Титан (лат. Titanium; Ti белгісімен белгіленеді) — атомдық нөмірі 22, химиялық элементтердің периодтық жүйесінің төртінші периодының төртінші топтың екінші реттік топшасының элементі. Титанның қарапайым заты (CAS нөмірі: 7440- 32-6) күмістей ақ түсті жеңіл металл.
Оқиға
TiO 2 ашылуын ағылшын В.Грегор мен неміс химигі М.Г.Клапрот бір мезгілде дерлік және бір-бірінен тәуелсіз ашты. В.Грегор магнитті темірлі құмның құрамын зерттей отырып (Крид, Корнуолл, Англия, 1789 ж.) белгісіз металдың жаңа «жерін» (оксидін) бөліп алды, оны менакен деп атады. 1795 жылы неміс химигі Клапрот рутил минералының жаңа элементін тауып, оны титан деп атады. Екі жылдан кейін Клапрот рутилді және менактивті жердің бір элементтің оксидтері екенін анықтады, бұл Клапрот ұсынған «титан» атауын тудырды. Он жылдан кейін титан үшінші рет ашылды. Француз ғалымы Л.Воклен анатазадағы титанды тауып, рутил мен анатазаның бірдей титан оксидтері екенін дәлелдеді.
Титан металының алғашқы үлгісін 1825 жылы Я.Я.Берцелиус алған. Титанның химиялық белсенділігі жоғары болғандықтан және оны тазартудың қиындығынан Ti таза үлгісін 1925 жылы голландиялық А.ван Аркель мен И.де Бур TiI 4 титан йодидінің буының термиялық ыдырауы арқылы алды.
Есімнің шығу тарихы
Металл өз атауын ежелгі грек мифологиясының кейіпкерлері, Гайа балалары титандардың құрметіне алды. Элементтің атауын Мартин Клапрот өзінің химиялық номенклатураға деген көзқарастарына сәйкес, француз химия мектебіне қарсылық білдіріп, элементті химиялық қасиеттері бойынша атауға тырысты. Неміс зерттеушісінің өзі жаңа элементтің қасиеттерін тек оның оксидінен анықтау мүмкін еместігін атап өткендіктен, оған бұрын ашқан уранға ұқсастық бойынша мифологиядан атау таңдаған.
Алайда 1980 жылдардың аяғында «Технология-Жастар» журналында жарияланған басқа нұсқаға сәйкес, жаңадан табылған металл өз атауын ежелгі грек мифтеріндегі күшті титандарға емес, герман мифологиясындағы пері ханшайымы Титанияға ( Шекспирдің «Жазғы түндегі арманындағы» Оберонның әйелі). Бұл атау металдың ерекше «жеңілдігімен» (төмен тығыздықпен) байланысты.
Түбіртек
Әдетте, титан мен оның қосылыстарын өндіру үшін бастапқы материал салыстырмалы түрде аз мөлшерде қоспалары бар титан диоксиді болып табылады. Атап айтқанда, титан кендерін байыту нәтижесінде алынған рутилді концентрат болуы мүмкін. Дегенмен, әлемде рутилдің қоры өте шектеулі және ильменит концентраттарын өңдеуден алынған синтетикалық рутил немесе титан шлактары жиі қолданылады. Титан қожын алу үшін ильменит концентраты электр доғалық пеште тотықсыздандырылады, ал темір металл фазасына (шойын) бөлінеді, ал қалпына келтірілмеген титан оксидтері мен қоспалары шлак фазасын құрайды. Бай қож хлоридті немесе күкірт қышқылы әдісімен өңделеді.
Титан кен концентраты күкірт қышқылына немесе пирометаллургиялық өңдеуге ұшырайды. Күкірт қышқылын өңдеу өнімі титан диоксиді ұнтағы TiO 2 болып табылады. Пирометаллургиялық әдіспен кенді кокспен агломерациялайды және хлормен өңдейді, TiCl 4 титан тетрахлоридінің буын алады:
TiO 2 + 2C + 2Cl 2 =TiCl 2 + 2CO
Алынған TiCl 4 булары 850 °C температурада магниймен тотықсыздандырылады:
TiCl 4 + 2Mg = 2MgCl 2 + Ti
Алынған титан «губка» ерітіліп, тазаланады. Титан йодид әдісі немесе электролиз арқылы тазартылады, Ti-ді TiCl 4-тен бөледі. Титан құймаларын алу үшін доғалық, электронды сәулелік немесе плазмалық өңдеу қолданылады.
Физикалық қасиеттері
Титан - жеңіл күмістей ақ металл. Ол екі кристалдық модификацияда бар: α-Ti алтыбұрышты тығыз оралған тормен, β-Ti текше денеге бағытталған ораумен, α↔β полиморфты түрлендіру температурасы 883 °C.
Ол жоғары тұтқырлыққа ие және өңдеу кезінде кескіш құралға жабысып қалуға бейім, сондықтан құралға арнайы жабындар мен әртүрлі майлау материалдарын жағуды қажет етеді.
Кәдімгі температурада ол TiO 2 оксидінің қорғаныш пассивтендіргіш пленкасымен жабылған, бұл оны көптеген орталарда (сілтіліден басқа) коррозияға төзімді етеді.
Титан шаңы жарылуға бейім. Тұтану температурасы 400 °C. Титан жоңқалары өрт қауіпті.
Ғарыш зерттеушілерінің құрметіне ескерткіш Мәскеуде 1964 жылы орнатылды. Бұл обелискіні жобалау мен салуға жеті жылға жуық уақыт (1958-1964) жұмсалды. Авторларға тек архитектуралық-көркемдік мәселелерді ғана емес, техникалық мәселелерді де шешуге тура келді. Олардың біріншісі материалдарды таңдау болды, соның ішінде қаптау. Көптеген тәжірибелерден кейін біз жылтыратылған титан парақтарына орналастық.
Шынында да, көптеген сипаттамалары бойынша және ең алдымен коррозияға төзімділігі бойынша титан металдар мен қорытпалардың басым көпшілігінен жоғары. Кейде (әсіресе танымал әдебиетте) титан мәңгілік металл деп аталады. Бірақ алдымен осы элементтің тарихы туралы сөйлесейік.
Тотыққан ба, әлде тотықпаған ба?
1795 жылға дейін No22 элемент «менакин» деп аталды. Оны 1791 жылы менаканит минералының жаңа элементін ашқан ағылшын химигі және минералогы Уильям Грегор осылай атаған (қазіргі минералогиялық анықтамалықтардан бұл атауды іздемеңіз - менаканит те өзгертілді, қазір ол ильменит деп аталады. ).
Грегор ашқаннан кейін төрт жыл өткен соң неміс химигі Мартин Клапрот басқа минералдан – рутилден жаңа химиялық элемент тауып, оны эльф ханшайымы Титанияның құрметіне титан деп атады (неміс мифологиясы).
Басқа нұсқа бойынша, элементтің атауы жер құдайы Гаяның (грек мифологиясы) құдіретті ұлдары титандардан шыққан.
1797 жылы Грегор мен Клапрот бір элементті ашқаны белгілі болды және Грегор мұны бұрынырақ жасағанымен, оған Клапрот берген атау жаңа элемент үшін белгіленді.
Бірақ Грегор да, Клапрот те элементарды ала алмады титан. Олар бөліп алған ақ кристалды ұнтақ титан диоксиді TiO 2 болды. Ұзақ уақыт бойы химиктердің ешқайсысы бұл оксидті қалпына келтіріп, одан таза металды бөліп ала алмады.
1823 жылы ағылшын ғалымы В.Волластон Мертир Тидфил зауытының металлургиялық шлактарынан тапқан кристалдар таза титаннан басқа ештеңе емес деп хабарлады. Ал 33 жылдан кейін атақты неміс химигі Ф.Вёлер бұл кристалдардың қайтадан титан қосылысы екенін, бұл жолы металл тәрізді карбонитрид екенін дәлелдеді.
Көптеген жылдар бойы бұл металға сенді Титанды алғаш рет 1825 жылы Берцелиус алды.калий фторотитанатын натрий металымен тотықсыздандыруда. Алайда, бүгінгі күні титанның қасиеттерін және Берцелиус алған өнімді салыстыра отырып, Швеция Ғылым академиясының президенті қателескен деп айтуға болады, өйткені таза титабнум фтор қышқылында (көптеген басқа қышқылдардан айырмашылығы) тез ериді және Берцелиустың металл титан оның әрекетіне сәтті қарсы тұрды.
Шындығында, Тиді алғаш рет 1875 жылы орыс ғалымы Д.К.Кириллов алған. Бұл жұмыстың нәтижелері оның «Титанды зерттеу» брошюрасында жарияланды. Бірақ аз ғана танымал орыс ғалымының еңбегі елеусіз қалды. Тағы 12 жылдан кейін жеткілікті таза өнімді - шамамен 95% титанды Берцелиустың жерлестері, атақты химиктер Л.Нилсон мен О.Петерсон алды, олар титан тетрахлоридін металл натриймен болат герметикалық бомбада тотықсыздандырды.
1895 жылы француз химигі А.Муассан доғалы пеште көміртегімен титан диоксидін тотықсыздандырып, алынған материалды екі рет тазартуға ұшырата отырып, құрамында тек 2% қоспасы бар титанды, негізінен көміртекті алды. Ақырында, 1910 жылы американдық химик М.Хантер Нильсон мен Петерсонның әдісін жетілдіре отырып, тазалығы шамамен 99% болатын бірнеше грамм титан алуға қол жеткізді. Сондықтан көптеген кітаптарда титан металын алудың басымдығы Кирилловқа, Нильсонға немесе Моиссанға емес, Хантерге берілген.
Дегенмен, Хантер де, оның замандастары да титанның болашағын болжаған жоқ. Металда қоспалардың оннан бір бөлігі ғана болды, бірақ бұл қоспалар титанды сынғыш, нәзік және өңдеуге жарамсыз етті. Сондықтан кейбір титан қосылыстары қолдануды металдың өзінен ерте тапты. Мысалы, Ti тетрахлориді Бірінші дүниежүзілік соғыста түтін экрандарын жасау үшін кеңінен қолданылды.
Медицинада №22
1908 жылы АҚШ пен Норвегияда ақ түсті өндіру бұрынғыдай қорғасын мен мырыш қосылыстарынан емес, титан диоксидінен басталды. Мұндай ақ түспен бірдей мөлшердегі қорғасын немесе мырыш ақ түске қарағанда бірнеше есе үлкен беттерді бояуға болады. Сонымен қатар, ақ титанның шағылыстыру қабілеті жоғары, ол улы емес және күкіртті сутегінің әсерінен қараңғыланбайды. Медициналық әдебиетте адам бір уақытта 460 г титан диоксидін «қабылдаған» жағдай сипатталған! (Ол оны немен шатастырды деп ойлаймын?) Титан диоксидінің «сүйгіші» ешқандай ауыр сезімдерді сезінбеді. TiO 2 кейбір дәрі-дәрмектердің құрамына кіреді, атап айтқанда тері ауруларына қарсы жақпа.
Дегенмен, бұл медицина емес, TiO 2-нің ең көп мөлшерін тұтынатын бояу және лак өнеркәсібі. Бұл қосылыстың әлемдік өндірісі жылына жарты миллион тоннадан асқан. Титан диоксиді негізіндегі эмальдар кеме жасауда, құрылыста және машина жасауда металл мен ағашқа арналған қорғаныс және сәндік жабын ретінде кеңінен қолданылады. Құрылымдар мен бөлшектердің қызмет ету мерзімі айтарлықтай артады. Ақ титан маталарды, былғары және басқа материалдарды бояу үшін қолданылады.
Өнеркәсіптегі Ti
Титан диоксиді фарфор массаларының, отқа төзімді шынылардың және диэлектрлік өтімділігі жоғары керамикалық материалдардың бір бөлігі болып табылады. Беріктік пен ыстыққа төзімділікті арттыратын толтырғыш ретінде ол резеңке қосылыстарға енгізіледі. Дегенмен, титан қосылыстарының барлық артықшылықтары таза титан металының бірегей қасиеттерінің фонында елеусіз болып көрінеді.
Элементтік Титан
1925 жылы голланд ғалымдары ван Аркель мен де Бур йодид әдісін қолдана отырып, жоғары тазалықтағы титанды - 99,9% алды (бұл туралы толығырақ төменде). Хантер алған титаннан айырмашылығы, ол икемділікке ие болды: оны суықта соғуға, парақтарға, таспаға, сымға және тіпті ең жұқа фольгаға айналдыруға болады. Бірақ бұл ең бастысы емес. Титан металының физика-химиялық қасиеттерін зерттеу фантастикалық дерлік нәтижелерге әкелді. Мысалы, титан темірден екі есе дерлік жеңіл (титанның тығыздығы 4,5 г/см3) беріктігі жағынан көптеген болаттардан жоғары екені белгілі болды. Алюминиймен салыстыру да титанның пайдасына шықты: титан алюминийден бір жарым есе ауыр, бірақ ол алты есе күшті және ең бастысы, ол 500 ° C-қа дейінгі температурада беріктігін сақтайды ( және легирленген элементтерді қосқанда - 650 ° C дейін ), алюминий мен магний қорытпаларының беріктігі 300 ° C-та күрт төмендейді.
Титанның да айтарлықтай қаттылығы бар: ол алюминийден 12 есе, темір мен мыстан 4 есе қатты. Металдың тағы бір маңызды сипаттамасы оның аққыштық күші болып табылады. Ол неғұрлым жоғары болса, осы металдан жасалған бөлшектер операциялық жүктемелерге соғұрлым жақсы төтеп береді, соғұрлым олар пішіні мен өлшемдерін ұзақ сақтайды. Титанның шығымдылығы алюминийге қарағанда 18 есе дерлік жоғары.
Көптеген металдардан айырмашылығы, титанның айтарлықтай электр кедергісі бар: күмістің электр өткізгіштігі 100-ге тең болса, мыстың электр өткізгіштігі - 94, алюминий - 60, темір мен платина - 15, титан - тек 3,8. Титанның магнитсіздігі сияқты бұл қасиет радиоэлектроника мен электротехника үшін қызығушылық тудыратынын түсіндірудің қажеті жоқ.
Титанның коррозияға төзімділігі керемет. Теңіз суына 10 жыл әсер еткеннен кейін бұл металдың пластинасында коррозия ізі қалмады. Қазіргі ауыр тікұшақтардың роторлары титан қорытпаларынан жасалған. Рульдер, элерондар және дыбыстан жоғары ұшақтардың басқа да маңызды бөліктері де осы қорытпалардан жасалған. Көптеген химиялық зауыттарда бүгінде титаннан жасалған тұтас аппараттар мен колонналарды кездестіруге болады.
Титанды қалай алуға болады
Титанды өндіру мен тұтынуды бәсеңдететін тағы бір нәрсе - баға. Шындығында, жоғары құны титанға тән кемшілік емес. Оның жер қыртысында көп – 0,63%. Титанның бұрынғысынша жоғары бағасы оны кендерден алудың қиындығы салдары болып табылады. Ол титанның көптеген элементтерге жоғары жақындығымен және оның табиғи қосылыстарындағы химиялық байланыстардың беріктігімен түсіндіріледі. Сондықтан технологияның күрделілігі. 1940 жылы американдық ғалым В.Кролл әзірлеген титан өндірудің магний-термиялық әдісі осылай көрінеді.
Титан диоксиді хлордың көмегімен титан тетрахлоридіне айналады (көміртек болған кезде):
HO 2 + C + 2CI 2 → HCI 4 + CO 2.
Процесс электр шахталы пештерде 800-1250°С температурада жүреді. Тағы бір нұсқа - балқымадағы сілтілі металдардың NaCl және KCl тұздарын хлорлау.Келесі операция (бірдей маңызды және еңбекті көп қажет ететін) - TiCl 4 қоспалардан тазарту - әртүрлі әдістер мен заттарды қолдану арқылы жүзеге асырылады. Титан тетрахлориді қалыпты жағдайда қайнау температурасы 136°С сұйықтық болып табылады.
Титан мен хлор арасындағы байланысты үзу оттегіге қарағанда оңайырақ. Бұл реакция арқылы магнийді қолдану арқылы жасалуы мүмкін
TiCl 4 + 2Mg → T + 2MgCl 2.
Бұл реакция болат реакторларында 900°С температурада жүреді. Нәтижесінде магний және магний хлоридімен сіңдірілген титан губкасы деп аталады. Олар тығыздалған вакуумдық аппаратта 950°C температурада буланады, содан кейін титан губкасы агломерацияланады немесе жинақы металға балқытылады.
Титан металын алудың натрий-термиялық әдісі, негізінен, магний-термиялық әдістен айтарлықтай ерекшеленбейді. Бұл екі әдіс өнеркәсіпте кеңінен қолданылады. Таза титан алу үшін ван Аркель мен де Бур ұсынған йодид әдісі әлі де қолданылады. Металлотермиялық титан губкасы TiI 4 йодидіне айналады, содан кейін ол вакуумда сублимацияланады. Жолда титап йодид буы 1400°С дейін қыздырылған титан сымымен кездеседі. Бұл жағдайда йодид ыдырайды, сымда таза титан қабаты өседі. Титан өндірудің бұл әдісі өнімділігі төмен және қымбат, сондықтан ол өнеркәсіпте өте шектеулі деңгейде қолданылады.
Титан өндірісінің еңбек және энергия сыйымдылығына қарамастан, ол қазірдің өзінде түсті металлургияның маңызды қосалқы салаларының біріне айналды. Әлемдік титан өндірісі өте жылдам қарқынмен дамып келеді. Мұны тіпті басып шығарылған үзінді ақпараттан да бағалауға болады.
1948 жылы әлемде бар болғаны 2 тонна титан балқытылғаны белгілі, ал 9 жылдан кейін қазірдің өзінде 20 мың тонна болды.Бұл 1957 жылы барлық елдерде 20 мың тонна титан өндірілгенін білдіреді, ал 1980 жылы тек АҚШ тұтынған. . 24,4 мың тонна титан... Соңғы уақытқа дейін титан сирек кездесетін металл деп аталып келген сияқты - қазір ол ең маңызды құрылымдық материал болып табылады. Мұны бір ғана нәрсемен түсіндіруге болады: № 22 элементтің пайдалы қасиеттерінің сирек комбинациясы. Және, әрине, технологияның қажеттіліктері.
Авиация, кеме жасау және зымыран өнеркәсібі үшін жоғары берік қорытпалардың негізі, конструкциялық материал ретінде титанның рөлі тез артып келеді. Дүние жүзінде балқытылған титанның көп бөлігі қорытпаларда қолданылады. 90% титан, 6% алюминий және 4% ванадийден тұратын авиация өнеркәсібі үшін кеңінен танымал қорытпа. 1976 жылы американдық баспасөзде дәл осындай мақсатқа арналған жаңа қорытпа туралы хабарлар пайда болды: 85% титан, 10% ванадий, 3% алюминий және 2% темір. Олар бұл қорытпаның жақсырақ ғана емес, сонымен қатар үнемді екенін айтады.
Жалпы, титан қорытпалары көптеген элементтерді, соның ішінде платина мен палладийді қамтиды. Соңғысы (0,1-0,2% мөлшерінде) титан қорытпаларының онсыз да жоғары химиялық төзімділігін арттырады.
Титанның беріктігін азот пен оттегі сияқты «легирленген қоспалар» да арттырады. Бірақ беріктікпен бірге олар титанның қаттылығын және ең бастысы сынғыштығын арттырады, сондықтан олардың мазмұны қатаң түрде реттеледі: қорытпаға 0,15% оттегі және 0,05% азот рұқсат етілмейді.
Титанның қымбат екеніне қарамастан, оны арзанырақ материалдармен ауыстыру көп жағдайда тиімді болып шығады. Міне, әдеттегі мысал. Тот баспайтын болаттан жасалған химиялық аппараттың корпусы 150 рубль, ал титан қорытпасынан жасалған біреуі 600 рубль тұрады. Бірақ сонымен бірге болат реакторы бар болғаны 6 айға, ал титанға - 10 жылға жетеді. Болат реакторларын және мәжбүрлі жабдықтың тоқтап қалуын ауыстыру шығындарын қосыңыз - және қымбат титанды пайдалану болаттан гөрі тиімдірек болатыны анық болады.
Металлургия титанның едәуір мөлшерін пайдаланады. Легирленген қоспа ретінде титанды қамтитын болаттың және басқа қорытпалардың жүздеген сорттары бар. Ол металдардың құрылымын жақсарту, беріктігі мен коррозияға төзімділігін арттыру үшін енгізілген.
Кейбір ядролық реакциялар дерлік абсолютті вакуумде жүруі керек. Сынап сорғыларының көмегімен вакуумды атмосфераның миллиардтан бірнеше бөлігіне дейін жеткізуге болады. Бірақ бұл жеткіліксіз, ал сынап сорғылары көп нәрсеге қабілетсіз. Ауаны одан әрі айдау арнайы титан сорғылары арқылы жүзеге асырылады. Сонымен қатар, одан да үлкен вакуумға қол жеткізу үшін, реакциялар өтетін камераның ішкі бетіне майда дисперсті титан себіледі.
Титанды көбінесе болашақ металы деп атайды. Ғылым мен техниканың қолында бар фактілер бұл мүлдем дұрыс емес екеніне бізді сендіреді - титан қазірдің өзінде қазіргі металға айналды.
Перовскит және сфен. Ильменит – темір метатитанаты FeTiO 3 – құрамында 52,65% TiO 2 бар. Бұл минералдың атауы оның Ильмен тауларында Оралдан табылғандығына байланысты. Ильменит құмдарының ең үлкен пласерлері Үндістанда кездеседі. Тағы бір маңызды минерал, рутил - титан диоксиді. Ильмениттің темір минералдарымен табиғи қоспасы титаномагнетиттер де өндірістік маңызға ие. КСРО, АҚШ, Үндістан, Норвегия, Канада, Австралия және басқа елдерде титан кендерінің бай кен орындары бар. Жақында геологтар Солтүстік Байкал өңірінде құрамында титан бар жаңа минералды тапты, ол кеңес физигі академик Л.Д.Ландаудың құрметіне ландауит деп аталды. Дүние жүзінде титанның барлығы 150-ден астам маңызды кен және пласерлік кен орындары белгілі.
22-элемент (ағылшынша Titanium, французша Titane, немец Titan) 18 ғасырдың аяғында, әдебиетте әлі сипатталмаған жаңа минералдарды іздеу және талдау тек химиктер мен минералогтарды ғана емес, әуесқой ғалымдарды да қызықтырған кезде ашылды. Сондай әуесқойлардың бірі, ағылшын діни қызметкері Грегор Корнуоллдағы Меначан алқабындағы өзінің приходында ақ құм аралас қара құмды тапты. Грегор құм үлгісін тұз қышқылында ерітті; Бұл ретте құмнан темірдің 46 пайызы босатылды. Грегор үлгінің қалған бөлігін күкірт қышқылында ерітіп, 3,5% кремнеземнен басқа заттың барлығы дерлік ерітіндіге кетті. Күкірт қышқылы ерітіндісін буланғаннан кейін үлгінің 46% мөлшерінде ақ ұнтақ қалды. Грегор оны артық қышқылда еритін және күйдіргіш калиймен тұндырылатын әктің ерекше түрі деп санады. Ұнтақты зерттеуді жалғастыра отырып, Грегор бұл темірдің қандай да бір белгісіз металмен қосылысы деген қорытындыға келді. Өзінің досы, минералог Хокинспен кеңескеннен кейін Грегор 1791 жылы өз жұмысының нәтижелерін жариялап, қара құм табылған алқаптың атымен жаңа металды Менахина деп атауды ұсынды. Осыған сәйкес бастапқы минерал менаконит деп аталды. Клапрот Грегордың хабарымен танысып, оған тәуелсіз сол кездегі «қызыл венгр шерлі» (рутил) деп аталатын минералды талдауға кірісті. Көп ұзамай ол титан (Титан) деп атаған минералдан белгісіз металдың оксидін бөліп алды - жердің ежелгі мифтік тұрғындары. Лавуазье мен Париж Ғылым академиясының номенклатуралық комиссиясы ұсынған элементтерді қасиеттеріне қарай атаудан гөрі Клапрот әдейі мифологиялық атауды таңдады және бұл елеулі түсінбеушіліктерге әкелді. Грегор менахины мен титаны бір элемент деп күдіктенген Клапрот менаконит пен рутилге салыстырмалы талдау жасап, екі элементтің де сәйкестігін анықтады. Ресейде 19 ғасырдың аяғында. титанды ильмениттен бөліп алып, химиялық жағынан егжей-тегжейлі зерттеген Т.Е.Ловиц; Сонымен бірге ол Клапрот анықтамаларындағы кейбір қателерді атап өтті. Электролиттік таза титанды 1895 жылы Моиссан алды. 19 ғасырдың басындағы орыс әдебиетінде. титан кейде титан деп аталады (Двигубский, 1824), ал бес жылдан кейін титан атауы сонда пайда болады.
АНЫҚТАУ
Титан- периодтық жүйенің жиырма екінші элементі. Белгіленуі - латын тілінен шыққан «титан». Төртінші кезеңде орналасқан, IVB тобы. Металдарға қатысты. Ядро заряды 22.
Титан табиғатта өте кең таралған; Жер қыртысындағы титан мөлшері 0,6% (масса), яғни. мыс, қорғасын және мырыш сияқты технологияда кеңінен қолданылатын металдардың мөлшерінен жоғары.
Қарапайым зат түрінде титан күмістей ақ металл (1-сурет). Жеңіл металдарға жатады. Отқа төзімді. Тығыздығы - 4,50 г/см3. Балқу және қайнау температуралары сәйкесінше 1668 o C және 3330 o C. Ол кәдімгі температурада ауада коррозияға төзімді, бұл оның бетінде TiO 2 құрамды қорғаныс қабықшасының болуымен түсіндіріледі.
Күріш. 1. Титан. Сыртқы түрі.
Титанның атомдық және молекулалық массасы
Заттың салыстырмалы молекулалық массасы(M r) - берілген молекуланың массасы көміртегі атомының массасының 1/12-ден неше есе артық екенін көрсететін сан, және элементтің салыстырмалы атомдық массасы(A r) – химиялық элемент атомдарының орташа массасы көміртегі атомының массасының 1/12 бөлігінен неше есе артық.
Титан бос күйінде бір атомды Ti молекулалары түрінде болғандықтан, оның атомдық және молекулалық массаларының мәндері сәйкес келеді. Олар 47,867-ге тең.
Титанның изотоптары
Табиғатта титанды 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti және 50 Ti бес тұрақты изотоптар түрінде табуға болатыны белгілі. Олардың массалық сандары сәйкесінше 46, 47, 48, 49 және 50. Титан 46 Ti изотопының атомының ядросында жиырма екі протон және жиырма төрт нейтрон бар, ал қалған изотоптар одан нейтрондар санымен ғана ерекшеленеді.
Титанның массалық сандары 38-ден 64-ке дейінгі жасанды изотоптары бар, олардың ішінде ең тұрақтысы жартылай ыдырау периоды 60 жыл болатын 44 Ti, сондай-ақ екі ядролық изотоптар.
Титан иондары
Титан атомының сыртқы энергетикалық деңгейінде төрт электрон бар, олар валенттілік:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2 .
Химиялық әрекеттесу нәтижесінде титан валенттілік электрондарынан бас тартады, яғни. олардың доноры болып табылады және оң зарядты ионға айналады:
Ti 0 -2e → Ti 2+ ;
Ti 0 -3e → Ti 3+ ;
Ti 0 -4e → Ti 4+ .
Титанның атомы және молекуласы
Бос күйде титан бір атомды Ti молекулалары түрінде болады. Титан атомы мен молекуласын сипаттайтын кейбір қасиеттер:
Титан қорытпалары
Титанның қазіргі заманғы техникада кеңінен қолданылуына ықпал ететін негізгі қасиеті титанның өзінің де, алюминиймен және басқа металдармен қорытпаларының да жоғары ыстыққа төзімділігі болып табылады. Сонымен қатар, бұл қорытпалар ыстыққа төзімді - жоғары температурада жоғары механикалық қасиеттерді сақтауға төзімді. Осының бәрі титан қорытпаларын ұшақтар мен зымыран өндірісі үшін өте құнды материалдар етеді.
Жоғары температурада титан галогендермен, оттегімен, күкіртпен, азотпен және басқа элементтермен біріктіріледі. Бұл болатқа қоспа ретінде титан-темір қорытпаларын (ферротитан) қолданудың негізі болып табылады.
Есептерді шешу мысалдары
МЫСАЛ 1
МЫСАЛ 2
| Жаттығу | Массасы 47,5 г титан (IV) хлоридін магниймен тотықсыздандыру кезінде бөлінетін жылу мөлшерін есептеңдер. Реакцияның термохимиялық теңдеуі келесі түрде болады: |
| Шешім | Реакцияның термохимиялық теңдеуін қайта жазайық: TiCl 4 + 2Mg = Ti + 2MgCl 2 =477 кДж. Реакция теңдеуіне сәйкес оған 1 моль титан (IV) хлориді және 2 моль магний түсті. Теңдеу арқылы титан (IV) хлоридінің массасын есептейік, яғни. теориялық массасы (молярлық массасы - 190 г/моль): m теоры (TiCl 4) = n (TiCl 4) × M (TiCl 4); m теоремасы (TiCl 4) = 1 × 190 = 190 г. Пропорция жасайық: m prac (TiCl 4)/ m теор (TiCl 4) = Q prac / Q теориясы. Сонда титан (IV) хлоридін магниймен тотықсыздандыру кезінде бөлінетін жылу мөлшері мынаған тең болады: Q prac = Q теориясы × m prac (TiCl 4)/ m теор; Q prac = 477 × 47,5/ 190 = 119,25 кДж. |
| Жауап | Жылу мөлшері 119,25 кДж. |
Титанның ашылу тарихыкүтпеген және өте қызықты. Титанды кім ашты деп ойлайсыңдар? Опциялар:
- Ғалым.
- Тәжірибелі минералог.
- Орманшы.
- Діни қызметкер.
Титан ашылды және табылды Британдық діни қызметкер 1791 жылы Менакин алқабында (Google картасында төменде көрсетілген орын):
Діни қызметкер Уильям Грегор титанды қалай ашты?
Минералогия пастордың кәсібі емес еді. Бұл хобби, хобби сияқты болды. Титанның ашылуы - үлкен жетістік және Грегор өміріндегі ең көрнекті әрекет. Ол титанды Менакин аңғарындағы жергілікті көпірдің жанынан тапқан қара құмның арқасында алды. Грегор құмның антрацитке ұқсас магнетизміне қызығушылық танытып, ол өзінің шағын зертханасында табылған затқа тәжірибе жасауды ұйғарды.
Діни қызметкер табылған құмның үлгісін тұз қышқылына батырды. Нәтижесінде үлгінің жеңіл бөлігі ериді және тек қара құм қалды. Содан кейін Уильям құмға күкірт қышқылын қосып, үлгінің қалған бөлігін ерітті. Тәжірибені жалғастыруды ұйғарып, Грегор ерітіндіні қыздырып, бұлыңғыр бола бастады. Нәтиже әк сүті сияқты болды:
Грегор суспензияның реңкіне таң қалды, бірақ Ti жаңа элементінің ашылуы туралы батыл қорытынды жасауға жеткіліксіз болды. Ол H2SO4 қышқылын көбірек қосуды шешті, бірақ бұлттылық жойылмады. Содан кейін пастор сұйықтық толығымен буланғанша суспензияны қыздыруды жалғастырды. Оның орнында ақ ұнтақ болды:
Дәл сол кезде Уильям Грегор өзіне беймәлім әк түрімен айналысамын деп шешті. Ол ұнтақты күйдіріп (400 градус Цельсий және одан жоғары қыздыру) кейін бірден ойын өзгертті - зат сарғаяды. Ашылғанын анықтай алмай, ол пастордан айырмашылығы минералогиямен кәсіби түрде айналысқан досын көмекке шақырды. Оның досы, ғалым Хокинс бұл жаңалықты растады жаңа элемент!
Содан кейін пастор элементті ашуға өтініш берді. V " Физикалық журнал«Табылған тау жынысын «менаканит», алынған оксид деп атады» менакин" Бірақ элементтің өзі сол кезде атау алған жоқ...
Титанның ашылуының құрметіне 2002 жылдың сәуір айында Уильям Грегор «біртүрлі» қара құмды тапқан көпір жанындағы орынға тақта орнатылды. Кейінірек діни қызметкер пайдалы қазбаларды зерттеуге тереңірек үңіліп, өзінің туған қаласы Корнуоллда өзінің геологиялық қоғамын ашты. Тибет корундынан титан мен қалайы туған ауданынан табылған.
Мемориалдық тақта:
Металл Титанға кім ат берді?
Мартин Генрих КлапротМенакиннің ашылғаны туралы «Физикалық журналдағы» мақаланы күмәнмен қабылдады. Сол кезде көп нәрсе ашылды. Ғалымның өзі ашты УранЖәне Цирконий! Ол діни қызметкердің сөзінің растығын іс жүзінде сынап көруді ұйғарды. Іздестіру барысында мен белгілі бір «венгриялық қызыл Шорлды» таптым және оны оның элементтеріне бөлуді шештім. Нәтижесінде мен Грегоровскийге ұқсас ақ ұнтақ алдым. Тығыздықтарды салыстырғаннан кейін олардың бірдей зат екені белгілі болды.
Діни қызметкер мен көрнекті ғалым бірдей минералды тапты - бұл менакин немесе шерл емес, рутил. Грегор қара құмды тапқан тас қазір ильменит деп аталады. Клапрот пастордың диоксидті бірінші ашқандығын білді және бұл ашылымды талап етпеді (әсіресе ол уран мен цирконийді ашқандықтан). Бірақ ғылыми қауым ғалымның күш-жігерін діни қызметкерге қарағанда көбірек қабылдады. Қазір Грегор мен Клапроттың бірдей қатысы бар және Титанды 1791 жылы «бірге» ашқан деп саналады (бірінші пастор жасағанымен).
Титан неге бұлай аталды?
18 ғасырда химик Лавуазьенің француз мектебінің ықпалы зор болды. Мектеп қағидалары бойынша жаңа элементтер негізгі белгілеріне қарай аталды. Осы принцип бойынша олар оттегі (ауа арқылы пайда болады), сутегі (су арқылы пайда болады) және азот («жансыз») деп атады. Бірақ Клапрот оның басқа ілімдерін қолдағанымен, Лавуазьенің бұл принципіне сын көзбен қарады. Ол өз принципін ұстануға шешім қабылдады: Мартин элементтерді мифтік атаулармен, планеталар және заттың қасиеттеріне қатысы жоқ басқа атаулармен атады.
Генрих Клапрот рутилден алынған элементті Титан деп атады. Жер планетасының алғашқы тұрғындарының құрметіне. Титан Прометей адамдарға от берді, ал табылған металл титан енді авиацияны, кеме жасауды және ракета жасауды жаңа ашылулар үшін шикізатпен қамтамасыз етеді!