Мөнхийн, нууцлаг, сансар огторгуйн, ирээдүйн материал - эдгээр болон бусад олон эпитетүүд нь янз бүрийн эх сурвалжид титанд зориулагдсан байдаг. Энэ металлыг нээсэн түүх тийм ч чухал биш байсан: үүнтэй зэрэгцэн хэд хэдэн эрдэмтэд элементийг цэвэр хэлбэрээр нь тусгаарлахаар ажилласан. Физик, химийн шинж чанарыг судлах, хэрэглэх чиглэлийг тодорхойлох үйл явц өнөөг хүртэл дуусаагүй байна. Титан бол ирээдүйн металл бөгөөд хүний амьдрал дахь эзлэх байр суурийг хараахан эцэслэн тогтоогоогүй байгаа нь орчин үеийн судлаачдад бүтээлч байдал, шинжлэх ухааны судалгаа хийх асар том боломжийг олгож байна.
Онцлог
Титан химийн элементийг (Титан) Д. И. Менделеевийн үелэх системд Ti тэмдгээр тэмдэглэсэн. Дөрөвдүгээр үеийн IV бүлгийн хоёрдогч дэд бүлэгт оршдог ба серийн дугаар 22. Титан хэмээх энгийн бодис нь цагаан мөнгөн металл, хөнгөн, удаан эдэлгээтэй. Атомын электрон тохиргоо нь дараах бүтэцтэй: +22)2)8)10)2, 1S22S22P 6 3S23P63d24S 2. Үүний дагуу титан нь хэд хэдэн исэлдэлтийн төлөвтэй байдаг: 2,3, 4, хамгийн тогтвортой нэгдлүүдэд энэ нь дөрвөн валент юм.
Титан - хайлш эсвэл металл уу?
Энэ асуулт олон хүний сонирхлыг татдаг. 1910 онд Америкийн химич Хантер анхны цэвэр титаныг олж авчээ. Металл нь зөвхөн 1% хольц агуулсан боловч үүнтэй зэрэгцэн түүний хэмжээ өчүүхэн болж, түүний шинж чанарыг цаашид судлах боломжгүй болсон. Хүлээн авсан бодисын уян хатан чанарыг зөвхөн өндөр температурын нөлөөн дор олж авсан; хэвийн нөхцөлд (өрөөний температур) дээж нь хэт эмзэг байв. Үнэн хэрэгтээ энэ элемент нь эрдэмтдийн сонирхлыг татаагүй, учир нь түүнийг ашиглах хэтийн төлөв нь дэндүү тодорхойгүй мэт санагдсан. Олж авах, судлахад хүндрэлтэй байгаа нь түүнийг хэрэглэх боломжийг улам бүр багасгасан. Зөвхөн 1925 онд Нидерландын химич И.де Боер, А. Ван Аркел нар титан металлыг хүлээн авсан бөгөөд түүний шинж чанар нь дэлхийн инженерүүд, дизайнеруудын анхаарлыг татсан юм. Энэ элементийн судалгааны түүх 1790 оноос эхэлдэг бөгөөд яг энэ үед зэрэгцээ, бие биенээсээ үл хамааран хоёр эрдэмтэн титаныг химийн элемент гэж нээсэн. Тэд тус бүр нь бодисын нэгдэл (оксид) хүлээн авдаг бөгөөд металыг цэвэр хэлбэрээр нь тусгаарлаж чадахгүй. Титаныг нээсэн хүн бол Английн эрдэс судлаач лам Уильям Грегор юм. Английн баруун өмнөд хэсэгт байрлах сүмийнхээ нутаг дэвсгэр дээр залуу эрдэмтэн Менакений хөндийн хар элсийг судалж эхлэв. Соронзонтой хийсэн туршилтын үр дүнд титаны нэгдэл болох гялалзсан мөхлөгүүд гарч ирэв. Яг тэр үед Германд химич Мартин Генрих Клапрот эрдэс бодисоос шинэ бодис ялгаж авчээ.рутил. 1797 онд тэрээр зэрэгцээ нээгдсэн элементүүд ижил төстэй болохыг баталжээ. Титаны давхар исэл олон химичүүдийн хувьд зуун гаруй жилийн турш нууц байсаар ирсэн бөгөөд Берзелиус хүртэл цэвэр металл олж авч чадаагүй юм. 20-р зууны хамгийн сүүлийн үеийн технологи нь дурдсан элементийг судлах үйл явцыг ихээхэн хурдасгаж, түүнийг ашиглах анхны чиглэлийг тодорхойлсон. Үүний зэрэгцээ хэрэглээний цар хүрээ байнга өргөжиж байна. Зөвхөн цэвэр титан гэх мэт бодисыг олж авах үйл явцын нарийн төвөгтэй байдал нь түүний хамрах хүрээг хязгаарлаж чадна. Хайлш, металлын үнэ нэлээд өндөр тул өнөөдөр уламжлалт төмөр, хөнгөн цагааныг орлож чадахгүй.
Нэрний гарал үүсэл
Менакин - 1795 он хүртэл ашиглагдаж байсан титаны анхны нэр. Ийнхүү нутаг дэвсгэрийн харьяаллаар В. Грегор шинэ элементийг нэрлэжээ. Мартин Клапрот 1797 онд уг элементийг "титан" гэж нэрлэжээ. Энэ үед нэлээн нэр хүндтэй химич А. Л. Лавуазье тэргүүтэй түүний Францын хамтран зүтгэгчид шинээр нээсэн бодисыг үндсэн шинж чанарын дагуу нэрлэхийг санал болгов. Германы эрдэмтэн энэ хандлагатай санал нийлэхгүй байсан бөгөөд нээлтийн шатанд тухайн бодист агуулагдах бүх шинж чанарыг тодорхойлж, нэрэндээ тусгах нь нэлээд хэцүү байдаг гэж тэрээр үндэслэлтэй үзэж байв. Гэсэн хэдий ч Клапротын зөн совингоор сонгосон нэр томъёо нь металтай бүрэн нийцэж байгааг хүлээн зөвшөөрөх хэрэгтэй - үүнийг орчин үеийн эрдэмтэд олон удаа онцолж байсан. Титан гэдэг нэрийн гарал үүслийн хоёр үндсэн онол байдаг. Элф хатан Титаниагийн хүндэтгэлд зориулж металыг ингэж нэрлэж болно(Германы домог судлалын дүр). Энэ нэр нь бодисын хөнгөн, бат бөх чанарыг хоёуланг нь бэлэгддэг. Ихэнх эрдэмтэд дэлхийн Гайа бурханы хүчирхэг хөвгүүдийг титан гэж нэрлэдэг байсан эртний Грекийн домог зүйг ашиглах хувилбарыг ашиглах хандлагатай байдаг. Өмнө нь илрүүлсэн уран элементийн нэр ч энэ хувилбарыг дэмжиж байна.
Байгаль дээр байх
Хүний хувьд техникийн хувьд үнэ цэнэтэй металлуудын дотроос титан нь дэлхийн царцдасын хамгийн элбэг дөрөвдүгээрт ордог. Зөвхөн төмөр, магни, хөнгөн цагаан нь байгальд их хэмжээгээр тодорхойлогддог. Титаны хамгийн их агууламж нь базальт бүрхүүлд, боржингийн давхаргад арай бага байдаг. Далайн усанд энэ бодисын агууламж бага байдаг - ойролцоогоор 0.001 мг / л. Титан химийн элемент нь нэлээд идэвхтэй тул түүнийг цэвэр хэлбэрээр нь олж чадахгүй. Ихэнх тохиолдолд энэ нь хүчилтөрөгчтэй нэгдлүүдэд агуулагддаг боловч дөрвөн валенттай байдаг. Титан агуулсан эрдсийн тоо 63-75 (янз бүрийн эх сурвалжид) байдаг бол судалгааны өнөөгийн шатанд эрдэмтэд түүний нэгдлүүдийн шинэ хэлбэрийг нээсээр байна. Практикт ашиглахын тулд дараах ашигт малтмал хамгийн чухал:
- Ильменит (FeTiO3).
- Рутил (TiO2).
- Титанит (CaTiSiO5).
- Перовскит (CaTiO3).
- Титаномагнетит (FeTiO3+Fe3O4) гэх мэт
Одоо байгаа бүх титан агуулсан хүдрийгшороон болон суурь. Энэ элемент нь сул нүүдэлчин бөгөөд зөвхөн чулуулгийн хэлтэрхий эсвэл хөдөлж буй шаварлаг ёроолын чулуулгийн хэлбэрээр явж болно. Шим мандалд хамгийн их хэмжээний титан замагт байдаг. Хуурай газрын амьтны төлөөлөгчдийн хувьд элемент нь эвэрлэг эд, үсэнд хуримтлагддаг. Хүний бие нь дэлүү, бөөрний дээд булчирхай, ихэс, бамбай булчирхайд титан байдгаараа онцлогтой.
Физик шинж чанар
Титан бол ган шиг харагдах мөнгөлөг цагаан өнгөтэй, өнгөт металл юм. 0 0C температурт түүний нягт нь 4.517 г/см3 байна. Уг бодис нь шүлтлэг металлын (кадми, натри, литий, цезий) хувьд ердийн хүндийн хүч багатай байдаг. Нягтын хувьд титан нь төмөр ба хөнгөн цагааны хоорондох завсрын байрлалыг эзэлдэг бол түүний гүйцэтгэл нь хоёр элементийнхээс өндөр байдаг. Ашиглалтын хамрах хүрээг тодорхойлохдоо металлын гол шинж чанарууд нь уналтын бат бэх ба хатуулаг юм. Титан нь хөнгөн цагаанаас 12 дахин, төмөр, зэсээс 4 дахин хүчтэй, харин хамаагүй хөнгөн. Цэвэр бодисын уян хатан чанар, уналтын бат бөх чанар нь бусад металлын нэгэн адил бага ба өндөр температурт, тухайлбал, тавлах, хуурамчаар үйлдэх, гагнах, өнхрөх зэргээр боловсруулах боломжийг олгодог. Титаны нэг онцлог шинж чанар нь дулаан болон цахилгаан дамжуулах чанар бага байдаг бөгөөд эдгээр шинж чанарууд нь 500 0С хүртэл өндөр температурт хадгалагддаг. Соронзон талбарт титан нь парамагнит элемент боловч тийм биш юмтөмөр шиг татагддаг, зэс шиг гадагшаа хөөгддөггүй. Түрэмгий орчин, механик стрессийн үед зэврэлтээс хамгаалах маш өндөр гүйцэтгэл нь өвөрмөц юм. Далайн усанд 10 гаруй жил байх нь титан хавтангийн гадаад байдал, найрлагад өөрчлөлт оруулаагүй. Энэ тохиолдолд төмөр зэврэлтээс болж бүрэн устах болно.
Титаны термодинамик шинж чанар
- Нягт (хэвийн нөхцөлд) 4.54г/см3.
- Атомын дугаар нь 22.
- Металл бүлэг - галд тэсвэртэй, хөнгөн.
- Титаны атомын масс 47.0.
- Буцлах цэг (0С) – 3260.
- Молийн хэмжээ см3/моль – 10, 6.
- Титан хайлах цэг (0С) – 1668.
- Ууршилтын хувийн дулаан (кЖ/моль) – 422, 6.
- Цахилгаан эсэргүүцэл (20 0С үед) Омсм10-6 – 45.
Химийн шинж чанар
Элементийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал нэмэгдсэн нь гадаргуу дээр жижиг ислийн хальс үүссэнтэй холбоотой. Энэ нь титан металл гэх мэт элементийн хүрээлэн буй орчны агаар мандалд хий (хүчилтөрөгч, устөрөгч) -тэй химийн урвал явагдах (хэвийн нөхцөлд) сэргийлдэг. Температурын нөлөөн дор түүний шинж чанар өөрчлөгддөг. Энэ нь 600 0С болж өсөхөд хүчилтөрөгчтэй харилцан үйлчлэх урвал явагдаж титан исэл (TiO2) үүсдэг. Агаар мандлын хийг шингээх тохиолдолд практик хэрэглээгүй хэврэг нэгдлүүд үүсдэг тул титаныг гагнах, хайлуулах ажлыг вакуум нөхцөлд гүйцэтгэдэг. урвуу урвалнь метал дахь устөрөгчийг уусгах үйл явц бөгөөд энэ нь температур нэмэгдэхэд илүү идэвхтэй явагддаг (400 0С ба түүнээс дээш). Титан, ялангуяа түүний жижиг хэсгүүд (нимгэн хавтан эсвэл утас) нь азотын уур амьсгалд шатдаг. Химийн харилцан үйлчлэлийн урвал нь зөвхөн 700 0С температурт л боломжтой бөгөөд үүний үр дүнд TiN нитрид үүсдэг. Олон металлтай маш хатуу хайлш үүсгэдэг бөгөөд ихэвчлэн хайлшлагч элемент болдог. Энэ нь галоген (хром, бром, иод) -тай зөвхөн катализатор (өндөр температур) байгаа тохиолдолд урвалд ордог бөгөөд хуурай бодистой харилцан үйлчилдэг. Энэ тохиолдолд маш хатуу галд тэсвэртэй хайлш үүсдэг. Ихэнх шүлт ба хүчлүүдийн уусмалд титан нь төвлөрсөн хүхэр (удаан хугацаагаар буцалгах), усан фтор, халуун органик (формик, оксалик) -ийг эс тооцвол химийн хувьд идэвхгүй байдаг.
Хадгаламж
Ильменитын хүдэр нь байгальд хамгийн түгээмэл бөгөөд тэдгээрийн нөөц нь 800 сая тонн гэж тооцогддог. Рутилийн ордуудын ордууд нь хамаагүй даруухан боловч нийт хэмжээ нь үйлдвэрлэлийн өсөлтийг хадгалахын зэрэгцээ ирэх 120 жилийн хугацаанд хүн төрөлхтнийг титан зэрэг металлаар хангах ёстой. Бэлэн бүтээгдэхүүний үнэ нь эрэлт хэрэгцээ, үйлдвэрлэлийн түвшний өсөлтөөс хамаарах боловч дунджаар 1200-1800 рубль / кг хооронд хэлбэлздэг. Техникийн байнгын сайжруулалтын нөхцөлд үйлдвэрлэлийн бүх үйл явцын өртөгийг цаг тухайд нь шинэчлэх замаар мэдэгдэхүйц буурдаг. Хятад, Орос хоёр титаны хүдэр, түүнчлэн ашигт малтмалын хамгийн их нөөцтэйЯпон, Өмнөд Африк, Австрали, Казахстан, Энэтхэг, Өмнөд Солонгос, Украин, Цейлон зэрэг улсууд түүхий эдийн баазтай. Ордууд нь үйлдвэрлэлийн хэмжээ, хүдэр дэх титаны хувиар ялгаатай, геологийн судалгааны ажил үргэлжилж байгаа нь металлын зах зээлийн үнэ цэнийг бууруулж, өргөнөөр ашиглах боломжтой гэж үзэж байна. Орос бол титаны хамгийн том үйлдвэрлэгч юм.
Хүлээн авах
Титан үйлдвэрлэхэд хамгийн бага хэмжээний хольц агуулсан титаны давхар ислийг ихэвчлэн ашигладаг. Ильменитын баяжмал эсвэл рутилийн хүдрийг баяжуулах замаар гаргаж авдаг. Цахилгаан нуман зууханд хүдрийн дулааны боловсруулалт явагддаг бөгөөд энэ нь төмрийг салгах, титаны исэл агуулсан шаар үүсэх зэрэг дагалддаг. Төмөр агуулаагүй фракцыг боловсруулахын тулд сульфат эсвэл хлоридын аргыг хэрэглэдэг. Титан исэл нь саарал нунтаг юм (зураг харна уу). Титан металыг үе шаттайгаар боловсруулснаар олж авдаг.
Эхний үе шат нь шаарыг коксоор ангилж, хлорын ууранд оруулах үйл явц юм. Үүссэн TiCl4 нь 850 0C-ийн температурт өртөхөд магни эсвэл натриар буурдаг. Химийн урвалын үр дүнд олж авсан титан хөвөн (сүвэрхэг хайлсан масс) нь цэвэршүүлсэн эсвэл хайлсан ембүү юм. Цаашдын хэрэглээний чиглэлээс хамааран хайлш эсвэл цэвэр металл үүсдэг (хольцыг 1000 0С хүртэл халааж арилгадаг). 0.01% -ийн хольцтой бодисыг үйлдвэрлэхэд иодид аргыг ашигладаг. Энэ нь үйл явц дээр суурилдаггалогенээр урьдчилан боловсруулсан титан хөвөнгийн ууршилт, түүний уур.
Хэрэглэх талбар
Титан хайлах температур нэлээд өндөр бөгөөд энэ нь металлын хөнгөн байдлыг харгалзан түүнийг бүтцийн материал болгон ашиглахад үнэлж баршгүй давуу тал юм. Тиймээс хөлөг онгоцны үйлдвэрлэл, нисэхийн үйлдвэрлэл, пуужингийн үйлдвэрлэл, химийн үйлдвэрүүдэд хамгийн их хэрэглээг олж авдаг. Титаныг ихэвчлэн хатуулаг, халуунд тэсвэртэй шинж чанартай янз бүрийн хайлшуудад хайлшийн нэмэлт болгон ашигладаг. Зэврэлтээс хамгаалах өндөр шинж чанар, хамгийн түрэмгий орчинд тэсвэрлэх чадвар нь энэ металлыг химийн үйлдвэрт зайлшгүй шаардлагатай болгодог. Титан (түүний хайлш) нь хүчил болон бусад химийн идэвхтэй бодисыг нэрэх, тээвэрлэхэд ашигладаг дамжуулах хоолой, танк, хавхлага, шүүлтүүр хийхэд ашиглагддаг. Энэ нь өндөр температурын үзүүлэлтүүдийн нөхцөлд ажилладаг төхөөрөмжийг бий болгоход эрэлт хэрэгцээтэй байдаг. Титаны нэгдлүүдийг удаан эдэлгээтэй зүсэх хэрэгсэл, будаг, хуванцар болон цаас, мэс заслын багаж, суулгац, үнэт эдлэл, өнгөлгөөний материал хийхэд ашигладаг бөгөөд хүнсний үйлдвэрлэлд ашигладаг. Бүх чиглэлийг тайлбарлахад хэцүү байдаг. Орчин үеийн анагаах ухаан нь биологийн бүрэн аюулгүй байдлын улмаас титан металлыг ихэвчлэн ашигладаг. Үнэ бол энэ элементийн хэрэглээний өргөн цар хүрээг хамарсан цорын ганц хүчин зүйл юм. Титан бол хүн төрөлхтөн аль алийг нь даван туулахыг судалснаар ирээдүйн материал гэдгийг хэлэх нь зөв байххөгжлийн шинэ шатанд.
