Per què es diu que el titani és el metall del futur?
El 1791, HW Gregor, un sacerdot britànic i entusiasta de la mineralogia, va descobrir per primera vegada la sorra magnètica negra (FeTiO3), un òxid mixt de titani i ferro, a partir del mineral d'ilmenita. Es va adonar que el mineral podria contenir un element nou. El 1795, el químic alemany MH Klaproth va preparar de manera independent l'òxid de titani a partir del rutil hongarès i el va anomenar "titani" després del gegant "Tità" nascut del déu de la terra a la mitologia grega. No va ser fins al 1910 que el químic nord-americà MA Hunter va substituir el tetraclorur de titani per sodi metàl·lic per obtenir titani elemental amb una puresa del 99,9%. Aquest és el 29è element descobert pels humans, i el seu nom llatí també és el primer. La segona lletra minúscula forma el seu element símbol Ti. El nom xinès titani és un nou caràcter fonètic creat especialment pel meu país a partir de la transliteració del seu nom llatí.
de les propietats físiques del titani
El radi atòmic (radi covalent) del titani és 132 pm, el radi iònic és 68 pm (4), 76 pm (2), el pes atòmic és 47.86, el volum atòmic és 10,65cm3 /mol, la densitat és de 4,507 g/cm3, la duresa és de 4,0 graus i el punt de fusió és de 1660 graus, el punt d'ebullició és de 3287 graus. El metall de titani és de color blanc platejat i el seu tipus d'estructura de cristall és de cristall metàl·lic i sistema de cristall hexagonal. Sembla acer, té la resistència específica més alta, és resistent tant a baixes com a altes temperatures, pot mantenir una alta resistència en el rang de -250 graus a 500 graus i també és resistent al desgast. El metall pur té una bona ductilitat i plasticitat, i es pot pressionar en plaques i cables. Tanmateix, quan hi ha impureses, es torna dur i trencadís. La resistència mecànica del titani és molt alta, 3 vegades la de l'alumini i 6 vegades la del magnesi, i gairebé no hi ha fatiga metàl·lica. Després que el metall de titani estigui sotmès a una vibració mecànica o elèctrica, la seva pròpia vibració té el temps d'atenuació més llarg en comparació amb l'acer, el coure i altres metalls o aliatges. Té una bona conductivitat elèctrica i propietats de transferència de calor, no és magnètic, però pot convertir-se en un superconductor a una temperatura baixa de -272,74 graus. El titani líquid dissol gairebé tots els metalls i pot formar aliatges amb molts metalls.
Propietats químiques del titani
La configuració electrònica de valència del titani és 3d24s2, electronegativitat 1,5, primera afinitat electrònica 37,7 kJ/mol, primera energia d'ionització 659 kJ/mol, potencial d'elèctrode estàndard -0.86V, nombre d'oxidació 4, 3, 2 , 0, -1. Estats de valència comuns 3 i 4 A temperatura ambient, el titani és relativament estable a l'aire i l'aigua, no interacciona amb l'oxigen i els halògens i no es corroeix per àcids diluïts, àlcalis diluïts i aigua de mar. Tanmateix, quan la temperatura augmenta, l'activitat química augmenta ràpidament. Quan la temperatura és superior a 600 graus, es pot combinar directament amb diversos elements no metàl·lics com ara oxigen, nitrogen, carboni, sofre i halogen. A més de la formació de compostos ordinaris, també es poden formar compostos d'intercompliment, especialment compostos volàtils i fàcilment hidrolitzables amb clor.
A més, el titani és soluble en àcid clorhídric concentrat calent, àcid sulfúric, àcid fosfòric i àcid fluorhídric per formar sals de titani. En termes generals, com més gran és la concentració d'àcid, més ràpida és la velocitat de dissolució. Quatre solucions d'àcid orgànic concentrat calent també poden corroir el metall de titani. Són àcid oxàlic, àcid fòrmic, àcid tricloroacètic i àcid trifluoroacètic. El titani també es pot corroir pel triclorur d'alumini. L'efecte de corrosió dels compostos anteriors sobre el titani es deu principalment a la seva capacitat de corroir la pel·lícula d'òxid extremadament fina a la superfície del titani. La inercia del titani es deu a l'efecte protector d'aquesta pel·lícula d'òxid. L'addició d'àcid nítric i altres oxidants a la solució corrosiva generalment pot frenar la corrosió del titani, ja que els oxidants poden regenerar la pel·lícula d'òxid i passivar la superfície de titani. La pols de titani és molt reactiva i pot cremar-se a l'aire.
Extracció de titani
El titani metàl·lic té una forta afinitat amb l'oxigen, el nitrogen i l'hidrogen a altes temperatures, de manera que el titani no es pot extreure directament dels seus òxids mitjançant reaccions de reducció. L'extracció de titani del mineral amfitrió requereix els processos Kroll o Hunter. L'equació de la reacció és la següent:
(Destil·lació al buit de 1000 graus per eliminar Mg i MgCl2, lingot de fusió d'arc)
Hi ha quatre passos principals en el processament del metall de titani:
Restaura el mineral de titani en una "esponja" (forma transpirable);
Per fer lingots, foneu el cos de l'esponja (o afegiu un aliatge intermedi al cos de l'esponja) per formar un lingot;
Fabricació prèvia, transformació de lingots d'acer en productes de mecànica general com ara palanxes, barres, plaques, làmines, tires i canonades;
Processament, fabricació, processament en profunditat i conformació de productes mecànics.
principals usos del titani
① Els vaixells de guerra i submarins fets de titani no són magnètics i no seran detectats ni rastrejats per mines magnètiques. Són capaços de suportar la pressió de les aigües profundes i poden navegar fins a una profunditat de 4.500 metres que els submarins ordinaris no poden arribar.
②Usant la duresa, l'elasticitat i la resistència a la corrosió de l'aliatge d'acer de titani, es poden fer cascos de vaixells i submarins, i es pot utilitzar l'alta resistència específica i la resistència a alta temperatura de l'aliatge d'acer de titani (encara tenint una gran resistència a 550 graus d'alta temperatura) per construir avions. , tancs, coets, satèl·lits i naus espacials. Es calcula que la producció d'un Boeing 777 requereix 59 tones de titani, la producció d'un Boeing 747 requereix 44 tones de titani i la producció d'un Boeing 737 requereix 18 tones de titani.
③ Utilitzant les característiques de l'aliatge de ferro-titani per absorbir hidrogen a temperatura ambient i alliberar hidrogen a alta temperatura, es pot utilitzar com a petit magatzem d'emmagatzematge d'hidrogen per accedir fàcilment. A més, es pot utilitzar com a captador en la fabricació de tubs electrònics i tubs d'imatge, com a font d'hidrogen en la fabricació de metalls d'escuma i com a segell per a la metal·lúrgia de pols i cermets.
④El "millor aliatge de memòria de forma" fet de parts iguals de titani i níquel té una forta capacitat de tensió de memòria de forma, una bona capacitat de recuperació i una llarga vida útil de la memòria. S'utilitza habitualment en antenes de naus espacials i components de connexió de canonades. També s'utilitza en la fabricació d'equips mèdics, equips elèctrics, manipuladors i robots, així com tractaments ortopèdics i ortopèdia mèdica.
⑤ Les ceràmiques piezoelèctriques fetes de titanat de bari, titanat de plom, titanat de praseodimi de plom i altres materials no només poden convertir l'energia mecànica en energia elèctrica, sinó que també s'utilitzen en encenedors piezoelèctrics, fonts d'alimentació mòbils de raigs X i dispositius de detonació d'artilleria; també poden convertir l'energia mecànica en energia elèctrica. L'energia elèctrica es converteix en vibracions ultrasòniques, que s'utilitzen per explorar peixos submarins, neteja per ultrasons, proves mèdiques per ultrasons i proves no destructives de metalls. També s'utilitza àmpliament en equips d'automatització.
⑥El titani s'anomena "metall biofílic". No és tòxic i resistent a la corrosió per secrecions humanes. Es porta bé amb la pell, els músculs, els músculs i els ossos del cos. Tot i que és un cos estrany, no provoca una resposta immune i sovint s'utilitza com a metall artificial en medicina. Per a usos esquelètics, el titani líquid també es pot utilitzar per reparar l'os danyat.
⑦ El diòxid de titani pur és un pigment excel·lent conegut comunament com a "blanc de titani", i el fotocatalitzador de diòxid de titani és un material actiu a nanoescala. Es recobreix a la superfície del substrat i s'asseca per formar una pel·lícula fina, que produeix un fort efecte catalític sota l'acció de la llum. La funció de degradació pot degradar eficaçment els gasos tòxics i nocius a l'aire.
