Титан(лат. titanium), ti, Менделеевтің периодтық жүйесінің IV тобының химиялық элементі; атомдық нөмірі 22, атомдық массасы 47,90; күмістей ақ түсті жеңіл металдар.Табиғи Т. бес тұрақты изотоптардың қоспасынан тұрады: 46 ти (7,95%), 47 ти (7,75%), 48 ти (73,45%), 49 ти (5,51%), 50 ти (5 ,34%). Жасанды радиоактивті изотоптар 45 ти белгілі (ti 1/2 = 3,09 h, 51 ти (ti 1/2 = 5,79 мин) және т.б.
Тарих анықтамасы. Диоксид түріндегі Т.-ны ағылшын әуесқой минералогы В.Грегор 1791 жылы Менакан қаласының (Англия) магнитті темір құмынан ашқан; 1795 жылы неміс химигі М.Г.Клапрот минерал екенін анықтады рутилсол металдың табиғи оксиді, оны ол «титан» деп атаған [грек мифологиясында титандар — Уран (Аспан) мен Гаяның (Жер) балалары]. Т.-ны таза күйінде ұзақ уақыт бойы бөліп алу мүмкін болмады; Тек 1910 жылы американдық ғалым М.А.Хантер металдық натрийді оның хлоридін мөрленген болат бомбада натриймен қыздыру арқылы алды. ол алған металл тек жоғары температурада икемді болды және қоспалардың көп болуына байланысты бөлме температурасында сынғыш болды. Таза титанның қасиеттерін зерттеу мүмкіндігі тек 1925 жылы голланд ғалымдары А.Ван Аркель мен Дж.де Бур титан йодидінің термиялық диссоциациялануы арқылы төмен температурада жоғары таза металл пластмассасын алған кезде ғана пайда болды.
табиғатта таралуы. Т. – кең таралған элементтердің бірі, оның жер қыртысындағы орташа мөлшері (кларк) салмағы бойынша 0,57% құрайды (құрылымдық металдар арасында көптігі бойынша темір, алюминий, магнийден кейін төртінші орында). Т. «базальт қабықшасы» деп аталатын негізгі жыныстарда ең көп (0,9%), «гранит қабықшасының» жыныстарында аз (0,23%), ал ультра негізді жыныстарда одан да аз (0,03%) және т.б. Т.-мен байытылған тау жыныстарына негізгі жыныстардың пегматиттері, сілтілі жыныстар, сиениттер және олармен байланысты пегматиттер жатады.Алпыс жеті Т. минералдары белгілі, көбінесе магмалық шығу тегі; ең маңыздылары рутилді және ильменит.
Биосферада Т. негізінен дисперсті. Теңіз суында 1 10 -7%; Т.- әлсіз мигрант.
физикалық қасиеттері. T. екі аллотроптық модификация түрінде болады: 882,5 ° C температурадан төмен, алтыбұрышты тығыз оралған торы бар а-формасы тұрақты ( а= 2,951 å, бірге= 4,679 å), және осы температурадан жоғары - текше дене центрленген торы бар b-формасы a =£3,269 Қоспалар мен қоспалар a/b түрлендіру температурасын айтарлықтай өзгерте алады.
Тығыздығы a-формасы 20 °C 4.505 г/см 3 a 870 °C 4,35 г/см 3 b-900 °C температурада қалыптасады 4.32 г/см 3; атом радиусы ti 1,46 å, иондық радиус ti + 0,94 å, ti 2+ 0,78 å, ti 3+ 0,69 å, ti 4+ 0,64 å , тпл 1668±5°С, ткип 3227 °С; 20-25 °С аралығындағы жылу өткізгіштік 22.065 сей/(м? TO); 20 °С кезінде сызықтық кеңеюдің температуралық коэффициенті 8,5? 10 -6, 20-700°С аралығында 9,7? 10 -6; жылу сыйымдылығы 0,523 кДж/(кг? TO); электр кедергісі 42,1? 10-6 ом? см 20 ° C температурада; электр кедергісінің температуралық коэффициенті 20 °С кезінде 0,0035; асқын өткізгіштігі 0,38 ± 0,01 K. T. төмен парамагниттік, меншікті магниттік сезімталдығы (3,2 ± 0,4)? 20°C температурада 10 -6. Созылу күші 256 Мн/м 2 (25,6 кгс/мм 2) , ұзарту 72%, Бринелл қаттылығы 1000-нан төмен Мн/м 2 (100 кгс/мм 2) . Қалыпты серпімділік модулі 108000 Мн/м 2 (10800 кгс/мм 2) . Қалыпты температурада жоғары таза соғу металы.
Өнеркәсіпте қолданылатын техникалық сорттың құрамында оттегінің, азоттың, темірдің, кремнийдің және көміртегінің қоспалары бар, олар оның беріктігін арттырады, икемділігін төмендетеді және 865-920 ° C аралығында болатын полиморфты түрлену температурасына әсер етеді. VT1-00 және VT1-0 техникалық маркалары үшін тығыздық шамамен 4,32 құрайды. г/см 3 , созылу күші 300-550 Мн/м 2 (30-55 кгс/мм 2) , ұзарту 25% кем емес, Бринелл қаттылығы 1150-1650 Мн/м 2 (115-165 кгс/мм 2) . Атомның сыртқы электрондық қабатының конфигурациясы ti 3 г 2 4 с 2 .
Химиялық қасиеттері . Таза Т.- реактивті өтпелі элемент,қосылыстарда оның тотығу дәрежесі + 4, сирек +3 және +2 болады. Кәдімгі температурада және 500-550 ° C дейін ол коррозияға төзімді, бұл оның бетінде жұқа, бірақ күшті оксидті қабықтың болуымен түсіндіріледі.
Атмосфералық оттегімен 600 ° C жоғары температурада tio 2 түзілуімен айтарлықтай әрекеттеседі. . Майлауы жеткіліксіз жұқа титан чиптері өңдеу кезінде өртенуі мүмкін. Қоршаған ортадағы оттегінің жеткілікті концентрациясы және оксид қабықшасының соққы немесе үйкеліс арқылы зақымдануы кезінде металдың бөлме температурасында және салыстырмалы түрде үлкен кесектерде тұтануы мүмкін.
Оксидті пленка сұйық күйдегі термометрді оттегімен (мысалы, алюминийден айырмашылығы) одан әрі әрекеттесуден қорғамайды, сондықтан оны балқыту және дәнекерлеу вакуумда, бейтарап газ атмосферасында немесе температура астында жүзеге асырылуы керек. ағын. Т. практикалық қолдануға жарамсыз морт қорытпалар түзетін атмосфералық газдар мен сутекті сіңіру қабілеті бар; белсендірілген бет болған кезде сутегінің жұтылуы бөлме температурасында төмен жылдамдықпен жүреді, ол 400 ° C және одан жоғары температурада айтарлықтай артады. Т.-дағы сутегінің ерігіштігі қайтымды және бұл газды вакуумды жасыту арқылы толығымен дерлік жоюға болады. Азот 700°С жоғары температурада азотпен әрекеттесіп, қалайы түріндегі нитридтер түзеді; ұсақ ұнтақ немесе сым түрінде Т. азотты атмосферада жануы мүмкін. Т.-дағы азот пен оттегінің диффузия жылдамдығы сутегінен әлдеқайда төмен. Осы газдармен әрекеттесу нәтижесінде алынған қабат қаттылығы мен сынғыштығының жоғарылауымен сипатталады және титан бұйымдарының бетінен ою немесе өңдеу арқылы жойылуы керек. T. құрғақ галогендермен қарқынды әрекеттеседі , ылғалды галогендерге қатысты ол тұрақты, өйткені ылғал ингибитор рөлін атқарады.
Металл төзімді азот қышқылыкүкірт қышқылының әлсіз ерітінділеріндегі (салмағы бойынша 5%-ға дейін) барлық концентрациялар (Т.-ның коррозиялық крекингін тудыратын қызыл түтіннен басқа және реакция кейде жарылыспен жүреді). Тұзды, фторлы, концентрлі күкірт, сондай-ақ ыстық органикалық қышқылдар: қымыздық, құмырсқа, үшхлорсірке қышқылдары Т-мен әрекеттеседі.
Т. атмосфералық ауада, теңіз суында және теңіз атмосферасында, ылғалды хлорда, хлорлы суда, ыстық және суық хлорид ерітінділерінде, химиялық, мұнай, қағаз және басқа салаларда қолданылатын әртүрлі технологиялық ерітінділер мен реагенттерде, сондай-ақ коррозияға төзімді. гидрометаллургияда. T. C, B, se, si-мен металл тәрізді қосылыстар түзеді, олар балқитындығымен және жоғары қаттылығымен ерекшеленеді. тиг карбиді ( т pl 3140 °C) сутегі атмосферасында 1900-2000 °C күйемен tio 2 қоспасын қыздыру арқылы алынады; қалайы нитриді ( т pl 2950 ° C) - азоттағы Т. ұнтағын 700 ° C жоғары температурада қыздыру арқылы. Силицидтер tisi 2 , ti 5 si 3 , tisi және borides tib, ti 2 b 5 , tib 2 белгілі. 400-600°С аралығындағы температурада T. сутекті сіңіріп, қатты ерітінділер мен гидридтер түзеді (tih, tih 2). tio 2 сілтілермен қосылған кезде мета- және ортотитанаттардың титан қышқылының тұздары (мысалы, na 2 tio 3 және na 4 tio 4), сондай-ақ полититанаттар (мысалы, na 2 ti 2 o 5 және na 2) түзіледі. ti 3 o 7). Титанаттар сіреспенің ең маңызды минералдарын қамтиды, мысалы, ilmenite fetio 3 және perovskite catio 3 . Барлық титанаттар суда аздап ериді. Титан диоксиді, титан қышқылдары (төгінділер) және титанаттар күкірт қышқылында ериді және тиозо 4 титанил сульфаты бар ерітінділер түзеді. Ерітінділерді сұйылтқанда және қыздырғанда гидролиз нәтижесінде h 2 tio 3 тұнба түзіледі, одан Т диоксиді алынады Құрамында ti (iv) қосылыстары бар қышқылдық ерітінділерге сутегі асқын тотығын қосқанда h құрамының пероксидті (супертитандық) қышқылдары. 4 tio 5 және h 4 tio түзіледі 8 және олардың сәйкес тұздары; бұл қосылыстар сары немесе сарғыш-қызыл (Т. концентрациясына байланысты) боялған, ол Т-ны аналитикалық анықтау үшін қолданылады.
Түбіртек. Металл сынапты алудың ең көп тараған әдісі магний-термиялық әдіс, яғни натрий тетрахлоридін металдық магниймен (негізінен натрий) тотықсыздандыру болып табылады:
ticl 4 + 2mg = ti + 2mgcl 2.
Екі жағдайда да шикізатТемірдің оксидті рудалары — рутил, ильменит және басқалары қолданылады.Ильменит типіндегі рудаларда титан темірден электр пештерінде балқыту арқылы шлак түрінде бөлінеді. Қож (рутил сияқты) көміртегінің қатысуымен хлорлаудан өтеді, ол тазартылғаннан кейін бейтарап атмосферасы бар тотықсыздандырғыш реакторға түседі.
Бұл процеске сәйкес болат губка тәрізді түрде алынады және ұнтақталғаннан кейін, егер қорытпа алу қажет болса, легирленген қоспаларды енгізе отырып, вакуумдық доғалық пештерде құймаларға қайта балқытады. Магний-термиялық әдіс тұйық технологиялық циклі бар термометрлердің кең ауқымды өнеркәсіптік өндірісін құруға мүмкіндік береді, өйткені қалпына келтіру кезінде түзілетін қосымша өнім магний хлориді магний мен хлор алу үшін электролизге жіберіледі.
Бірқатар жағдайларда титан мен оның қорытпаларынан бұйымдар алу үшін ұнтақты металлургия әдістерін қолдану тиімді. Ерекше жұқа ұнтақтарды алу үшін (мысалы, радиоэлектроника үшін) титан диоксидін кальций гидридімен тотықсыздандыруды қолдануға болады.
Дүниежүзілік металл өндірісі өте қарқынды дамыды: 2-ге жуық т 1948, 2100 ж т 1953 жылы 20 мың т 1957 жылы; 1975 жылы 50 мыңнан асты т.
Қолдану . Т.-ның басқа құрылымдық металдардан басты артықшылығы жеңілдігі, беріктігі және коррозияға төзімділігінің үйлесімі болып табылады. Титан қорытпалары абсолютті және одан да көп меншікті беріктігі бойынша (яғни тығыздыққа байланысты беріктік) -250-ден 550 ° C-қа дейінгі температурада басқа металдарға негізделген қорытпалардың көпшілігінен (мысалы, темір немесе никель) асып түседі және олар салыстырмалы. асыл металл қорытпаларымен коррозияда . Дегенмен, Т. тәуелсіз құрылымдық материал ретінде тек 1950 жылдары ғана қолданыла бастады. 20 ғасыр оны кендерден алу мен өңдеудің үлкен техникалық қиындықтарына байланысты (сол себепті Т. шартты түрде аталған. сирек металдар) . Технологияның негізгі бөлігі авиациялық-зымырандық техника мен теңіз кеме жасау қажеттіліктеріне жұмсалады. . Темірмен ферротитан қорытпалары, ферротитан (20-50% темір) ретінде белгілі, жоғары сапалы болаттар мен арнайы қорытпалар металлургиясында легірлеуші қоспа және тотықсыздандырғыш ретінде қызмет етеді.
Техникалық технология резервуарларды, химиялық реакторларды, құбырларды, арматураларды, сорғыларды және агрессивті ортада жұмыс істейтін басқа да өнімдерді өндіру үшін қолданылады, мысалы, химиялық инженерия. Түсті металдар гидрометаллургиясында Т-дан құрал-жабдықтар қолданылады.Ол болат бұйымдарын жабуға қызмет етеді. . Термодинамиканы қолдану көп жағдайда жабдықтың қызмет ету мерзімін ұлғайту есебінен ғана емес, сонымен қатар процестерді интенсификациялау мүмкіндігіне байланысты (мысалы, никель гидрометаллургиясында) үлкен техникалық-экономикалық нәтиже береді. Т.-ның биологиялық зиянсыздығы оны жабдықты жасау үшін тамаша материал етеді Тамақ өнеркәсібіжәне реконструктивтік хирургияда. Терең суық жағдайында Т.-ның беріктігі жақсы пластикалық қасиетін сақтай отырып артады, бұл оны криогендік технология үшін құрылымдық материал ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Т. жылтыратуға, түсті анодтауға және бетті әрлеудің басқа әдістеріне жақсы сәйкес келеді, сондықтан әртүрлі көркем бұйымдарды, соның ішінде монументалды мүсін жасау үшін қолданылады. Мысал ретінде бірінші жасанды жер серігін ұшыру құрметіне Мәскеуде орнатылған ескерткішті келтіруге болады. Титан қосылыстарынан практикалық құндылығыжоғары температуралық технологияда қолданылатын еріткіштің оксидтері, еріткіштің галогенидтері, сондай-ақ еріткіштің силицидтері бар; Т.боридтер және олардың қорытпалары ядрода модераторлар ретінде қолданылады электр станцияларыолардың отқа төзімділігіне және үлкен нейтронды ұстау қимасына байланысты. Қаттылығы жоғары вольфрам карбиді кескіш құралдарды жасау үшін және абразивті материал ретінде қолданылатын қатты қорытпалардың құрамына кіреді.
Титан диоксиді және барий титанаты негіз болып табылады титан керамика,және барий титанаты ең маңызды болып табылады ферроэлектрлік.
С.Г.Глазунов.
Денедегі титан. Т. өсімдіктер мен жануарлардың ұлпаларында үнемі болады. Жердегі өсімдіктерде оның концентрациясы шамамен 10 -4% құрайды. , теңізде - 1,2-ден? 10 -3-тен 8-ге дейін? 10 -2% , құрлық жануарларының ұлпаларында – 2-ден кем? 10 -4% , теңіз - 2-ден? 10 -4 - 2 ? 10 -2%. Омыртқалы жануарларда негізінен мүйізді түзілімдерде, көкбауырда, бүйрек үсті бездерінде, қалқанша безде, плацентада жиналады; асқазан-ішек жолынан нашар сіңеді. Адамдарда тамақпен және сумен бірге Т.-ның тәуліктік мөлшері 0,85 құрайды мг;несеппен және нәжіспен шығарылады (0,33 және 0,52 мгтиісінше). Салыстырмалы түрде төмен уыттылық.
Лит.:Глазунов С.Г., Моисеев В.Н., Құрылымдық титан қорытпалары, М., 1974; Титан металлургиясы, М., 1968; Горощенко Я.Г., Титан химиясы, [ч. 1-2], Қ., 1970-72; zwicker u., titan und titanlegierungen, б., 1974; Боуэн х. мен. м., биохимиядағы микроэлементтер, л.- н. ж., 1966 ж.
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% (мас.), яғни. мыс, қорғасын және мырыш сияқты технологияда кеңінен қолданылатын металдардың мөлшерінен жоғары.
Қарапайым зат түрінде титан күмістей ақ металл (1-сурет). сілтеме жасайды жеңіл металдар. Отқа төзімді. Тығыздығы - 4,50 г/см 3 . Балқу және қайнау температуралары сәйкесінше 1668 o C және 3330 o C. Қалыпты температурада ауаға әсер еткенде коррозияға төзімді, бұл оның бетінде TiO 2 құрамды қорғаныс қабықшасының болуымен түсіндіріледі.
Күріш. 1. Титан. Сыртқы түрі.
Титанның атомдық және молекулалық салмағы
Заттың салыстырмалы молекулалық салмағы(M r) – берілген молекуланың массасы көміртегі атомының массасының 1/12 бөлігінен 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 күйде бір атомды Ti молекулалары түрінде болғандықтан, оның атомдық және молекулалық массаларының мәндері сәйкес келеді. Олар 47,867-ге тең.
Титанның изотоптары
Титан табиғатта 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti және 50Ti тұрақты бес изотоптары түрінде кездесетіні белгілі. Олардың массалық сандары сәйкесінше 46, 47, 48, 49 және 50. Титан 46 Ti изотопының атом ядросында жиырма екі протон және жиырма төрт нейтрон бар, ал қалған изотоптар одан нейтрондар санымен ғана ерекшеленеді.
Массалық сандары 38-ден 64-ке дейінгі жасанды титан 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 валентті болып табылатын төрт электрон бар:
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. Титанның 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 төзімділік - жоғары температурада жоғары механикалық қасиеттерді сақтауға төзімділік. Мұның бәрі титан қорытпаларын ұшақтар мен зымыран өндірісі үшін өте құнды материалдарға айналдырады.
Жоғары температурада титан галогендермен, оттегімен, күкіртпен, азотпен және басқа элементтермен біріктіріледі. Бұл болатқа қоспа ретінде темірмен (ферротитан) титан қорытпаларын 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. Термохимиялық реакция теңдеуі келесі түрде болады: |
| Шешім | Термохимиялық реакция теңдеуін қайта жазайық: TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2 \u003d 477 кДж. Реакция теңдеуіне сәйкес оған 1 моль титан (IV) хлориді және 2 моль магний түсті. Титан (IV) хлоридінің массасын теңдеу бойынша есептеңіз, яғни. теориялық массасы (молярлық массасы - 190 г / моль): m теоры (TiCl 4) = n (TiCl 4) × M (TiCl 4); m теориясы (TiCl 4) \u003d 1 × 190 \u003d 190 г. Пропорция жасайық: m prac (TiCl 4) / m теор (TiCl 4) \u003d Q prac / Q теориясы. Сонда титан (IV) хлоридін магниймен тотықсыздандыру кезінде бөлінетін жылу мөлшері: Q prac \u003d Q теориясы × m prac (TiCl 4) / m теориясы; Q prac \u003d 477 × 47,5 / 190 \u003d 119,25 кДж. |
| Жауап | Жылу мөлшері 119,25 кДж. |
Көптеген адамдар аздап жұмбақ және толық түсінілмеген титанға қызығушылық танытады - қасиеттері біршама түсініксіз металл. Металл ең берік және ең сынғыш.
Ең берік және сынғыш металл
Оны 6 жыл айырмашылығы бар екі ғалым - ағылшын В.Грегор мен неміс М.Клапрот ашты. Титанның аты, бір жағынан, табиғаттан тыс және қорқынышсыз мифтік титандармен, екінші жағынан, перілердің ханшайымы Титаниямен байланысты.
Бұл табиғаттағы ең көп таралған материалдардың бірі, бірақ таза металды алу процесі әсіресе қиын.
Д.Менделеев кестесінің 22 химиялық элементі Титан (Ti) 4-ші периодтың 4-ші тобына жатады.
Титанның түсі айқын жылтырлығы бар күмістей ақ. Оның жарқын жерлері кемпірқосақтың барлық түстерімен жарқырайды.
Бұл отқа төзімді металдардың бірі. Ол +1660°C (±20°) температурада ериді. Титан парамагниттік болып табылады: ол магнит өрісінде магниттелмейді және одан итерілмейді.
Металл төмен тығыздықпен және жоғары беріктігімен ерекшеленеді. Бірақ бұл материалдың ерекшелігі басқа химиялық элементтердің ең аз қоспалары оның қасиеттерін түбегейлі өзгертетіндігінде. Басқа металдардың елеусіз бөлігі болған жағдайда титан өзінің ыстыққа төзімділігін жоғалтады, ал оның құрамындағы металл емес заттардың ең азы қорытпаны сынғыш етеді.
Бұл мүмкіндік материалдың 2 түрінің болуын анықтайды: таза және техникалық.
- Таза титан ауыр жүктемелерге және өте жоғары температура диапазондарына төтеп бере алатын өте жеңіл зат қажет болған жағдайда қолданылады.
- Техникалық материал жеңілдігі, беріктігі және коррозияға төзімділігі сияқты параметрлер бағаланатын жерде қолданылады.
Заттың анизотропиялық қасиеті бар. Бұл металдың физикалық сипаттамаларын әсер ететін күшке байланысты өзгерте алатынын білдіреді. Бұл мүмкіндікті материалды пайдалануды жоспарлау кезінде ескеру қажет.
Құрамында басқа металдардың қоспалары аз болған кезде титан өзінің беріктігін жоғалтады.
Қалыпты жағдайда титанның қасиеттеріне жүргізілген зерттеулер оның инерттілігін растайды. Зат қоршаған атмосферадағы элементтерге әсер етпейді.
Параметрлердің өзгеруі температура +400°С және одан жоғары көтерілген кезде басталады. Титан оттегімен әрекеттеседі, азотта тұтануы мүмкін, газдарды сіңіреді.
Бұл қасиеттер оны алуды қиындатады таза затжәне оның қорытпалары. Титан өндірісі қымбат вакуумдық жабдықты пайдалануға негізделген.
Титан және басқа металдармен бәсекелестік
Бұл металл үнемі алюминий және темір қорытпаларымен салыстырылады. Титанның көптеген химиялық қасиеттері бәсекелестерге қарағанда әлдеқайда жақсы:
- Механикалық беріктігі бойынша титан темірден 2 есе, алюминийден 6 есе асып түседі. Оның күші температураның төмендеуімен артады, бұл бәсекелестерде байқалмайды.
Титанның коррозияға қарсы қасиеттері басқа металдарға қарағанда айтарлықтай жоғары. - Қоршаған орта температурасында металл абсолютті инертті. Бірақ температура +200°С-тан жоғары көтерілгенде, зат өзінің сипаттамаларын өзгерте отырып, сутегін сіңіре бастайды.
- Жоғары температурада титан басқа химиялық элементтермен әрекеттеседі. Оның жоғары меншікті беріктігі бар, ол ең жақсы темір қорытпаларының қасиеттерінен 2 есе жоғары.
- Титанның коррозияға қарсы қасиеттері алюминий мен тот баспайтын болаттан айтарлықтай асып түседі.
- Зат электр тогын нашар өткізеді. Титанның кедергісі темірден 5 есе, алюминийден 20 есе және магнийден 10 есе артық.
- Титан төмен жылу өткізгіштігімен сипатталады, бұл жылу кеңеюінің төмен коэффициентіне байланысты. Ол темірден 3 есе, ал алюминийден 12 есе аз.
Титан қалай алынады?
Материал табиғатта таралуы бойынша 10-шы орынды алады. Титан қышқылы немесе оның диоксиді түрінде титан бар шамамен 70 минерал бар. Олардың ең көп тарағаны және құрамында металл туындыларының жоғары пайызы бар:
- ильменит;
- рутил;
- анатаза;
- перовскит;
- брукит.
Титан кендерінің негізгі кен орындары АҚШ, Ұлыбритания, Жапонияда орналасқан, олардың ірі кен орындары Ресейде, Украинада, Канадада, Францияда, Испанияда, Бельгияда ашылған.
Титан өндіру – қымбат және еңбекті көп қажет ететін процесс
Олардан металл алу өте қымбат. Ғалымдар титан өндірудің 4 әдісін әзірледі, олардың әрқайсысы жұмыс істейді және өнеркәсіпте тиімді қолданылады:
- Магний әдісі. Құрамында титан қоспалары бар өндірілген шикізат өңделіп, титан диоксиді алынады. Бұл зат шахтада немесе тұзды хлораторларда жоғарылағанда хлорлаудан өтеді температуралық режим. Процесс өте баяу жүреді және көміртегі катализаторының қатысуымен жүзеге асырылады. Бұл жағдайда қатты диоксид газ тәрізді затқа - титан төртхлоридіне айналады. Алынған материал магний немесе натриймен азаяды. Реакция кезінде пайда болған қорытпа вакуумдық қондырғыда өте жоғары температураға дейін қыздырылады. Реакция нәтижесінде магний мен оның қосылыстарының хлормен булануы жүреді. Процестің соңында губка тәрізді материал алынады. Ол балқытылып, жоғары сапалы титан алынады.
- Гидрид-кальций әдісі. Кен химиялық реакцияға ұшырап, титан гидриді алынады. Келесі кезең - заттың компоненттерге бөлінуі. Вакуумдық қондырғыларда қыздыру кезінде титан мен сутегі бөлінеді. Процестің соңында әлсіз қышқылдармен жуылатын кальций оксиді алынады. Алғашқы екі әдіс өнеркәсіптік өндіріс. Олар қабылдауға мүмкіндік береді мүмкіндігінше тезірексалыстырмалы түрде төмен бағамен таза титан.
- электролиз әдісі. Титан қосылыстары жоғары токқа ұшырайды. Шикізатқа байланысты қосылыстар компоненттерге бөлінеді: хлор, оттегі және титан.
- Йодид әдісі немесе тазарту. Минералдардан алынған титан диоксиді йод буымен ерітіледі. Реакция нәтижесінде титан йодиді пайда болады, ол жоғары температураға дейін қызады - + 1300 ... + 1400 ° C және оған электр тогы әсер етеді. Бұл ретте компоненттер бастапқы материалдан оқшауланады: йод және титан. Бұл әдіспен алынған металда қоспалар мен қоспалар жоқ.
Қолдану аймақтары
Титанды пайдалану оның қоспалардан тазартылу дәрежесіне байланысты. Титан қорытпасының құрамында аздаған басқа химиялық элементтердің болуы оның физикалық-механикалық сипаттамаларын түбегейлі өзгертеді.
Белгілі бір мөлшердегі қоспалары бар титан техникалық деп аталады. Ол коррозияға төзімділіктің жоғары көрсеткіштеріне ие, бұл жеңіл және өте берік материал. Оның қолданылуы осы және басқа көрсеткіштерге байланысты.
- AT химия өнеркәсібі титан және оның қорытпалары жылу алмастырғыштарды, әртүрлі диаметрлі құбырларды, фитингтерді, корпустарды және әртүрлі мақсаттарға арналған сорғыларға арналған бөлшектерді жасау үшін қолданылады. Жоғары беріктік пен қышқылдарға төзімділік қажет жерлерде зат өте қажет.
- Көліктетитан велосипедтердің, автомобильдердің, теміржол вагондары мен пойыздардың бөлшектері мен тораптарын жасау үшін қолданылады. Материалды пайдалану жылжымалы құрам мен көліктердің салмағын азайтады, велосипед бөлшектерін жеңіл және берік етеді.
- Титан маңызды теңіз бөлімінде. Одан сүңгуір қайықтарға арналған корпустардың бөлшектері мен элементтері, қайықтар мен тікұшақтарға арналған бұрандалар жасалады.
- Құрылыс индустриясындамырыш-титан қорытпасы қолданылады. Ол қасбеттер мен шатырлар үшін әрлеу материалы ретінде қолданылады. Бұл өте күшті қорытпаның маңызды қасиеті бар: оны ең фантастикалық конфигурацияның архитектуралық бөлшектерін жасауға болады. Ол кез келген формада болуы мүмкін.
- Соңғы онжылдықта титан кеңінен қолданыла бастады мұнай өнеркәсібінде. Оның қорытпалары ультра терең бұрғылауға арналған жабдықты өндіруде қолданылады. Материал теңіз қайраңдарында мұнай мен газ өндіруге арналған жабдықты өндіру үшін қолданылады.
Титанның қолдану аясы өте кең.
Таза титанның қолданылуы бар. Ол жоғары температураға төзімділік қажет болған жерде қажет және сонымен бірге металдың беріктігін сақтау керек.
Ол қолданылады :
- тері бөлшектерін, корпустарды, бекіткіштерді, шассилерді дайындауға арналған авиациялық және ғарыштық өнеркәсібі;
- протездеуге және жүрек қақпақшаларын және басқа құрылғыларды жасауға арналған дәрілік заттар;
- криогендік аймақта жұмыс істеу техникасы (мұнда олар титанның қасиетін пайдаланады - температураның төмендеуімен металдың беріктігі жоғарылайды және оның пластикалық қасиеті жоғалмайды).
Пайыздық қатынаста титанды әртүрлі материалдарды өндіру үшін пайдалану келесідей көрінеді:
- 60% бояу өндірісіне пайдаланылады;
- пластик 20% тұтынады;
- 13% қағаз өндірісінде қолданылады;
- машина жасау нәтижесінде алынған титан мен оның қорытпаларының 7% тұтынады.
Шикізат пен титанды алу процесі қымбат, оны өндіруге кеткен шығындар осы заттан жасалған бұйымдардың қызмет ету мерзімімен, пайдаланудың барлық кезеңінде сыртқы түрін өзгертпеу қабілетімен өтеледі және өтеледі.
Оқиға
Титан диоксидінің (TiO 2) ашылуын ағылшын В.Грегор мен неміс химигі М.Г.Клапрот дерлік бір мезгілде және бір-бірінен тәуелсіз ашты. В.Грегор магнитті темір құмының (Крид, Корнуолл, Англия) құрамын зерттей отырып, менакен деп атаған белгісіз металдың жаңа «жерін» (оксиді) бөліп алды. 1795 жылы неміс химигі Клапрот рутил минералының жаңа элементін тауып, оны титан деп атады. Екі жылдан кейін Клапрот рутил және менактивті жер бір элементтің оксидтері екенін анықтады, оның артында Клапрот ұсынған «титан» атауы қалды. 10 жылдан кейін титанның ашылуы үшінші рет болды: француз ғалымы Л.Воклен анатазадағы титанды тауып, рутил мен анатазаның бірдей титан оксидтері екенін дәлелдеді.
Металл титанның алғашқы үлгісін 1825 жылы швед Й.Я.Берцелиус алды. Титанның жоғары химиялық белсенділігіне және оны тазартудың күрделілігіне байланысты голландиялық А.ван Аркель мен И.де Бур 1925 жылы титан йодидінің TiI 4 буының термиялық ыдырауы арқылы таза Ti үлгісін алды.
Титан люксембургтік Г.Кроллға дейін өнеркәсіптік қолдануды таппады (ағылшын)орыс 1940 жылы тетрахлоридтен титан металын қалпына келтірудің қарапайым магний-термиялық әдісін патенттеген жоқ; бұл әдіс (Kroll процесі (ағылшын)орыс) титанның өнеркәсіптік өндірісіндегі негізгілердің бірі болып қала береді.
Есімнің шығу тарихы
Металл өз атауын титандардың, ежелгі грек мифологиясының кейіпкерлерінің, Гайа балаларының құрметіне алды. Элемент атауын Мартин Клапрот өзінің химиялық номенклатураға деген көзқарасына сәйкес берді, француз химия мектебіне қарама-қарсы, олар элементті химиялық қасиеттері бойынша атауға тырысты. Неміс зерттеушісінің өзі жаңа элементтің қасиеттерін тек оның оксиді арқылы анықтау мүмкін еместігін атап өткендіктен, ол оның атауын мифологиядан, бұрын өзі ашқан уранға ұқсас етіп таңдаған.
Табиғатта болу
Титан - табиғатта ең көп таралған 10-шы. Жер қыртысындағы мөлшері – салмағы бойынша 0,57%, теңіз суында – 0,001 мг/л. Аса негізді таужыныстарда 300 г/т, негізгі жыныстарда 9 кг/т, қышқылды жыныстарда 2,3 кг/т, саздар мен тақтатастарда 4,5 кг/т. Жер қыртысында титан әрқашан дерлік төрт валентті және тек оттегі қосылыстарында болады. Ол еркін түрде болмайды. Атмосфералық және жауын-шашын жағдайында титанның Al 2 O 3 үшін геохимиялық жақындығы бар. Ол үгілу қыртысының бокситтерінде және теңіз сазды шөгінділерінде шоғырланған. Титанды тасымалдау минералдардың механикалық фрагменттері түрінде және коллоидтар түрінде жүзеге асырылады. Кейбір саздарда салмағы бойынша 30%-ға дейін TiO 2 жиналады. Титан минералдары атмосфералық әсерге төзімді және пласерлерде үлкен концентрациялар түзеді. Құрамында титан бар 100-ден астам минералдар белгілі. Олардың ең маңыздылары: рутил TiO 2 , ильменит FeTiO 3 , титаномагнетит FeTiO 3 + Fe 3 O 4 , перовскит CaTiO 3 , титанит (сфен) CaTiSiO 5 . Бастапқы титан кендері – ильменит-титаномагнетит және пласер – рутил-ильменит-циркон бар.
Туған жері
Ірі бастапқы титан кен орындары Оңтүстік Африка, Ресей, Украина, Канада, АҚШ, Қытай, Норвегия, Швеция, Египет, Австралия, Үндістан, Оңтүстік Корея, Қазақстан; аллювий шөгінділері Бразилияда, Үндістанда, АҚШ-та, Сьерра-Леонеде, Австралияда кездеседі. ТМД елдерінде жетекші орынтитан кендерінің барланған қоры бойынша Ресей Федерациясын (58,5%) және Украинаны (40,2%) алып жатыр. Ресейдегі ең ірі кен орны - Ярегское.
Қорлар және өндіріс
2002 жылғы жағдай бойынша өндірілген титанның 90% титан диоксиді TiO 2 алу үшін пайдаланылды. Титан диоксидінің әлемдік өндірісі жылына 4,5 миллион тоннаны құрады. Титан диоксидінің расталған қоры (Ресейсіз) шамамен 800 млн тоннаны құрайды.2006 жылы АҚШ геологиялық қызметінің мәліметтері бойынша титан диоксиді бойынша және Ресейді есептемегенде ильменит кендерінің қоры 603-673 млн тоннаны, рутилді құрайды. - 49, 7-52,7 млн.т. Осылайша, қазіргі өндіріс қарқынында титанның әлемдік дәлелденген қоры (Ресейді қоспағанда) 150 жылдан астам уақытқа жетеді.
Ресей титан қоры бойынша дүние жүзінде Қытайдан кейінгі екінші орында. Ресейдегі титанның минералдық-шикізаттық базасы 20 кен орындарынан тұрады (оның 11-і бастапқы және 9-ы аллювиалды), бүкіл ел бойынша біркелкі таралған. Барланған кен орындарының ең ірісі (Ярегское) Ухта қаласынан (Коми Республикасы) 25 км қашықтықта орналасқан. Кен орнының қоры титан диоксидінің орташа мөлшері шамамен 10% құрайтын 2 млрд тонна кенге бағаланады.
Әлемдегі ең ірі титан өндірушісі – ресейлік компания«VSMPO-AVISMA».
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 кезінде алынған рутилді концентрат болуы мүмкін. Дегенмен, әлемде рутил қоры өте шектеулі және ильменит концентраттарын өңдеу кезінде алынған синтетикалық рутил немесе титан шлактары жиі қолданылады. Титан қожын алу үшін ильменит концентратын электр доғалы пеште тотықсыздандырады, ал темірді металл фазаға (шойын) бөледі, ал қалпына келтірілмеген титан оксидтері мен қоспалар шлак фазасын құрайды. Бай қож хлоридті немесе күкірт қышқылы әдісімен өңделеді.
Титан кендерінің 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 жұбын алады:
T i O 2 + 2 C + 2 C l 2 → T i C l 4 + 2 C O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2C+2Cl_(2)\оң жақ көрсеткі TiCl_(4)+2CO)))850 ° C температурада түзілген TiCl 4 булары магниймен тотықсызданады:
T i C l 4 + 2 M g → 2 M g C l 2 + T i (\displaystyle (\mathsf (TiCl_(4)+2Mg\оң жақ көрсеткі 2MgCl_(2)+Ti)))Сонымен қатар, Кембридж университетінің әзірлеушілері Дерек Фрей, Том Фартинг және Джордж Ченнің атымен аталған, FFC Cambridge процесі деп аталатын процесс қазір танымал бола бастады. Бұл электрохимиялық процесс кальций хлориді мен сөндірілмеген әктің (кальций оксиді) балқыма қоспасындағы оксидтен титанды тікелей үздіксіз тотықсыздандыруға мүмкіндік береді. Бұл процесс кальций хлориді мен әк қоспасымен толтырылған электролиттік ваннаны пайдаланады, графит құрбандық (немесе бейтарап) анод және тотықсыздандырылатын оксидтен жасалған катод. Ванна арқылы ток өткен кезде температура тез ~1000–1100 °C жетеді, ал кальций оксиді балқымасы анодта оттегі мен металл кальцийге ыдырайды:
2 C a O → 2 C a + O 2 (\displaystyle (\mathsf (2CaO\оң жақ көрсеткі 2Ca+O_(2)))))Алынған оттегі анодты тотықтырады (графитті пайдаланған жағдайда), ал кальций балқымадағы катодқа ауысады, онда ол титанды оксидінен қалпына келтіреді:
O 2 + C → C O 2 (\displaystyle (\mathsf (O_(2)+C\оң жақ көрсеткі CO_(2)))) T i O 2 + 2 C a → T i + 2 C a O (\displaystyle (\mathsf (TiO_(2)+2Ca\оң жақ көрсеткі Ti+2CaO)))Алынған кальций оксиді қайтадан оттегі мен металдық кальцийге диссоциацияланады және процесс катодтың титан губкасына толық айналғанша немесе кальций оксиді таусылғанша қайталанады. Бұл процесте кальций хлориді белсенді кальций мен оттегі иондарының балқымасы мен қозғалғыштығына электр өткізгіштік беру үшін электролит ретінде пайдаланылады. Инертті анодты пайдаланған кезде (мысалы, қалайы диоксиді), орнына Көмір қышқыл газыанодта молекулалық оттегі бөлінеді, ол аз ластайды қоршаған орта, дегенмен, бұл жағдайда процесс тұрақтылығы төмен болады, сонымен қатар, белгілі бір жағдайларда кальций оксидінен гөрі хлоридтің ыдырауы энергиялық жағынан қолайлырақ болады, бұл молекулалық хлордың бөлінуіне әкеледі.
Алынған титан «губка» ерітіліп, тазартылады. Титан йодид әдісімен немесе TiCl 4-тен Ti бөліп, электролиз арқылы тазартылады. Титан құймаларын алу үшін доғалық, электронды сәулелік немесе плазмалық өңдеу қолданылады.
Физикалық қасиеттер
Титан – жеңіл, күмістей ақ түсті металл. Қалыпты қысымда ол екі кристалдық модификацияда болады: алтыбұрышты тығыз оралған торы бар төмен температуралы α-Ti (алтыбұрышты жүйе, кеңістіктік топ) C 6ммк, ұяшық параметрлері а= 0,2953 нм, в= 0,4729 нм, З = 2 ) және жоғары температуралы β-Ti текше дене орталықтандырылған ораумен (кубтық сингония, ғарыштық топ) Им 3м, ұяшық параметрлері а= 0,3269 нм, З = 2 ), өту температурасы α↔β 883 °C, ауысу жылуы Δ Х\u003d 3,8 кДж / моль (87,4 кДж / кг). Көптеген металдар титанда еріген кезде β-фазаны тұрақтандырады және α↔β өту температурасын төмендетеді. 9 ГПа жоғары қысымда және 900 °C жоғары температурада титан алтыбұрышты фазаға (ω -Ti) өтеді. α-Ti және β-Ti тығыздығы сәйкесінше 4,505 г/см³ (20°C) және 4,32 г/см³ (900°C) құрайды. α-титанның атомдық тығыздығы 5,67⋅10 22 ат/см³.
Қалыпты қысымда титанның балқу температурасы 1670 ± 2 ° C немесе 1943 ± 2 К (ITS-90 температура шкаласы бойынша екінші реттік калибрлеу нүктелерінің бірі ретінде қабылданған) (ағылшын)орыс). Қайнау температурасы 3287 °C. Жеткілікті төмен температурада (-80 °C) титан айтарлықтай сынғыш болады. Қалыпты жағдайда молярлық жылу сыйымдылығы Cp= 25,060 кДж/(моль К), сәйкес келеді меншікті жылу 0,523 кДж/(кг К) . Балқу жылуы 15 кДж/моль, булану жылуы 410 кДж/моль. Дебайға тән температура 430 К. Жылу өткізгіштік 21,9 Вт/(м К) 20 °C. Сызықтық кеңеюдің температуралық коэффициенті -120-дан +860 ° C-қа дейінгі диапазонда 9,2 10 -6 К -1. α-титанның молярлық энтропиясы С 0 \u003d 30,7 кДж / (моль К). Газ фазасындағы титан үшін түзілу энтальпиясы Δ Х0
f= 473,0 кДж/моль, Гиббс энергиясы Δ Г0
f= 428,4 кДж/моль, молярлық энтропия С 0 \u003d 180,3 кДж / (моль К), тұрақты қысымдағы жылу сыйымдылығы Cp= 24,4 кДж/(моль К)
Инертті атмосферада дәнекерленген пластик. Беріктік сипаттамалары температураға аз тәуелді, бірақ тазалық пен алдын ала өңдеуге өте тәуелді. Техникалық титан үшін Викерс қаттылығы 790-800 МПа, қалыпты серпімділік модулі 103 ГПа, ығысу модулі 39,2 ГПа. Вакуумда алдын ала күйдірілген жоғары таза титанның аққыштығы 140-170 МПа, салыстырмалы ұзаруы 55-70%, Бринелл қаттылығы 716 МПа.
Ол жоғары тұтқырлыққа ие, өңдеу кезінде кескіш құралға жабысып қалуға бейім, сондықтан құралға арнайы жабындарды, әртүрлі майлау материалдарын жағу қажет.
Қалыпты температурада ол TiO 2 оксидінің қорғаныш пассивтендіргіш пленкасымен жабылған, соның арқасында ол көптеген орталарда (сілтіліден басқа) коррозияға төзімді.
изотоптар
Табиғи титан бес тұрақты изотоптың қоспасынан тұрады: 46 Ti (изотоптың көптігі 7,95%), 47 Ti (7,75%), 48 Ti (73,45%), 49 Ti (5,51%), 50 Ti (5,34%).
Ең ұзақ өмір сүретін жасанды изотоптар 44 Ti (жартылай ыдырау кезеңі 60 жыл) және 45 Ti (жартылай ыдырау периоды 184 минут).
Химиялық қасиеттері
Кешен түзуші заттардың қатысында әлсіз қышқылдармен де оңай әрекеттеседі, мысалы, фторсутек қышқылымен, күрделі анион 2− түзілуіне байланысты әрекеттеседі. Титан органикалық ортада коррозияға ең сезімтал, өйткені судың қатысуымен титан өнімінің бетінде оксидтер мен титан гидридінің тығыз пассивті қабықшасы түзіледі. Титанның коррозияға төзімділігінің айтарлықтай жоғарылауы агрессивті ортада су мөлшерінің 0,5-тен 8,0%-ға дейін жоғарылауымен байқалады, бұл аралас судағы қышқылдар мен сілтілер ерітінділеріндегі титанның электродтық потенциалдарының электрохимиялық зерттеулерімен расталады. -органикалық орталар.
Ауада 1200°С-қа дейін қыздырған кезде Ti ашық ақ жалынмен тұтанады, құрамы өзгермелі TiO x оксидті фазалары пайда болады. Титан тұздарының ерітінділерінен TiO(OH) 2 ·xH 2 O гидроксиді тұнбаға түседі, оны мұқият күйдіру арқылы TiO 2 оксиді алынады. TiO(OH) 2 гидроксиді xH 2 O және TiO 2 диоксиді амфотерлі.
Титан көміртекпен әрекеттескенде титан карбиді TiC x (x = 0,49–1,00) түзіледі.
- Құйма түріндегі титан ұшақ, ракета және кеме жасаудағы ең маңызды құрылымдық материал болып табылады.
- Металл химия өнеркәсібінде (реакторларда, құбырларда, сорғыларда, құбыр арматураларында), әскери өнеркәсіпте (броньдар, авиациядағы сауыт және өртке қарсы бөгеттерде, суасты кемелерінің корпустарында), өнеркәсіптік процестерде (тұзсыздандыру зауыттарында, целлюлоза-қағаз процестерінде), автомобиль өнеркәсібінде қолданылады. , ауылшаруашылық өнеркәсібі, тамақ өнеркәсібі, спорт тауарлары, зергерлік бұйымдар, Ұялы телефондар, жеңіл қорытпалар және т.б.
- Титан физиологиялық инертті, осыған байланысты медицинада (протездер, остеопротездер, тіс имплантаттары), стоматологиялық және эндодонтиялық аспаптарда, пирсингтік зергерлік бұйымдарда қолданылады.
- Титанды құю графит қалыптарында вакуумды пештерде жүргізіледі. Вакуумды инвестициялық құю да қолданылады. Көркем құюдағы технологиялық қиындықтарға байланысты ол шектеулі көлемде қолданылады. Дүние жүзіндегі алғашқы монументалды құйылған титан мүсіні - Мәскеудегі оның атындағы алаңда Юрий Гагариннің ескерткіші.
- Титан көптеген легирленген қоспалардағы легирленген қоспа болып табылады
Титан, сондай-ақ хром және вольфрам туралы білуіңіз керек барлық нәрсе
Көптеген адамдарды сұрақ қызықтырады: әлемдегі ең қатты металл қандай? Бұл титан. Бұл қатты зат мақаланың көпшілігінің тақырыбы болады. Сондай-ақ хром, вольфрам сияқты қатты металдармен де аздап танысамыз.
9 қызықты фактілертитан туралы
1. Металлдың неліктен өз атауын алғанының бірнеше нұсқасы бар. Бір теорияға сәйкес, ол қорқынышсыз табиғаттан тыс тіршілік иелері титандардың құрметіне аталған. Басқа нұсқа бойынша бұл атау перілердің ханшайымы Титаниядан шыққан.
2. Титанды 18 ғасырдың аяғында неміс және ағылшын химигі ашқан.
3. Титан табиғи сынғыштығына байланысты өнеркәсіпте көптен бері пайдаланылмаған.
4. 1925 жылдың басында химиктер бірқатар тәжірибелерден кейін таза титан алды.
5. Титан жоңқалары жанғыш.
6. Ең жеңіл металдардың бірі.
7. Титан 3200 градустан жоғары температурада ғана балқи алады.
8. 3300 градус температурада қайнайды.
9. Титанның күміс түсі бар.
Титанның ашылу тарихы
Кейін титан деп аталған металды екі ғалым - ағылшын Уильям Грегор және неміс Мартин Грегор Клапрот ашты. Ғалымдар параллель жұмыс істеді және бір-бірімен қиылыспады. Ашылғандардың арасындағы айырмашылық 6 жыл.
Уильям Грегор өзінің жаңалығын менакин деп атады.
30 жылдан астам уақыттан кейін бірінші титан қорытпасы алынды, ол өте сынғыш болып шықты және оны еш жерде қолдануға болмайды. Тек 1925 жылы титан таза күйінде бөлініп, өнеркәсіпте ең сұранысқа ие металдардың біріне айналды деп есептеледі.
Орыс ғалымы Кирилловтың 1875 жылы таза титан алуға қол жеткізгені дәлелденген. Ол өз жұмысын егжей-тегжейлі сипаттайтын кітапша шығарды. Алайда, онша таныс емес орыстың зерттеуі елеусіз қалды.
Титан туралы жалпы мәліметтер
Титан қорытпалары механиктер мен инженерлер үшін құтқарушы болып табылады. Мысалы, ұшақтың корпусы титаннан жасалған. Ұшу кезінде ол дыбыс жылдамдығынан бірнеше есе жоғары жылдамдыққа жетеді. Титан корпусы 300 градустан жоғары температураға дейін қызады және ерімейді.
Металл «Табиғаттағы ең көп таралған металдар» ондығын жабады. Оңтүстік Африкада, Қытайда ірі кен орындары, Жапонияда, Үндістанда және Украинада титанның көп қоры табылды.
Әлемдік титан қорының жалпы көлемі 700 млн тоннадан астам. Өндіріс қарқыны өзгеріссіз қалса, титан тағы 150-160 жылға жетеді.
Әлемдегі ең қатты металдың ең ірі өндірушісі - ресейлік кәсіпорынӘлемдік қажеттіліктердің үштен бірін қанағаттандыратын «VSMPO-Avisma».
Титанның қасиеттері
1. Коррозияға төзімділік.
2. Жоғары механикалық беріктік.
3. Төмен тығыздық.
Титанның атомдық салмағы 47,88 аму, химиялық периодтық жүйедегі реттік нөмірі 22. Сыртқы жағынан ол болатқа өте ұқсас.
Металлдың механикалық тығыздығы алюминийден 6 есе, темірден 2 есе жоғары. Ол оттегімен, сутегімен, азотпен қосыла алады. Көміртекпен жұптаған кезде металл керемет қатты карбидтер түзеді.
Титанның жылу өткізгіштігі темірден 4 есе, ал алюминийден 13 есе аз.
Титан өндіру процесі
Жерде титанның көп мөлшері бар, бірақ оны ішектен алу үшін көп ақша қажет. Даму үшін йодид әдісі қолданылады, оның авторы Ван Аркель де Бур.
Әдіс металдың йодпен қосылу қабілетіне негізделген, бұл қосылыс ыдырағаннан кейін қоспасыз таза титан алуға болады.
Титанның ең қызықты заттары:
- медицинадағы протездер;
- мобильді құрылғылар тақталары;
- ғарышты игеруге арналған зымыран жүйелері;
- құбырлар, сорғылар;
- шатырлар, карниздер, ғимараттардың сыртқы қаптамасы;
- бөліктердің көпшілігі (шасси, тері).
Титанның қолданылуы
Титан әскери салада, медицинада, зергерлік бизнес. Оған «болашақтың металлы» бейресми атауы берілді. Көпшілік бұл арманды шындыққа айналдыруға көмектесетінін айтады.
Әлемдегі ең қатты металл бастапқыда әскери және қорғаныс саласында қолданылған. Бүгінгі таңда титан өнімдерінің негізгі тұтынушысы - ұшақ өнеркәсібі.
Титан - әмбебап құрылымдық материал. Көптеген жылдар бойы ол ұшақ турбиналарын жасау үшін пайдаланылды. Авиациялық қозғалтқыштарда титан желдеткіш элементтерін, компрессорларды және дискілерді жасау үшін қолданылады.
Қазіргі заманғы дизайн ұшақ 20 тоннаға дейін титан қорытпасын қамтуы мүмкін.
Титанды авиация өнеркәсібінде қолданудың негізгі бағыттары:
- кеңістіктік түрдегі бұйымдар (есіктердің жиектері, люктер, қаптамалар, едендер);
- ауыр жүктемелерге ұшырайтын тораптар мен тораптар (қанатты кронштейндер, шассилер, гидравликалық цилиндрлер);
- қозғалтқыш бөліктері (шанақ, компрессорларға арналған қалақшалар).
Ғарыштағы, зымырандағы және кеме жасаудағы титан
Титанның арқасында адам өте алды дыбыстық тосқауыл, және ғарышқа ұшып кетті. Ол басқарылатын зымыран жүйелерін жасау үшін пайдаланылды. Титан ғарыштық сәулеленуге, температураның өзгеруіне, қозғалыс жылдамдығына төтеп бере алады.
Бұл металдың төмен тығыздығы бар, бұл кеме жасау өнеркәсібінде маңызды. Титаннан жасалған бұйымдар жеңіл, яғни салмағы азаяды, оның маневрлік қабілеті, жылдамдығы мен ауқымы артады. Егер кеменің корпусы титанмен қапталған болса, оны көп жылдар бойы бояудың қажеті жоқ - титан теңіз суында тот баспайды (коррозияға төзімді).
Көбінесе бұл металл кеме жасауда турбиналық қозғалтқыштарды, бу қазандықтарын және конденсатор түтіктерін жасау үшін қолданылады.
Мұнай өнеркәсібі және титан
Ультра терең бұрғылау титан қорытпаларын пайдаланудың перспективалы бағыты болып саналады. Жер асты байлығын зерттеу және өндіру үшін терең жер астына – 15 мың метрден астам тереңдікке ену қажет. Алюминийден жасалған бұрғылау құбырлары, мысалы, өздерінің ауырлық күшіне байланысты үзіледі және тек титан қорытпалары шынымен үлкен тереңдікке жете алады.
Жақында титан теңіз қайраңдарында ұңғымаларды жасау үшін белсенді түрде қолданыла бастады. Мамандар жабдық ретінде титан қорытпаларын пайдаланады:
- мұнай өндіру қондырғылары;
- қысымды ыдыстар;
- терең су сорғылары, құбырлар.
Спорттағы, медицинадағы титан
Титан беріктігі мен жеңілдігінің арқасында спорт саласында өте танымал. Бірнеше онжылдықтар бұрын әлемдегі ең қатты материалдан жасалған бірінші спорттық құрал - титан қорытпаларынан велосипед жасалды. Заманауи велосипед титан корпусынан, бірдей тежегіш пен орындық серіппелерден тұрады.
Жапония титан гольф клубтарын жасады. Бұл құрылғылар жеңіл және берік, бірақ бағасы бойынша өте қымбат.
Титан альпинистер мен саяхатшылардың рюкзактарындағы заттардың көпшілігін жасау үшін қолданылады - ыдыс-аяқ, тамақ пісіру жинақтары, шатырларды нығайтуға арналған сөрелер. Титан мұз балталары өте танымал спорттық жабдық болып табылады.
Бұл металл медицина өнеркәсібінде жоғары сұранысқа ие. Хирургиялық құралдардың көпшілігі титаннан жасалған - жеңіл және ыңғайлы.
Болашақ металды қолданудың тағы бір саласы - протездер жасау. Титан адам ағзасымен тамаша «үйлеседі». Дәрігерлер бұл процесті «шынайы қарым-қатынас» деп атады. Титан құрылымдары бұлшықеттер мен сүйектер үшін қауіпсіз, сирек аллергиялық реакция тудырады және денедегі сұйықтықтың әсерінен бұзылмайды. Титаннан жасалған протездер төзімді және үлкен физикалық жүктемелерге төтеп береді.
Титан - таңғажайып металл. Ол адамға өмірдің әртүрлі салаларында бұрын-соңды болмаған биіктерге жетуге көмектеседі. Ол өзінің күші, жеңілдігі және ұзақ жылдар бойы қызмет еткені үшін жақсы көреді және құрметтеледі.
Хром - ең қатты металдардың бірі.
Қызықты хром фактілері
1. Металлдың атауы гректің «chroma» сөзінен шыққан, бояу дегенді білдіреді.
2. Табиғи ортада хром таза күйінде болмайды, тек хром темір рудасы, қос оксид түрінде болады.
3. Ең ірі металл кен орындары Оңтүстік Африкада, Ресейде, Қазақстанда және Зимбабведе орналасқан.
4. Металлдың тығыздығы – 7200кг/м3.
5. Хром 1907 градуста балқиды.
6. 2671 градус температурада қайнайды.
7. Қоспасыз толық таза хром иілгіштігімен және қаттылығымен ерекшеленеді. Оттегімен, азотпен немесе сутегімен үйлескенде металл сынғыш және өте қатты болады.
8. Бұл күміс-ақ металды 18 ғасырдың аяғында француз Луи Николас Вокелен ашқан.
Хром металының қасиеттері
Chrome өте жоғары қаттылыққа ие, ол әйнекті кесуге қабілетті. Ол ауамен, ылғалмен тотықпайды. Егер металды қыздырса, тотығу тек бетінде болады.
Жылына 15 000 тоннадан астам таза хром тұтынылады. Британдық Bell Metals компаниясы ең таза хром өндірісінде көшбасшы болып саналады.
Хромның көп бөлігі АҚШ, Батыс Еуропа және Жапонияда тұтынылады. Хром нарығы тұрақсыз және бағалар кең ауқымды қамтиды.
Хромды қолдану аймақтары
Көбінесе ол қорытпалар мен электролизді жабындарды жасау үшін қолданылады (тасымалдау үшін хромдау).
Болатқа хром қосылады, ол металдың физикалық қасиеттерін жақсартады. Бұл қорытпалар қара металлургияда ең сұранысқа ие.
болаттың өзі танымал брендхромнан (18%) және никельден (8%) тұрады. Мұндай қорытпалар тотығуға, коррозияға тамаша қарсы тұрады, тіпті жоғары температурада да берік.
Жылыту пештері болаттан жасалған, құрамында хромның үштен бірі бар.
Хромнан тағы не жасалады?
1. Атыс қаруының бөшкелері.
2. Сүңгуір қайықтардың корпусы.
3. Металлургияда қолданылатын кірпіштер.
Тағы бір өте қатты металл - вольфрам.
Вольфрам туралы қызықты деректер
1. Металлдың неміс тіліндегі атауы («Wolf Rahm») «қасқыр көбік» дегенді білдіреді.
2. Дүние жүзіндегі ең отқа төзімді металл.
3. Вольфрамның ашық сұр реңі бар.
4. Металды 18 ғасырдың аяғында (1781) швед Карл Шееле ашқан.
5. Вольфрам 3422 градуста балқиды, 5900 градуста қайнайды.
6. Металлдың тығыздығы 19,3 г/см³.
7. Атомдық массасы – 183,85, Менделеевтің периодтық жүйесіндегі VI топтың элементі (реттік нөмірі – 74).
Вольфрамды өндіру процесі
Вольфрам сирек металдардың үлкен тобына жатады. Оған рубидий, молибден де кіреді. Бұл топ табиғатта металдардың аз таралуымен және тұтыну көлемінің аздығымен сипатталады.
Вольфрамды алу 3 кезеңнен тұрады:
- металлды кеннен бөлу, оның ерітіндіде жинақталуы;
- қосылысты оқшаулау, оны тазарту;
- дайын химиялық қосылыстан таза металды алу.
- Вольфрамды алудың бастапқы материалы шеелит пен вольфрамит болып табылады.
Вольфрамды қолдану
Вольфрам көпшілігінің негізі болып табылады күшті қорытпалар. Олар одан жасайды ұшақ қозғалтқыштары, электровакуумдық құрылғылардың бөлшектері, жіптер.
Металлдың жоғары тығыздығы вольфрамды баллистикалық зымырандар, оқтар, қарсы салмақтар, артиллериялық снарядтар жасау үшін пайдалануға мүмкіндік береді.
Вольфрам негізіндегі қосылыстар басқа металдарды өңдеу үшін, тау-кен өнеркәсібінде (ұңғымаларды бұрғылау), бояу жұмыстарында және тоқыма өнеркәсібінде (органикалық синтез катализаторы ретінде) қолданылады.
Күрделі вольфрам қосылыстарынан:
- сымдар - қыздыру пештерінде қолданылады;
- таспалар, фольга, пластиналар, парақтар - илемдеу және тегіс соғу үшін.
Титан, хром және вольфрам «Әлемдегі ең қатты металдар» тізімінде. Олар адам қызметінің көптеген салаларында қолданылады - авиациялық және ракеталық ғылымда, әскери салада, құрылыста және сонымен бірге бұл металды қолданудың толық спектрінен алыс.