Опубликовано Оставить комментарий

Титан как химический элемент таблицы Менделеева

Т Титан является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 22 и условным обозначением Ti. Титан представляет собой легкий прочный металл серебристо-белого цвета.

Как был открыт Титан

Генрих Клапрот — человек открывший титан

История открытия такого химического элемента как титан начинается в XVIII веке. Считается, что впервые этот химический элемент был обнаружен священнослужителем и минерологом Уильямом Грегором. По историческим сведениям, священнослужитель нашел черный песок и заметил, что какая-то его часть притягивается магнитом, а какая-то оостается неподвижной, он решил ее тщательно изучить. Анализируя составляющие найденного черного песка он обнаружил оксиды двух металлов. Одним из них был оксид железа — та часть которая притягивалась магнитом. Вторую же часть Грегор не смог индефицировать, потому что он не попадал ни под одно описание. Уильям сообщил о своей находке в Королевское геологическое сообщество Корнуолла. Статья об этом событии была опубликована в одном из немецких научных журналов.

Примерно в то же время, австрийский минеролог Франц-Иосиф Мюллер фон Райхенштейн произвел подобное вещество, но он не смог установить факт того, что это новый химический элемент. Еще раз оксид титана был открыт немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом в Рутиле (современная Венгрия) в 1795 году. Он обнаружил, что в оксиде содержится новый химический элемент и назвал его Титаном в честь богов греческой мифологии. Услышав об открытии Грегора, Клапрот исследовал образец манакканита. Проведя опыты, он подтвердил, что минерал содержит титан.

Известные на сегодняшний день способы извлечения титана из минералов являются трудоемкими и дорогостоящими. Чистый химический элемент (99%) впервые был получен только в 1910 году ученым родом из Новой Зеландии. В американском политехническом институте Ренсселера (Нью-Йорк, США) Мэтью Хантер нагрел хлорид титана до температуры около 800°C  под большим давлением и добавил Натрий. В результате химической реакции получился хлорид натрия и очищенный титан. Сегодня эта химическая реакция известна во всем мире как процесс Хантера. В 1932 году Уильям Джастин Кролл улучшил процесс Хантера заменив натрий магнием. Эта реакция получила название процесс Кролла.

Где и как добывают Титан

Титан в виде порошка

Технологический процесс получения чистого титана является очень трудоемким и дорогостоящим. Так как этот химический элемент практически не встречается в природе в чистом виде его получают из таких минералов как ильменит и рутил. Ильменит представляет собой титановую железную руду, которая добывается в больших количествах во многих местах. Лидерами по добыче ильменита являются Россия и Канада. Рутил в свою очередь представляет собой диоксид титана. Рутил является так же как и ильменит довольно распространенным минералом и лидером по его добыче является африканская страна Сьера-Леоне.

В целом процесс получения чистого титана со времен открытия процесса Кролла не сильно изменился. Так же из ильменита и рутила получают диоксид титана, а после этого его превращают в тетрахлорид титана и монооксид углерода под высоким давлением и температурой. В ходе химической реакции добавляют жидкий магний и соответственно выделяется чистый титан. Формулы реакций выглядят следующим образом:

FeTiO3+C —> Fe + TiO2 + CO
TiO2+2C+2Cl2 —> TiCl4 + 2CO
TiCl4 + 2Mg —> Ti + 2MgCl2

Этот процесс известен как процесс Кролла. Вместо магния на последнем этапе можно использовать натрий:

TiCl4 + 4Na —> Ti + 2NaCl

Эта рекция с натрием известна как процесс Хантера.

На сегодняшний день крупнейшим производителем титана и титановых сплавов является Российская Федерация.

Распространенность Титана

Титан в виде кристалла

Распространенность титана вопрос довольно неопределенный, так как оценка распространенности во Вселенной не произведена. На Земле титан встречается исключительно в земной коре. Этот химический элемент занимает девятую строчку по распространенности по массе. В основном он встречается в минералах и представляет там соединения с кислородом и другими элементами. Самыми известными и важными минералами являются:

  • Ильменит;
  • Лейкосы;
  • Рутил;
  • Титанит;
  • Перовскит;
  • Анатаз;
  • Брукит.

Основными месторождениями этих минералов являются Россия, Австралия, страны Скандинавии, Малайзия и Северная Америка. В 2010 году были обнаружены крупные месторождения в Парагвае. Их использование планируют начать в ближайшее время.

Что касается Вселенной, то, как говорилось выше, произвести оценку распространенности достаточно проблематично. Известно, что титан обнаружен на Солнце и на звездах спектрального класса М. Так же во многих метеоритах падавших на Землю был обнаружен титан. Образцы грунта собраного экспедициями на Луне, так же подтверждают наличие титана на спутнике Земли. В общем, подведя итоги, можно отметить что оценка распространенности еще не произведена, но редким элементом во Вселенной титан точно не будет.

Применение Титана

Кристаллы для лазеров на основе титана

Не смотря на дороговизну изготовления титана, благодаря химическим и физическим свойствам его применение очень широкое. Наиболее часто применяется оксид титана. Титан применяется почти во всех сферах деятельности человека, начиная от металлургии и заканчивая медициной. В металлургии титан применяется в качестве добавки к другим веществам для улучшения их свойств. Сплавы на основе титана являются очень дорогими. Их цена оценивается приблизительно в 25 американских долларов за килограмм. В свою очередь сплавы из титана применяются там где необходима корозийная устойчивость и прочность.

Примером является военное дело, где из титана производятся бронежилеты и каски. Так же несущие винты морских судов изготавливаются исключительно из этого химического элемента. Сплавы титана широко применяются в медицине, так как они биосовместимы с человеческим организмом. Они не вызывают аллергической реакции и отторжения организмом. Поэтому из сплавов титана производят импланты для организма человека, такие как зубы и искуственные кости человека. Так же в транспортной промышленности сплавы титана используются для изготовления каркаса велосипедов, автомобильных торсионов(пружин) и других запасных частей. В пищевой промышленности ионы титана содержатся в некоторых пищевых добавках. Еще одним примером применения являются электронные сигареты в которых титановая проволока выступает как нагревательный элемент курительной жидкости. В электронике некоторые компании выпускали устройства с титановыми корпусами(мобильные телефоны и ноутбуки). Так же и некоторые драгоценные изделия  изготавливаются с использованием титана.

Интересные факты

Оксид титана

Интересных фактов связанных с титаном достаточно много. Стоит начать с того, что гонг(музыкальный инструмент) изготовлен из чистого титана. Трубы изготавливаемые для перекачки нефти и газа производятся из титана из-за его прочности и короззийной устойчивости. Еще одним интересным моментом является то, что титан в виде порошка является легковоспламеняющимся веществом. Соединения на основе титанового порошка используются в пиротехнии. Так же титан используется в качестве электрода в литиевых и литий-ионных батареях.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *