 250-300ўЄС. Это содействует убыстрению хим взаимодействия титана с газами. Присутствие хлористых солей в губке делает ее контакт с воздухом наиболее небезопасным, так как хлориды активно поглощают воду. Эти характеристики губы при определенных критериях появляются так резко, что из высших видов сплава быть может получено изделие низкого свойства либо даже брак. Потому, явления связанные с загрязнением титановой губы в период ее пребывания на воздухе, требуют кропотливого исследования и неизменного внимания.

Взаимодействие титановой губы с кислородом. Титан ведет взаимодействие с кислородом при всех температурах. При излишке кислорода появляется TiO2, в других критериях может быть образование TiO и Ti2O3. Образовавшийся при комнатной температуре адсорбционный слой состоит из химически связанного кислорода и надстройки почти не связанных с поверхностью атомов газов. В исходный период процесса на скорость роста окисной пленки основное воздействие оказывает температура. Окисление поверхности титана происходит основным образом в течение 1-2 ч. Предстоящая выдержка при температурах до 300ўЄС приводит к незначимому изменению состояния поверхности. Это соединено с защитными качествами окисной пленки.

процесс окисления титана на воздухе в интервале 20-300ўЄС можно поделить на три периода:

1. Образование окисной пленки при температуре до 50ўЄС; при всем этом роста содержания кислорода способом вакуум-плавления не находится.

2. Окисление титана в спектре температур от 60 до 140ўЄС; в этом интервале температур повышение содержания кислорода подчиняется линейному уравнению

3. Окисление титана в спектре температур от 140 до 300ўЄС; в этом интервале температур повышение содержания кислорода в титане выражается параболической зависимостью

При температурах выше 400ўЄС структура пленки нарушается, и скорость окисления титана резко увеличивается. Это соединено с повышением скорости диффузии ионов кислорода с поверхности в глубь сплава. Окисление титана на воздухе протекает наиболее активно, чем в чистом кислороде. Это соединено с присутствием азота, который содействует образованию изъянов в сетке окисла и увеличивает скорость окисления.

Взаимодействие титана с азотом. В итоге взаимодействия титана с азотом появляется нитрид титана (TiN). цвет нитрида титана меняется от светло-коричневого до бронзово-желтого.

На воздухе до 300ўЄС титан некординально ведет взаимодействие с азотом. Данный факт подтверждает, что на воздухе до этого всего появляется окисная пленка, которая в значимой степени защищает титан от взаимодействия с азотом. При повышении температуры до 400ўЄС начинается некое растворение окисной пленки в глубь сплава, происходит нарушение структуры поверхностной пленки, в итоге чего же взаимодействие титана с азотом воздуха интенсифицируется.

В среде азота взаимодействие титана с азотом при 20ўЄС находится лишь по изменению цвета поверхности сплава.

Азот способен растворяться в титане; до 550ўЄС диффузия ионов азота в глубь сплава протекает медлительно, но резко активируется при 700ўЄС. Даже незначимое содержание азота в титане приводит к приметному повышению его твердости. Азотирование является действенным средством увеличения износоустойчивости титана.

Взаимодействие титана с водой. При хим содействии титана с водой по схеме

Протекают сразу два процесс: поглощение титаном водорода и образование окисных соединений.

Повышение содержания кислорода в титановой губке при окислении в воде при температуре до 100ўЄС пропорционально квадрату температуры

Окисление титана в воде протекает активно; повышение содержания кислорода в титане в итоге взаимодействия с водой наиболее чем в 10 раз превосходит окисление на воздухе при тех же температурах, содержание водорода в титане опосля контакта с водой увеличивается в 3-4 раза.

Взаимодействие титана с водородом. При содействии титана с водородом появляется гидрид титана (TiH2). Не считая того, титан поглощает около 30% (ат.) водорода, который занимает октаэдрические пустоты сетки. Если адсорбировано незначимое количество водорода, то наблюдается лишь расширение кристаллической сетки без конфигурации типа ее структуры. Предстоящая адсорбция делает существенное напряжение. Наиболее богатой водородом фазе соответствует формула TiH2.

Адсорбированный при завышенных температурах водород не остается лишь на поверхности. Водород диффундирует в титан с весьма большенными скоростями. Так, к примеру, при 500ўЄС коэффициент диффузии водорода в Ь-титане составляет 1,5?10-5 см2/сек.

Высочайшая скорость диффузии водорода в титане описывает высшую интенсивность их взаимодействия. Диффузия водорода в титан происходит через щели и остальные места нарушения структуры сплава. За сиим резвым действием следует неспешная диффузия водорода и его растворение в сплаве с образованием твердого раствора. Опосля того как образование твердого раствора будет закончено, существенное количество водорода быть может адсорбировано на поверхности межкристаллитных щелей, что приведет к поглощению водорода в количестве, большем стехиометрического.

Поглощение титаном водорода — процесс обратимый, при температуре выше 800ўЄС водород быть может на сто процентов удален из титана.

Кропотливая дегазация дозволяет убрать один из товаров реакции титана с водой, но окисные соединения на сто процентов остаются в сплаве и приводят к ухудшению его свойства. В связи с тем, что первым шагом взаимодействия титана с водой является физическая адсорбция паров воды из воздуха, этому процессу обязано быть уделено особенное внимание.[7,c.236]

5. Применение

Благодаря только высочайшему сопротивлению коррозии титан — красивый материал для производства хим аппаратуры. Но основное свойство титана, способствующее все большему его применению в современной технике, — высочайшая жаростойкость как самого титана, так и его сплавов с алюминием и иными сплавами. Не считая того эти сплавы владеют жаропрочностью — способностью сохранять высочайшие механические характеристики при больших температурах. Все это делает сплавы титана очень ценными материалами для самолето- и ракетостроения.[1,c649] Невзирая на сравнимо высшую стойкость титана, применение его в хим машиностроении полностью оправдывается, потому что окупается длительностью службы сделанного из него оборудования. Почти все области техники уже не могут обходиться без титана.[7,c7]

Титан только незначительно тяжелее алюминия, но втрое прочнее его. Это открывает перспективы внедрения титана в разных областях машиностроения. Довольно указать, что внедрение деталей из титана и его сплавав в движках внутреннего сгорания дозволяет понизить массу этих движков приблизительно на 30%.

Широкие способности внедрения титана в технике вызвали бурное развитие его производства. В 1948 г. был получен 1-ый промышленный титан в количестве 2,5 т, в 1954 г. мировое Создание этого сплава составило 7000 т, а в 1957 г. достигнуло 30 000 т. Таковых темпов роста не наблюдалось в производстве ни 1-го другого из металлов.[1,c.649]

Железный титан похож на сталь; незапятнанный титан ковок уже на холоду. Он применяется для производства жаропрочных карбидов. Для промышленных целей издавна уже получают ферротитан, добавление которого в малых количествах (0,1%) в особые стали увеличивает их тягучесть и наращивает сопротивление на разрыв.[2,c.635]

Сплавы с алюминием различаются неплохой свариваемостью; крепкость их по сопоставлению с незапятнанным титаном существенно выше. Но такие сплавы недостаточно отлично поддаются жаркой пластической деформации. Для улучшения технологичности сплавов при ковке и прокатке в их состав вводят марганец, молибден, хром ванадий и остальные элементы. Увеличение содержания алюминия в сплавах титана приводит к увеличению жаропрочности.

Сплавы титана употребляют для производства широкого ассортимента полуфабрикатов. Из сплавов ВТ-1 и 3А1 изготавливают поковки, штамповки, листы; из сплава ОТ-4 — листы, из сплава ВТ3 — поковки. Жаропрочный сплав ВТ-6 употребляют для различного типа полуфабрикатов.[7,c.279]

В процессе производства титановой губы и при переработке ее в готовые изделия появляется существенное количество отходов. Обычно, отходами являются кричная губка крупностью -3+0мм и гарниссажная крупностью -5+0мм. К отходам относятся и те части губы, которые удаляются при первичной обработке блока: верхняя и нижняя пленка и губка из мест соприкосновения блока со стенами реактора. часть губы отбраковывается при зрительном осмотре ее на ленте транспортера.[7,c.291]

Приблизительно 2/3 полного количества отходов являются кондиционными, но имеют завышенное содержание кислорода, азота и остальных примесей. Если отходы загрязнены примесями лишь с поверхности, то опосля соответственной обработки их можно применять для подшихтовки при изготовлении используемых электродов.

Отходы с загрязнением по всему сечению бруска пока не находят оптимального внедрения в индустрии. Маленькие кусочки, верно разбитый сбор которых по сплавам недозволено гарантировать вследствие трудозатратности контроля состава, также относятся к некондиционным отходам. Рациональное внедрение и переработка отходов титана разрешают существенно прирастить количество изделий без роста мощности заводов, производящих титан.

Более оптимальным методом использования кондиционных отходов, получаемых при переработке титановой губы а слитки, листы и литые изделия, является возвращение их в повторную плавку. Если технологический процесс литья идет нормально, то свойство сплава отходов фактически не различается от свойства сплава отливок. Если отливка считается пригодной, то ее отходы могут быть применены для переплава.[7,c.292]

Из губы маленьких фракций могут быть сделаны металлокерамические фильтры для чистки магния. Отсевы титановой губы наиболее маленьких фракций могут быть применены для производства прессованием различного рода металлокерамических деталей и титановой ленты методом прокатки порошков.[7,c.294]

В истинное время в индустрии обширно употребляется способ предотвращения коррозии основного сплава методом пленочного либо диффузного покрытия его остальным сплавом, наиболее стойким в данной нам среде. Высочайшая коррозионная стойкость титана в почти всех средах является одним из самых ценных его свойств. В ряде всевозможных случаев титановые покрытия владеют наиболее высочайшими коррозионными качествами, чем титан, а именно при действии серной и соляной кислот.[7,c.295]

Хим индустрия может применять значимые количества отходов титана, переработанных тем либо другим методом в определенные продукты: двухлористый и треххлористый титан, гидрид титана, титансодержащие хлоридные расплавы и т.д.

Значимые количества некондиционных отходов титана используются в темной металлургии для раскисления сталей. Беря во внимание высшую стоимость титановых отходов, внедрение их в темной металлургии недозволено признать оптимальным.[7,c.296]

6. Соединения титана

При высочайшей температуре титан соединяется с галогенами, кислородом сероватой, азотом и иными элементами. На этом основано применение сплавов титана с железом (ферротитана) в качестве добавки к стали. Титан соединяется с находящимися в расплавленной стали азотом и кислородом и сиим предутверждает выделение крайних при затвердевании стали, — литье выходит однородным и не содержит пустот.

Соединяясь с углеродом, титан образует карбид. Из карбидов титана и вольфрама с добавкой кобальта получают сплавы, по твердости приближающиеся к алмазу.

Диоксид титана TiO2 — белоснежное тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде и разбавленных кислотах. Это — амфотерный оксид, но как главные, так и кислотные характеристики у него выражены слабо. [1,c.650]

Встречается в природе как рутил (кубическая сингония), пореже в виде анатаза (тетрагональная сингония) и брукита (ромбическая сингония). В рутиле любой ион Ti4+ окружен шестью ионами О2-, а любой ион О2- окружен 3-мя ионами Ti4+. В других 2-ух кристаллических формах конкретные соседи ионов те же.

совсем незапятнанный диоксид титана бесцветен. В природе он обычно загрязнен окисями железа и потому окрашен.

совсем не растворяется в воде и в разбавленных кислотах. В теплой концентрированной серной кислоте он растворяется медлительно с вероятным образованием сульфита титана Ti(SO4)2, который, но, недозволено выделить в чистом виде из-за легкости его перехода вследствие гидролиза в сульфит титанила (TiO)SO4. Эта растворимая в прохладной воде соль при нагревании также гидролизуется с образованием H2SO4 и гидратированного диоксида титана, так именуемой в-титановой либо метатитановой кислоты. Легкость с которой происходит этот гидролиз, гласит о слабеньких главных свойствах гидроокиси титана. Сульфат титана дает с сульфатами щелочных металлов (которые добавляются к применяемой для растворения диоксида титана серной кислоте) двойные соли, к примеру K2[Ti(SO4)3], наиболее устойчивые к гидролизу, чем обыкновенные сульфаты.

Гидроокиси и карбонаты щелочных металлов осаждают из смесей сульфатов на холоду студенистый гидратированный диоксид титана, так именуемую Ь-титановую кислоту, отличающуюся от в-титановой наиболее высочайшей обскурантистской способностью (так, к примеру Ь-титановая кислота растворяется в щелочах, в каких в-титановая нерастворима). Гидроокись четырехвалентного титана, либо фактически титановую кислоту Ti(OH)4, недозволено выделить, в этом она похожа на кремниевую и оловянную кислоты. Ь- и в- титановые кислоты, представляющие из себя наиболее либо наименее дегидратированные производные гидроокиси титана(IV), на сто процентов сравнимы с Ь- и в-оловянными кислотами.

Нейтральный либо подкисленный раствор сульфата титанила, также остальных солей титана окрашивается перекисью водорода в оранжевый цвет (реакция обнаружения перекиси водорода). Аммиак осаждает из этих смесей пероксотитановую кислоту H4TiO5 желто-коричневого цвета, имеющую формулу Ti(OH)3O-OH.[2,c.635]

Применяется TiO2 при изготовлении тугоплавких стекол, глазури, эмали, жароупорной лабораторной посуды, также для изготовления белоснежной масляной краски, обладающей высочайшей кроющей способностью (титановые белила).

Сплавлением TiO2 с BaCO3 получают титанат бария BaTiO3. Эта соль имеет весьма высшую диэлектрическую проницаемость и, не считая того, владеет способностью деформироваться под действием электронного поля. Кристаллы титаната бария используются в электронных конденсаторах высочайшей емкости и малых размеров, в ультразвуковой аппаратуре, в звукоснимателях, в гидроакустических устройствах.[1,c.650]

Хлорид титана(IV) TiCl4, получаемый этим же методом, что и SiCl4, представляет собой тусклую жидкость с температурой кипения 136?C и температурой плавления -32?С, гидролизующуюся водой с образованием TiO2 и 4HCl. С галогенидами щелочных металлов хлорид титана(IV) дает двойные хлориды, содержащие полный ион [TiCl6]2-. Фторид титана(IV) TiF4 выделяют в виде белоснежного порошка с температурой плавления 284?С; он также просто гидролизуется и образует с HF гексафторотитановую(IV) кислоту H2TiF6, схожую гексафторкремниевой кислоте.

Безводный хлорид титана(III) TiCl3 получают в виде фиолетового порошка пропусканием паров TiCl4 вкупе с Н2 через медную трубку, подогретую приблизительно до 700?C. В виде аква раствора (фиолетового цвета) его получают восстановлением TiCl4 в соляной кислоте с помощью цинка либо электролитически. Так же получают и сульфат титана(III). Из аква раствора хлорида титана(III) выкристаллизовывается фиолетовый гексагидрат TiCl3?6H2O.

Хлорид титана(II) TiCl2, окрашенный в темный цвет, получают тепловым разложением TiCl3 при 700ўЄС в атмосфере водорода:

Тусклый аква раствор этого хлорида стремительно окисляется на воздухе, при всем этом он сначала окрашивается в фиолетовый цвет, а потом опять становится тусклым вследствие образования поначалу соединения Ti(III), а потом соединения Ti(IV).[2,c.636]

Карбонитриды, оксикарбиды и оксинитриды титана. Найдено, что нрав зависимости растворения тугоплавких фаз внедрения (ТФВ) — карбидов, нитридов и оксидов титана — от состава коррелирует с конфигурацией степени металличности связей Ti-Ti в ряду TiC-TiN-TiO, а конкретно: с повышением степени металличности фаз в этом направлении их хим стойкость в HCl и H2SO4 понижается, а в HNO3 — вырастает. Так как карбиды, нитриды и монооксид титана характеризуются полной обоюдной растворимостью, то можно ждать, что и при содействии их жестких смесей с кислотами будет проявляться подобная закономерность.

Но имеющиеся в литературе сведения о зависимости степени растворения TiCxOy и TiNxOy от состава в минеральных кислотах плохо согласуются с сиим предположением. Так, растворимость TiCxOy (фракция <56 мкм) в конц. HCl отсутствует совершенно (20ўЄC, 6 ч и 100ўЄС, 3 ч), а в H2SO4 — отсутствует при 20ўЄC (6 ч), но однообразно увеличивается от 3% (TiC0.30O0.78) до 10% (TiC0.86O0.12) при 100ўЄC (3 ч). Степень растворения TiCxOy (фракция 15-20 мкм) в 92%-ной H2SO4 (100ўЄC, 1 ч), напротив, миниатюризируется с ростом содержания углерода от 16% (TiC0.34O0.66) до 2%(TiC0.78O0.22). Степень растворения TiCxOy в конц. HCl (d=1,19 г/см) в тех же критериях добивается 1-2%, не обнаруживая ,но, какой-нибудь зависимости от состава фазы. Степень растворения TiNxOy в конц. HNO3 — низкая (2,5-3,0%) и не зависит от состава оксинитрида (20ўЄC, 6 ч). С иной стороны степень растворения TiNxOy в HNO3 в тех же критериях варьирует в весьма широких границах: от 98% для TiC0.88O0.13 до 4,5% для TiC0.11O0.82. Тяжело сказать что-либо определенное о нраве зависимости степень растворения — состав карбонитрида титана в соляной и серной кислотах. Степень растворения TiCxOy в HCl весьма мала (0,3%) и не зависит от состава карбонитрида (60ўЄC, 6 ч). Но в конц. H2SO4 она на порядок выше (3,0-6,5%) и характеризуется минимумом (2%) для эталона состава TiC0.67O0.26.

Приобретенные экспериментальные данные разрешают утверждать, что нрав зависимости растворения TiCxNy, TiCxOy и TiNxOy от состава в HCl, H2SO4 и HNO3 является полностью определенным и, наиболее того, схожим установленному ранее для TiCx, TiNx и TiOx. Это значит, что и предпосылки отменно различного хода этих зависимостей в HCl и H2SO4, с одной стороны, и в HNO3 с иной, должны быть общими для всех исследованных соединений системы TI-C-N-O, т.е. определяться степенью металличности связи Ti-Ti и пассивирующей способностью образующихся товаров взаимодействия.[4]

Титанаты лития и цинка Li2ZnTi3O8 и Li2Zn3Ti4O12 имеют кубическую шпинельную структуру с разным распределением катионов по позициям. Установлено, что эти соединения являются жесткими литийпроводящими электролитами. В Li2ZnTi3O8 катионы лития и титана упорядочены в октаэдрических позициях в соотношении 1:3, половина атомов лития и цинк статистически распределены по тетраэдрическим позициям: (Li0.5Zn0.5)[Li0.5Ti1.5]O4. Кристаллохимическая формула Li2Zn3Ti4O12 быть может записана как (Zn)[Li2/3Ti4/3]O4. На базе анализа ИК (то есть тепловое, инфракрасное, на основе инфракрасного излучения)— и КР-спектров предложен другой метод распределения атомов лития и цинка в структуре данных шпинелей: литий имеет тетраэдрическую координацию, а цинк и титан — октаэдрическую. Отмечено также мощное искажение октаэдров TiO6: так, в Li2Zn3Ti4O12 свита ионов Ti4+ ,близко к 5 координационному. Низкая ионная проводимость этих титанатов при завышенных температурах разъясняется тетраэдрической координацией атомов лития.

На примере галидных шпинелей Li2MX4 (M=Mg2+,Mn2+,Fe2+; X=Cl-,Br-) установлено, что катионный состав и распределение атомов лития по позициям оказывает мощное воздействие на величину электропроводности. Потому что в структуре шпинели нет общих граней меж схожими катионными позициями, в ионном переносе участвует несколько разных позиций. Высочайшие значения ионной проводимости в хлоридных шпинелях наблюдались в итоге разупорядочения структуры соединений, связанного с переходом атомов лития при завышенных температурах из тетраэдрических позиций 8а в вольные октаэдрические позиции 16с. При всем этом шпинельная структура преобразовывалась в структуру типа NaCl. Информативным способом исследования разупорядочения структуры хлоридных шпинелей явилось исследование КР-спектров соединений при больших температурах.[5]

Литература

1. Н.Л. Глинка. Общая химия — Л.: Химия, 1981, — 720 с.;

2. К. Неницеску. Общая химия — М.: мир, 1968, 816 с.;

3. Н.С. Ахметов. Общая и неорганическая химия — М.: Высшая школа, 743с.;

4. В.А. Жиляев, А.П. Штин. «Взаимодействие карбонитридов, оксикарбидов и оксинитридов титана с концентрированными минеральными кислотами», журнальчик неорганической химии, т.48, №8(Август 2003), с.1402;

5. И.А. Ленидов, Л.А. Переляева и др. «исследование разупорядочения шпинелей Li2xZn2-3xTi1+xO4(x=0.33, 0.5) способом спектроскопии комбинационного рассеяния света: Корреляция с ионной проводимостью», журнальчик неорганической химии,т.48, №11(Ноябрь 2003), с.1841;

6. М.М. Годнева, Д.Л. Мотов, Химия подгруппы титана — Л.: Наука, 1980, — 175с.;

7. Сергеев В.В., Галицкий Н.В и др. Металлургия титана — М.: Металлургия, 1971, — 320с.;

8. Под ред. Галицкого Б.А. Титан и его сплавы в хим машиностроении — М.: Машиностроение, 1968 — 340с.