Титан
Магнитогорский лицей российской академии наук
кафедра химии и биологии
реферат
тема:
Проверила: Мещерова Е. В.
оглавление
Общая характеристика. История открытия...................................................................... 3
Нахождение в природе.......................................................................................................................... 4
Физические и химические свойства...................................................................................... 5
получение........................................................................................................................................................ 7
Некоторые наиболее важные соединения....................................................................... 8
ТИТАН ЧЕТЫРЁХХЛОРИСТЫЙ................................................................................................................. 8
ДВУОКИСЬ ТИТАНА.................................................................................................................................... 9
Биологическая роль............................................................................................................................. 11
Литература.................................................................................................................................................... 12
Титан (Titanium), Ti,— химический элемент IV группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Порядковый номер 22, атомный вес 47,90. Состоит из 5 устойчивых изотопов; получены также искусственно радиоактивные изотопы.
В 1791 году английский химик У. Грегор нашёл в песке из местечка Менакан (Англия, Корнуолл) новую «землю», названную им менакановой. В 1795 году немецкий химик М. Клаирот открыл в минерале рутиле неизвестную еще землю, металл которой он назвал Титан [в греч. мифологии титаны — дети Урана (Неба) и Геи (Земли)]. В 1797 году Клапрот доказал тождество этой земли с открытой У. Грегором. Чистый титан выделен в 1910 году американским химиком Хантером посредством восстановления четырёххлористого титана натрием в железной бомбе.
Нахождение в природе
Титан относится к числу наиболее распространённых в природе элементов, его содержание в земной коре составляет 0,6% (весовых). Встречается главным образом в виде двуокиси TiO2
или её соединений — титанатов. Известно свыше 60 минералов, в состав которых входит титан Он содержится также в почве, в животных и растительных организмах. Ильменит
FeTiO3
и рутил
TiO2
служат основным сырьём для получения титана. В качестве источника титана приобретают значение шлаки от плавки титано-магнетитов
и ильменита.
Физические и химические свойства
Титан существует в двух состояниях: аморфный — темносерый порошок, плотность 3,392—3,395г/см3
,
и кристаллический, плотность 4,5 г/см3
.
Для кристаллического титана известны две модификации с точкой перехода при 885° (ниже 885° устойчивая гексагональная форма, выше — кубическая);
°;t
кип.
выше 3000°. холоду. На воздухе при обыкновенной температуре титан не изменяется, при накаливании образует смесь окиси Ti2
O32
. При высоких температурах реагирует с углеродом, кремнием, фосфором, серой и др. Устойчив к морской воде, азотной кислоте, влажному хлору, органическим кислотам и сильным щелочам. Растворяется в серной, соляной и плавиковой кислотах, лучше всего — в смеси HF и HNO3
. Добавление к кислотам окислителя предохраняет металл от коррозии при комнатной температуре. В соединениях проявляет валентность 2, 3 и 4. Наиболее устойчивы и имеют наибольшее практическое значение соединения Ti(IV). Наименее устойчивы производные Ti(II). Соединения Ti(III) устойчивы в растворе и являются сильными восстановителями. С кислородом титан даёт амфотерную
, закись Ti0 и окись Ti2
O3
, имеющие основной характер, а также некоторые промежуточные окислы и перекись TiO3
. Галогениды четырёхвалентного титана, за исключением TiCl4
—
кристаллические тела, легкоплавкие и летучие в водном растворе гидрализованы, склонны к образованию комплексных соединений, из которых в технологии и аналитической практике имеет значение фтортитанат калия K2
TiF6
. Важное значение имеют карбид TiC и нитрид TiN— металлоподобные вещества, отличающиеся большой твёрдостью (карбид титан тверже карборунда), тугоплавкостью (TiC,t°пл.
3140°; TiN, t°пл.
3200°) и хорошей электропроводностью.
получение
Соединения титана получили применение в промышленности в начале 20 в. Организация производства титана относится к 1946 (в 1948 выплавлено 10 m, 72OO т в1954 и ок. 20000 т
в 1955). Способ получония основан на восстановлении четырёххлористого титана металлическим магнием в атмосфере аргона или гелия. Компактный металл получается переплавкой в дуговых печах. Компактный металл высокой чистоты образуется при термической диссоциации тетраиодида титана. Большое значение приобрело восстановление TiCI4
натрием вместо магния.
г/см3
(при 20°); (t кип. 136,5°; t° пл.—
23°. Во влажном воздухе сильно дымит вследствие гидролиза. Кипящей водой гидролизуется до титановой кислоты. Для титана четыреххлористого характерно образование продуктов присоединения, например TiCl4
*6NH3
, TiCl4343
и т. д. При растворении титана четыреххлористого в НСl образуется комплексная кислота H2
[TiCl6
], неизвестная в свободном состоянии; её соли Me2
[TiCl6
] хорошо кристаллизуются и устойчивы на воздухе. Важнейший исходный материал для получения титан четыреххлористого — титановые шлаки, а также ильменит и двуокись титана. Летучий титан четыреххлористый очищают фракционированной перегонкой в вакууме. Титан четыреххлористый — исходный продукт для промышленного получения металлического титана, его применяют также для образования антикоррозионных, термнчески устойчивых плёнок.
Двуокись титана, ТiO2, — соединение титана с кислородом, в котором титан четырёхвалентен. Белый порошок, желтый в нагретом состоянии. Встречается в природе главным образом в виде минерала рутила,
t°пл.
выше 1850°. Плотностъ 3,9 — /см3
.
Практически нерастворима в щелочах и кислотах, за исключением HF. В концентрированной Н2
SO4
растворяется лишь при длительном нагревании. При сплавлении двуокиси титана с едкими или углекислыми щелочами образуются титанаты, которые легко гидролизуются с образованием на холоду ортотитановой кислоты (или гидрата) Ti(OH)4
,легко растворимой в кислотах. При стоянии она переходит в мстатитановую кислоту (форма), имеющую микрокристаллическую структуру и растворимую лишь в горячей концентрированной серной и фтористоводородной кислотах. Большинство титанатов практически нерастворимы в воде. Основные свойства двуокиси титана выражены сильнее кислотных, но соли, в которых титан является катионом, также в значительной мере гидролизуются с образованием двухвалентного радикала титанила TiO2
+
. Последний входит в состав солей в качестве катиона (например, сернокислый титанил TiOSO4
*2H2
O). Двуокись титана является одним из важнейших соединений титана, служит исходным материалом для получения других его соединений, а также частично металлического титана. Используется главным образом как минеральная краска, и окрашенные.
Применение
Высокие механические и антикоррозионные свойства, значительная прочность (вдвое прочнее железа) при относительно небольшой плотности (значительно легче железа) делают титан весьма ценным конструкционным металлом, благодаря чему он весьма быстро получил большое значение в современной технике. Основная масса титана потребляется военной промышленностьюстью, главным образом, в самолётостроении, (двигатели, в том числе и реактивные, бронированные кабины и т. п.) и в судостроении.
В пиротехнике используетсяспособность титана воспламеняться. В вакуумной технике он применяется в качестве газопоглотителя. Карбид титана входит в состав твёрдых сплавов и в угли дуговых ламп и используется в качестве шлифовального материала. Нитрид титана применяется для шлифовки драгоценных камней. Растворы солей трёхвалентного титана (хлорида, сульфата) применяются в качестве восстановителя в аналитической практике и в текстильной промышленности (беление). Двойные оксалаты калия TiO(KC2
04
)22
0 или аммония используются в качестве протравы тканей, кожи, дерева. Сверхвысокая диэлектрическая постоянная титаната бария ВаТiO3
даёт возможность применять его для изготовления электрических конденсаторов исключительно большой ёмкости.
Биологическая роль
Титан — постоянная составная часть растительных и животных организмов. В животных органиамах титан открыт английским химиком Г. Ризом в 1835, в растительных — немецким химиком А. Адергольдом в 1852.
Растения поглощают титан из почв, концентрируя его в сотни и тысячи раз, животные — из растительной пищи. титана найдено у водоросли Clado-phora glomerata (0,032% на живой вес), среди животных — у жука навозника обыкновенного (0,0049% на живой вес).
мг
на 100 г свежего вещества; наиболее богаты титаном селезёнка, надпочечники и щитовидная железа. Доказано преимущественное накопление титана у млекопитающих животных и птиц эпителиальными образованиями, например в рогах, волосах, перьях. Повышенное содержание титана наблюдается в плаценте; титан служит постоянной составной частью молока (в т. ч. женского). Обмен титана в организме изучен не достаточно, биологическая же роль остаётся пока невыясненной.
Литература
1. Большая Советская Энциклопедия. Второе издание, т. 42. Государственное научное издательство «Большая Советская энциклопедия». М. 1956;
2. Химическая технология и металлургия титана. Сборник переводов, ч. 1—2, M., 1954;
3. Титан и его сплавы. Сборник переводов, ч. 1—4, M., 1953—54
|