Titan (element)
egenskaper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Rent generellt | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Namn , symbol , atomnummer | Titan, ti, 22 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elementkategori | Övergångsmetaller | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupp , period , block | 4 , 4 , d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Utseende | silverfärgad metall | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS-nummer | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
EG -nummer | 231-142-3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ECHA InfoCard | 100.028.311 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massfraktion av jordens kuvert | 0,41% | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atom | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomisk massa | 47.867 (1) u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradie (beräknad) | 140 (176) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalent radie | 160 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronkonfiguration | [ Ar ] 3 d 2 4 s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. Joniseringsenergi | 6: e.828 120 (12) eV ≈ 658.81 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. Joniseringsenergi | 13: e.5755 (25) eV ≈ 1 309.84 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. Joniseringsenergi | 27.49171 (25) eV ≈ 2 652.55 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4. Joniseringsenergi | 43.26717 (19) eV ≈ 4 174.65 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5. Joniseringsenergi | 99.299 (12) eV ≈ 9 580.9 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fysiskt | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fysiskt tillstånd | fast | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kristallstruktur | sexkantig (upp till 882 ° C, över kort) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
densitet | 4,50 g / cm 3 (25 ° C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mohs hårdhet | 6: e | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
magnetism | paramagnetisk ( Χ m = 1,8 · 10 −4 ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Smältpunkt | 1941 K (1668 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
kokpunkt | 3533 K (3260 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molär volym | 10,64 · 10 −6 m 3 · mol −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Avdunstningsvärme | 427 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Smältvärme | 18,7 kJ mol −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ljudets hastighet | 4140 m s −1 vid 293,15 K. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Specifik värmekapacitet | 523 J kg −1 K −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Arbetsfunktion | 4,33 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrisk konduktivitet | 2,5 · 10 6 A · V −1 · m −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Värmeledningsförmåga | 22 W m −1 K −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mekaniskt | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elasticitetsmodul | 105 GPa (= 105 kN / mm 2 ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Poissons nummer | 0,34 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kemiskt | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidationstillstånd | +2, +3, +4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Normal potential | −0,86 V (TiO 2+ + 2 H + + 4 e - → Ti + H 2 O) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronnegativitet | 1,54 ( Pauling -skala ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isotoper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
För andra isotoper, se listan över isotoper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NMR -egenskaper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
säkerhets instruktioner | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Så långt det är möjligt och vanligt används SI -enheter . Om inte annat anges gäller de givna uppgifterna för standardvillkor . |
Titan är ett kemiskt element med grundsymbolen Ti och atomnumret 22. Det tillhör övergångsmetallerna och finns i den fjärde undergruppen (fjärde IUPAC -gruppen ) eller titangruppen i det periodiska systemet . Metallen är blank vit metallisk, har låg densitet , är seg , korrosions- och temperaturbeständig .
Idag räknas titan vanligtvis bland de lätta metaller . Med en densitet på 4,50 g / cm 3 vid rumstemperatur är den den tyngsta av dessa, ligger nära gränsen mellan lätta och tungmetaller som oftast används idag på 5 g / cm 3 , liksom den tidigare vanliga på 4,5 g / cm 3 .
Titan är ett av de tio vanligaste elementen i jordskorpan , men är nästan uteslutande kemiskt bunden som en komponent i mineraler . Förekomsten av elementärt titan har dock bevisats från flera fyndigheter.
berättelse
Titan upptäcktes 1791 i England av präst och amatörkemiker William Gregor i titanjärn . År 1795 upptäckte den tyske kemisten Heinrich Klaproth det också i rutilmalm och gav elementet dess nuvarande namn - baserat på de grekiska legenderna om titanerna .
Det var dock först 1831 som Justus von Liebig lyckades utvinna metalliskt titan från malmen. 99,9% rent titan producerades först av Matthew A. Hunter (1878–1961) 1910 med hjälp av Hunter -processen genom att blanda titantetraklorid ( titan (IV) klorid ) med natrium till 700 ° C till 800 ° C i en stålbomb upphettad.
Det var inte förrän i slutet av 1930-talet som William Justin Kroll kunde utveckla en process som lämpar sig för tekniken, den så kallade Kroll-processen , som patenterades 1940. Som ett resultat gjorde introduktionen av den storskaliga minskningen av titantetraklorid med magnesium det möjligt att utveckla titan för kommersiella tillämpningar.
Förekomst
Med några få undantag (dessa inkluderar elementärt titan och mineraler i form av legeringar , intermetalliska föreningar och sulfider ) förekommer titan i jordskorpan endast i föreningar med syre som en oxid . Det är ingalunda sällsynt, med ett innehåll av 0,565% rankas det som 9: a i elementmängden i den kontinentala skorpan. Vanligtvis är det endast tillgängligt i låga koncentrationer .
Viktiga mineraler är:
- Ilmenit (järnmalm av titan), FeTiO 3
- Leukoxen , en blandning av järnfattig ilmenit och andra titanhaltiga mineraler
- Perovskite , CaTiO 3
- Titanit (Sphen), cati [SiO 4 ] O
- Rutile , TiO 2
- Anatas , TiO 2
- Brookit , TiO 2
De viktigaste händelserna är i Australien , Skandinavien , Nordamerika , Ural och Malaysia . År 2010 upptäcktes insättningar i Paraguay .
Meteoriter kan innehålla titan. Titan har också detekterats i solen och i stjärnor i spektralklassen M. Det finns också avlagringar på jordens måne . Bergprover från Apollo 17 -månuppdraget innehöll upp till 12,1% titan (IV) oxid.
Det finns också i kolaska och växter.
rang | Land | 2003 | 2004 | 2005 |
---|---|---|---|---|
1 | Australien | 1300 | 2 110 | 2 230 |
2 | Sydafrika | 1070 | 1 130 | 1 130 |
3 | Kanada | 810 | 870 | 870 |
4: e | Folkrepubliken Kina | 400 | 840 | 820 |
5 | Norge | 380 | 370 | 420 |
Extraktion
Ren titan förekommer knappast i jorden och utvinns ur järnmalm ( ilmenit ) eller rutil . Tillverkningsprocessen som används är mycket komplex, vilket återspeglas i det höga priset på titan. Det är 35 gånger dyrare än vanliga stållegeringar och 200 gånger dyrare än råstål (från och med 2013). År 2008 kostade massor av titansvamp i genomsnitt 12 000 euro.
Produktionen har varit nästan oförändrad sedan Kroll -processen upptäcktes . Vanligtvis baserat på ilmenit eller rutil , omvandlas berikad titandioxid i värmen med klor och kol till titantetraklorid och kolmonoxid . Då den reduktion av den titantetraklorid till titan äger rum med flytande magnesium .
I det sista reaktionssteget kan natrium användas istället för magnesium .
För framställning av bearbetbara legeringar måste den sålunda erhållna titansvamp i vakuum - ljusbågsugn för att återsmältas.
Den största tillverkaren av titan och titanlegeringar är VSMPO-AVISMA med huvudkontor i Verkhnyaya Salda eller Jekaterinburg i Ural , som indirekt ägs av den ryska staten sedan 12 september 2006 genom holdingbolaget Rosoboronexport .
Det renaste titanet erhålls med Van Arkel de Boer -processen .
egenskaper
Oxidationstillstånd för titan | |
---|---|
+2 | TiO , TiCl 2 |
+3 | Ti 2 O 3 , TiCl 3 , TiF 3 , TiPS |
+4 | TiO 2 , TiS 2 , TiCl 4 , TiF 4 |
Den draghållfasthet av titanlegeringar är för att 290 1200 N / mm ^ i området av konstruktionsstål med 310 till 690 N / mm ^ och legerade stål med 1100 till 1300 N / mm ^.
I luften bildar titan ett extremt resistent oxidskyddande skikt ( passiveringsskikt ), som skyddar det mot många medier. Med ett värde av 6 (enligt Mohs ) är rent titan bara måttligt hårt , men även små mängder legering ger en hög hållfasthet och en relativt låg densitet. Detta gör titanlegeringar särskilt lämpliga för applikationer som kräver hög korrosionsbeständighet, hållfasthet och låg vikt . Över en temperatur på 400 ° C minskar dock hållfasthetsegenskaperna snabbt. Titan med hög renhet är seg , vilket innebär att det kan deformeras plastiskt. Vid högre temperaturer det försprödar mycket snabbt på grund av att absorptionen av syre , kväve och väte och förlorar därmed sin enkel formbarhet.
Den höga reaktiviteten hos titan med många medier vid förhöjda temperaturer eller förhöjt tryck bör också beaktas om passiveringsskiktet inte tål dessa förhållanden. Här kan reaktionshastigheten öka upp till en explosion . I rent syre vid 25 ° C och 25 bar brinner titan helt från en nyskuren kant för att bilda titandioxid . Trots passiveringsskikt reagerar det vid temperaturer över 880 ° C med syre vid temperaturer från 550 ° C med klor . Titan reagerar också ("brännskador") med rent kväve . Under bearbetning genereras värme och ren argon kan användas som en skyddande gas . När titan deformeras sker härdning på samma sätt som rostfritt stål . För att skydda verktygets skärkant kan användningen av flytande kylvätska vara ändamålsenlig.
Titan är resistent mot utspädd svavelsyra , saltsyra , kloridinnehållande lösningar, kall salpetersyra , alkalier som natriumhydroxid och de flesta organiska syror , men det löser sig långsamt i koncentrerad svavelsyra för att bilda violett titansulfat . På grund av explosionsrisken måste driftsförhållandena följas strikt vid användning av klorgas.
De mekaniska egenskaperna och det frätande beteendet kan förbättras avsevärt genom tillsats av mestadels mindre legeringar av aluminium , vanadin , mangan , molybden , palladium , koppar , zirkonium och tenn .
Under en temperatur på 0,4 K är titan supraledande . Under 880 ° C finns titan i en sexkantig närmaste packning av sfärer . Över 880 ° C bildas en kroppscentrerad kubisk gitterstruktur .
Titan i pulverform är pyroforiskt, vilket innebär att det kan antändas spontant. Även vid rumstemperatur reagerar den med den omgivande luften, reaktionsvärmen värmer materialet tills en rökande låga bildas , vilket påskyndar reaktionen .
Viljan att antända beror bland annat mycket starkt på kornstorleken och fördelningsgraden. Metallen i kompakt form är inte brandfarlig. Men vid högre temperaturer absorberar den lätt syre, kväve och väte, vilket orsakar sprödhet och ökad hårdhet.
Titan kan anta oxidationstillstånden 2, 3 och 4. Endast föreningarna med oxidationstillståndet 4 är stabila.
Färg
Titan kan utformas i färg genom att specifikt skapa ett oxidskikt med hjälp av anodisering . Färgen uppnås genom brytning av ljus på lager med olika tjocklekar och inte genom färgpigment, se tunnskiktsinterferens . Vid 10-25 nm är resultatet en guldfärg, vid 25-40 nm lila, vid 40-50 nm mörkblå, vid 50-80 nm ljusblå, vid 80-120 nm gul, vid 120-150 nm orange, vid 150-180 nm lila, vid 180-210 nm grön.
Titanlegeringar
Titanlegeringar är ofta kännetecknas med kvaliteter 1 till 39 enligt den amerikanska amerikanska standarden ASTM . Klass 1 till 4 betecknar rent titan med olika grader av renhet .
Ren titan har materialnumret 3.7034; det ekonomiskt viktigaste materialet som används (även för turboladdare ) Ti-6Al-4V (" Ti64 "; 6% aluminium, 4% vanadin, ASTM: Grade 5) har numret 3.7165 (industriell tillämpning) och 3.7164 (applikationer inom rymd).
Andra viktiga titanlegeringar som främst används inom flygindustrin:
beskrivning | Legeringskomposition (i%) | Youngs modul i GPa | Densitet i g cm −3 |
---|---|---|---|
Ti6246 | Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo | 125,4 | 4.51 |
Ti6242 | Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | 4,50 |
Titan är svårt att bilda på grund av sin sexkantiga kristallstruktur. Vid tillverkning av titanplåt från titanblock utgör rullning cirka 50% av produktens totala kostnad.
Nitinol (nickel-titan) är en formminneslegering och är mycket pseudoelastisk , varför den används för glasögonramar och extirpationsnålar .
använda sig av
Titan används främst som en mikrolegeringskomponent för stål. Det ger stål med hög seghet, hållfasthet och duktilitet även i koncentrationer av 0,01-0,1 viktprocent . I rostfritt stål förhindrar titan intergranulär korrosion .
Titanbaserade legeringar är mycket dyra till cirka 25 € / kg. De används därför endast för de högsta kraven:
Skyddsutrustning militär och polis:
- Titanhjälm och skyddande väst av titan
Användningar i havsvatten och media som innehåller klorid:
- Fartygs propellerdelar som axlar , samt stöd för maritima applikationer (t.ex. stående riggning på racingbåtar)
- Inbyggda delar i avsaltningsanläggningar för havsvatten
- Komponenter för avdunstningen av kaliumkloridlösningar
- Anoder för HVDC -sjökablar
- Apparater i klorkemiska anläggningar
Frilufts- och sportartiklar:
- För högkvalitativa cyklar i kombination med aluminium och vanadin som rammaterial och för skruvar
- (Dykning) knivar med blad av titan eller titanlegering samt bestick
- Som tältpinnar (hög hållfasthet trots låg vikt)
- För golfklubbar som klubbhuvud. Cirka 25% av titanet används för detta.
- Med tennisracketar i ramen
- Vid stickskytte som en extremt stabil pinne med ispinnen
- Som en särskilt lätt isskruv för bergsklättring
- Som en lacrosse axel för större styrka och lägre vikt
- Som en fast ledare vid fiske efter rovfisk med vassa tänder
Användning i form av föreningar:
- Tillverkning av mjuka konstgjorda ädelstenar
- Titanium-dopade safir-enkristaller fungerar som det aktiva mediet i titansafirlasern för ultrakorte pulser i femtosekundområdet
- Som titantetraklorid för tillverkning av glasspeglar och konstgjord dimma
- Bildning av intermetalliska faser (Ni 3 Ti) i högtemperatur nickellegeringar
- Supraledande niob- titanlegeringar (t ex såsom supraledande kablar i elektromagneter från HERA vid DESY )
- Inom pyroteknik
- Som titanitrid för beläggningar på indexerbara skär och fräsar i tillverkningsteknik
Föreningar av titan med bor , kol eller kväve används som hårda material. Titanföreningar används också för att tillverka cermets , speciella typer av hårdmetall .
Konstruktion delar:
- Slitdelar i lödsystem , direktkontakt med elektrisk lödning upp till 500 ° C
- Fjädrar i motorfordonens chassi
- I flygplan och rymdskepp för särskilt stressade delar som fortfarande måste vara lätta (t.ex. yttre hud vid supersoniska hastigheter, kompressorblad och andra motordelar, landningsställ)
- I ångturbiner för de mest belastade bladen på lågtrycksdelen
- I rustningen: vissa ubåtstyper i Sovjetunionen hade tryckskrov av en titanlegering (t.ex.Mike -klass , Alfa -klass , Papa -klass eller Sierra -klass ). Dessutom används titan mer än inom civil luftfart inom militär luftfart. Som en följd av detta, på höjden av sovjetisk rustningsproduktion, ägde mycket av världens titanproduktion och användning rum i Sovjetunionen.
- På grund av dess låga densitet vid tillverkning av nivåindikatorer och flottörer
- Foder för kolfiberlindade tryckkärl (typ III). För att säkerställa fullständig förbränning / atomisering när rymdsatelliter återinträder är det lägre smältande aluminium dock fördelaktigt.
- Titanzink som byggmaterial i form av plåt z. B. för tak, rännor eller väderbeläggningar.
Medicin:
- Som ett biomaterial för implantat inom medicinsk teknik och tandvård ( tandimplantat , cirka 200 000 stycken årligen enbart i Tyskland) på grund av dess mycket goda korrosionsbeständighet i motsats till andra metaller. Det finns ingen immunologisk avstötningsreaktion ( implantatallergi ). Det används också för tandkronor och tandbroar på grund av dess betydligt lägre kostnad jämfört med guldlegeringar . Inom traumakirurgi och kirurgisk ortopedi är det nu standardmaterial för endoproteser (höftbyte, knäbyte, axelbyte) och osteosyntes (plattor, spik, skruvar). Titanoxidskiktet gör att benet kan växa stadigt på implantatet ( osseointegration ) och gör att det konstgjorda implantatet kan installeras permanent i människokroppen.
- Vid kirurgi i mellanörat är titan det föredragna materialet för ersättningsbenproteser och för öronrör.
- Inom neurokirurgi har titanklämmor för aneurysmkirurgi till stor del ersatt klämmor av rostfritt stål på grund av deras gynnsammare NMR -egenskaper .
- Titandioxid kan vara en del av färgningen av läkemedel och kosttillskott i tablettform.
Elektronik:
- 2002 lanserade Nokia -företaget mobiltelefonen 8910 och ett år senare mobiltelefonen 8910i med ett titanfodral.
- I april 2002 tog Apple Inc. ut den bärbara datorn " PowerBook G4 Titanium " på marknaden. Stora delar av fodralet var gjorda av titan, och 15,2-skärmversionen av den bärbara datorn var 1 ″ och vägde bara 2,4 kg.
- I september 2019 släppte Apple Inc. femte generationens Apple Watch " Apple Watch " i en titanutgåva på marknaden. 40 millimeter versionen väger 35,1 gram (titan) och 40,6 gram (stål). 44-millimeterversionen väger 41,7 gram (titan) och 47,8 gram (stål).
- Vissa bärbara datorer i ThinkPad- serien från Lenovo (tidigare IBM) har ett titanförstärkt plasthölje eller en hölje av en titan-magnesiumkomposit.
Elektroniska cigaretter:
- Titantråd används här som värmebatteri, eftersom det elektriska motståndet hos titan ändras mätbart beroende på temperaturen. På grundval av detta simulerar de senaste elektriska batterimoderna en temperaturkontroll av lindningen (värmebatteri) för att förhindra temperaturskador på det veke materialet (organisk vaddering). Förutom nickel-200-trådar och V2A-ståltrådar blir titan allt populärare i scenen för detta ändamål.
Andra tillämpningsområden:
- Titan smycken , klockor och glasögon ramar
- Mynt med en titankärna (t.ex. österrikiska 200 Schilling -mynt)
- Sublimeringspump av titan för generering av extremt högt vakuum
- Galvanisering som stödram för anodisk oxidation av aluminium (ELOXAL)
- som en del av de skottsäkra västarna standardiserade enligt CRISAT
- som ett musikinstrument: gonger gjorda av titan, på grund av deras speciella ljudegenskaper
bevis
TiO 2+ bildar ett karakteristiskt gulorange komplex (triaquohydroxooxotitan (IV) -komplex) med väteperoxid , vilket också är lämpligt för fotospektrometrisk detektion. Provet kokas med ett överskott av koncentrerad svavelsyra och hälls i ett isbad med väteperoxid. Med ett högt väsande ljud blir isbadet gulorange.
På grund av den stora likheten i färg är detta bevis också känt i allmänhet som " Tequila Sunrise proof".
Normer
Titan och titanlegeringar är standardiserade i:
- DIN 17850, upplaga: 1990-11 titan; kemisk sammansättning
- ASTM B 348: Standardspecifikation för titan och titanlegering, barer och billets
- ASTM B 265: Standardspecifikation för titan och titanlegering, ark och plattor
- ASTM F 67: Standardspecifikation för olegerat titan, för applikationer för kirurgiskt implantat
- ASTM F 136: Standardspecifikation för smides titan-6Aluminum-4Vanadium ELI (Extra Low Interstitial) legering för kirurgiska implantatapplikationer
- ASTM B 338: Standardspecifikation för sömlösa och svetsade titan- och titanlegeringsrör för kondensatorer och värmeväxlare
- ASTM B 337: Specifikation för sömlösa och svetsade titan- och titanlegeringsrör
- ASTM F2885-11: Standardspecifikation för metallformsprutad titan-6Aluminum-4Vanadiumkomponenter för kirurgiska implantatapplikationer
säkerhets instruktioner
Titan är brandfarligt i pulverform och kompakt ofarligt. De flesta titansalter anses ofarliga. Inkonsekventa föreningar som titantriklorid är mycket frätande eftersom de bildar saltsyra med bara spår av vatten.
Titantetraklorid används i rökgranater ; den reagerar med luftfuktigheten i luften och bildar en vit rök från titandioxid, liksom saltsyradimma.
Biologiska nackdelar med titan i människokroppen är för närvarande okända. I motsats till rostfritt stål, som innehåller nickel, utlöste inte höftlederna eller käkimplantaten som tidigare gjordes av titan några allergier.
länkar
Även om metalliskt titan endast är reserverat för krävande tekniska tillämpningar på grund av dess höga produktionskostnader , har det relativt billiga och giftfria färgpigmentet titandioxid blivit en följeslagare i vardagen . Praktiskt taget alla vita plaster och färger idag och även livsmedelsfärger innehåller titandioxid (det finns i livsmedel som E 171 ). Men titanföreningar används också inom elteknik och materialteknik och på senare tid vid tillverkning av högpresterande batterier för framdrivning av fordon ( litiumtitanatbatterier ).
Oxider
Den viktigaste titanoxiden är titan (IV) oxid (TiO 2 ), som finns i tre viktiga polymorfer : anatas , brookit och rutil . De antar polymera strukturer, i vilka titan är omgiven av sex oxidligander. En mängd olika reducerade oxider ( suboxider ) av titan är kända, huvudsakligen reducerade stökiometrier av titan (IV) oxid som erhålls genom atmosfärisk plasmasprutning . Ti 3 O 5 är en lila-röd halvledare som produceras genom att reducera titan (IV) oxid med väte vid höga temperaturer och används industriellt när ytor måste förångas med titan (IV) oxid : Det avdunstar som rent titan (II) oxid , medan titan (IV) oxid avdunstar som en blandning av oxider och avlagringar beläggningar med ett variabelt brytningsindex . Det är också känt titan (III) oxid med korundstrukturen och titan (II) oxid med natriumkloridstrukturen .
Sulfider
Titansulfid (IV) bildar kristaller som har en skiktstruktur , nämligen kadmiumjodidstrukturen . Det kan användas som ett elektrodmaterial i litiumbatterier eller litiumjonackumulatorer , den låga atomvikten av titan är en fördel.
Titanates
Titanater används som ett keramiskt material. Många, till exempel blytitanat , blyzirkonattitanat , bariumtitanat och strontiumtitanat , bildar jonkristaller med en perovskitstruktur av rymdgrupp Pm 3 m (rymdgrupp nr 221) med ferroelektriska egenskaper. Bariumtitanat har piezoelektriska egenskaper och används som en givare vid omvandling av ljud och elektricitet . Som en Lewis-syra är tetraisopropylortotitanat en viktig katalysator för förestrings- och transesterifieringsreaktioner och för skarplösa epoxideringar och är utgångsmaterialet för ultratunna titan (IV) oxidskikt och nanopartiklar .
Halider
Beroende på oxidationstillståndet bildar titan olika typer av halogenider . Titan (IV) klorid är en färglös flyktig vätska som hydrolyserar i luften med spektakulära vita molnutsläpp . I Kroll -processen produceras den när titanmalmer omvandlas till titan (IV) oxid . Det används som en Lewis -syra i organisk kemi , till exempel i Mukaiyama aldol -reaktionen . När kristallstångsprocessen är titan (IV) jodid producerad för tillverkning av titanmetall med hög renhet.
Titan (III) fluorid , titan (III) klorid , titan (III) bromid och titan (III) jodid bildar olika kristallstrukturer . Titan (III) klorid förekommer i fyra olika strukturer som har olika kemiska egenskaper.
Titan (II) klorid , titan (II) bromid och titan (II) jodid är kristallina fasta ämnen och har en trigonal kristallstruktur av kadmium (II) jodidtyp ( polytyp 2H) med rymdgruppen P 3 m 1 (rymdgrupper Nej 164) .
Andra oorganiska föreningar
Titanitrid bildar guldgula kristaller . Titankarbid är ett grått pulver. Båda har liknande egenskaper: De bildar en kubisk gitter, är extremt hårt , har hög termodynamisk stabilitet, hög termisk och elektrisk ledningsförmåga och en mycket hög smältpunkt och kokpunkt . Titanborid används tillsammans med bornitrid som material för avdunstningsbåtar. I mindre utsträckning används det som testmaterial för katoder av aluminiumsammansmältade elektrolysceller och som rustningsmaterial och som ersättning för diamantdamm och beläggningar . Genom införlivande av titanboridpartiklar i aluminium kan aluminiumets egenskaper förbättras.
Titanylsulfat används som detektionsreagens för väteperoxid och titan, eftersom den intensivt orangegula peroxotitanyljonen (TiO 2 ) 2+ bildas när den är närvarande . Detta bevis är mycket känsligt och spår av väteperoxid kan redan detekteras. Det produceras också som en mellanprodukt i sulfatprocessen för produktion av titan (IV) oxid .
Titandihydrid är ett pulver med en metallisk glans i sin rena form . Annars är den ljusgrå och kan ha en yta tonad blå eller gul av spår av syre eller kväve . Det används som jäsmedel vid tillverkning av metallskum. Den blandas med metallpulvret och blandningen därefter upphettas till nästan smältpunkten för den metall . Titan dihydrid frigör väte bubblor, skapar metallskum.
Organometalliska komplex
Titanocendiklorid med halvstrukturformeln [Ti (Cp) 2 Cl 2 ] eller också [Ti (C 5 H 5 ) 2 Cl 2 ] är en metallocen av titan, dvs en metallorganisk förening med aromatiska ringsystem . Det kan erhållas från titan (IV) klorid och cyklopentadien .
litteratur
- Gerd Lütjering, James C. Williams: Titanium. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-71397-5 .
webb-länkar
- Mineral Atlas: Titan (Wiki)
- Kristallint titan som en bild i Heinrich Pnioks elementsamling
Individuella bevis
- ↑ a b Harry H. Binder: Lexikon för de kemiska elementen. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 .
- ↑ Värdena för egenskaperna (inforuta) är hämtade från webelements.com (titan) , om inte annat anges .
- ↑ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013 .
- ↑ a b c d e post on titanium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. and NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1) . Utg.: NIST , Gaithersburg, MD. doi : 10.18434/T4W30F ( https://physics.nist.gov/asd ). Hämtad 11 juni 2020.
- ↑ a b c d e post on titanium at WebElements, https://www.webelements.com , accessed on June 11, 2020.
- ^ NN Greenwood, A. Earnshaw: Elementens kemi. 1: a upplagan. 1988, ISBN 3-527-26169-9 , s. 1231.
- ↑ Robert C. Weast (red.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9 , s. E-129 till E-145. Värdena där baseras på g / mol och anges i cgs -enheter. Värdet som anges här är SI -värdet beräknat från det, utan måttenhet.
- ↑ a b Yiming Zhang, Julian RG Evans, Shoufeng Yang: Korrigerade värden för kokpunkter och entalpier för förångning av element i handböcker. I: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, s. 328-337, doi: 10.1021 / je1011086 .
- ↑ David R. Lide: CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press, 1998, ISBN 0-8493-0479-2 .
- ↑ a b der-wirtschaftsingenieur.de: Elasticitetsmodul (elasticitetsmodul) , den 29 maj 2013.
- ↑ en b c Entry på titan, pulver i GESTIS substansen databas den IFA , nås den 30 april 2017. (JavaScript krävs)
- ↑ a b c Alexander Stirn: Från motorn till campanilen . I: Süddeutsche Zeitung . 25 april 2009, s. 22.
- ^ Patent US2205854 : Metod för tillverkning av titan. Registrerad den 6 juli 1938 , uppfinnare: Wilhelm Kroll.
- ↑ David R. Lide (red.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . 90: e upplagan. (Internetversion: 2010), CRC Press / Taylor och Francis, Boca Raton, FL, geofysik, astronomi och akustik; Överflöd av element i jordskorpan och i havet, s. 14-18.
- ↑ latina-press.com: Stora titanavlagringar upptäcktes i Paraguay , 8 november 2010.
- ↑ NASA -data indikerar rika titanavlagringar på månen derstandard.at
- ↑ Forskare berömmer månen som en råvaruleverantör welt.de, öppnad den 10 oktober 2011.
- ↑ Titanproduktion över hela världen (urval) I: Microsoft Encarta .
- ^ Titan, titanlegeringar och titanföreningar . Ullmanns encyklopedi för industrikemi, doi : 10.1002 / 14356007.a27_095 .
- ^ Bargel: Materialvetenskap , 11: e upplagan, s. 343.
- ↑ Haberhauer: Maschinenelelemente 17th edition, s. 625.
- ↑ Holzmann: Materials styrka , tionde upplagan, s.69.
- ↑ Bearbetning av titanmaterial, del 1 form-technik.biz, juli 2014, åtkomst 5 december 2019.
- ↑ Materialet titan: bearbetning gustoc.de, åtkomst 5 december 2019.
- ↑ Fysiska egenskaper hos titan på webelements.com.
- ↑ Specifikation för titan- och titanlegeringslist, plåt och platta . ASTM International, doi : 10.1520 / b0265-15 ( astm.org [åtkomst 17 augusti 2018]).
- ^ Titansvetsningsteknik: Svetsbearbetning av titanmaterial. (PDF; 595 kB).
- ↑ Företagsinformation Keller & Kalmbach.
- ↑ Materialdatablad Ti-6Al-4V (PDF; 20 kB).
- ↑ Bernhard Ilschner , Robert F. Singer : Materialvetenskap och tillverkningsteknik , femte reviderade upplagan, 2010, Springer, s. 456.
- ↑ Leibniz Institute for Material-Oriented Technologies: Föreläsning "Materials in Lightweight Construction II, Part 3" , öppnade den 20 augusti 2018
- ↑ Rymdresor: Abgespact: Peak Technology utvecklar satellittankar för ESA factorynet.at, Peak Technology, peaktechnology.at, öppnade 5 december 2019.
- ↑ Jander, Blasius: oorganisk kemi . Ed.: Eberhard Schweda. 17: e, helt omarbetad upplaga. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2011, ISBN 978-3-7776-2134-0 , sid. 369 .
- ↑ Eberhard Gerdes: Kvalitativ oorganisk analys . 2: a, korrigerad och reviderad upplaga. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg, sid. 255 .
- ↑ Antonio Bonardi, Gerd Pühlhofer, Stephan Hermanutz, Andrea Santangelo: En ny lösning för beläggning av spegel i $ γ $ -ray Cherenkov Astronomy . (Inskickat manuskript) I: Experimental Astronomy . 38, 2014, s. 1-9. arxiv : 1406.0622 . bibcode : 2014ExA .... 38 .... 1B . doi : 10.1007 / s10686-014-9398-x .
- ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Lärobok i oorganisk kemi . 91: a - 100: e, förbättrad och kraftigt utökad upplaga. Walter de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3 , s. 1065.
- ↑ Ferroelektriska
- ^ Richard W. Johnson: The Handbook of Fluid Dynamics . Springer, 1998, ISBN 978-3-540-64612-9 , sid. 38-21.
- ^ Robert M. Coates, Leo A. Paquette: Handbook of Reagents for Organic Synthesis . John Wiley and Sons, 2000, ISBN 978-0-470-85625-3 , s. 93.
- ↑ JD Fast: Framställning av rena titanjodider. I: Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas. 58, 1939, s. 174-180, doi : 10.1002 / recl.19390580209 .
- ↑ Naresh Saha: Titannitridoxidationskemi: En röntgenfotoelektronspektroskopi-studie . I: Journal of Applied Physics . nr 7, nr 7, s. 3072-3079. bibcode : 1992JAP .... 72.3072S . doi : 10.1063 / 1.351465 .
- ↑ Datablad bis (cyklopentadienyl) titan (IV) diklorid från Sigma-Aldrich , öppnat den 24 april 2011 ( PDF ).