Miks peetakse titaani tuleviku metalliks?

1791. aastal avastas Briti preester ja mineraloogia entusiast HW Gregor ilmeniidimaagist esmakordselt musta magnetliiva (FeTiO3), titaani ja raua seguoksiidi. Ta mõistis, et mineraal võib sisaldada uut elementi. 1795. aastal valmistas saksa keemik MH Klaproth iseseisvalt Ungari rutiilist titaanoksiidi ja nimetas selle kreeka mütoloogias maajumalast sündinud hiiglase "Titani" järgi "titaaniks". Alles 1910. aastal asendas Ameerika keemik MA Hunter titaantetrakloriidi metallilise naatriumiga, et saada elementaarne titaan puhtusega 99,9%. See on 29. inimeste poolt avastatud element ja selle ladinakeelne nimi on ka esimene. Teine väiketäht moodustab selle elemendi sümboli Ti. Hiina nimi titanium on uus foneetiline märk, mille on spetsiaalselt loonud minu riik selle ladinakeelse nime transliteratsiooni põhjal.

 

Titaani valentselektronide konfiguratsioon on 3d24s2, elektronegatiivsus 1,5, esimese elektroni afiinsus 37,7 kJ/mol, esimene ionisatsioonienergia 659 kJ/mol, elektroodi standardpotentsiaal -0.86V, oksüdatsiooniarv 4, 3, 2 , 0, -1. Tavavalentsusseisundid 3 ja 4 Toatemperatuuril on titaan suhteliselt stabiilne õhus ja vees, ei interakteeru hapniku ja halogeenidega ning seda ei korrodeeri lahjendatud happed, lahjendatud leelised ja merevesi. Kui aga temperatuur tõuseb, suureneb keemiline aktiivsus kiiresti. Kui temperatuur on kõrgem kui 600 kraadi, võib see otse kombineerida mitmesuguste mittemetalliliste elementidega, nagu hapnik, lämmastik, süsinik, väävel ja halogeen. Lisaks tavaliste ühendite tekkele võib tekkida ka täiteühendeid, eriti lenduvaid ja klooriga kergesti hüdrolüüsitavaid ühendeid.

 

Lisaks lahustub titaan kuumas kontsentreeritud vesinikkloriidhappes, väävelhappes, fosforhappes ja vesinikfluoriidhappes, moodustades titaanisoolasid. Üldiselt võib öelda, et mida suurem on happe kontsentratsioon, seda kiirem on lahustumiskiirus. Neli kuuma kontsentreeritud orgaanilise happe lahust võivad ka korrodeerida titaanmetalli. Need on oksaalhape, sipelghape, trikloroäädikhape ja trifluoroäädikhape. Titaani võib korrodeerida ka alumiiniumtrikloriid. Ülaltoodud ühendite korrosiooniefekt titaanile tuleneb peamiselt nende võimest korrodeerida titaani pinnal olevat ülipeent oksiidkilet. Titaani inertsus tuleneb selle oksiidkile kaitsvast toimest. Lämmastikhappe ja muude oksüdeerijate lisamine söövitavale lahusele võib üldiselt aeglustada nende titaani korrosiooni, kuna oksüdeerijad võivad regenereerida oksiidkile ja passiveerida titaani pinda. Titaanipulber on väga reaktiivne ja võib õhus põleda.

 

Metalltitaanil on kõrgel temperatuuril tugev afiinsus hapniku, lämmastiku ja vesinikuga, mistõttu ei saa titaani redutseerimisreaktsioonide kaudu selle oksiididest otse ekstraheerida. Titaani ekstraheerimiseks peremeesmaagist on vaja Krolli või Hunteri protsesse. Reaktsioonivõrrand on järgmine:

(1000 kraadi vaakumdestilleerimine Mg ja MgCl2 eemaldamiseks, kaarsulav valuplokk)

①Titaanist valmistatud sõjalaevad ja allveelaevad on mittemagnetilised ning magnetmiinid ei tuvasta ega jälgi neid. Nad on võimelised vastu pidama sügavale veesurvele ja võivad sõita 4500 meetri sügavusele, kuhu tavalised allveelaevad ei ulatu.

 

② Kasutades titaanterasest sulami sitkust, elastsust ja korrosioonikindlust, saab valmistada laevakered ja allveelaevad ning ehitamiseks saab kasutada titaanterase sulami suurt eritugevust ja kõrget temperatuurikindlust (millel on endiselt suur tugevus 550 kraadi kõrgel temperatuuril). lennukid. , tankid, raketid, satelliidid ja kosmoselaevad. Hinnanguliselt kulub Boeing 777 tootmiseks 59 tonni titaani, Boeing 747 tootmiseks 44 tonni titaani ja Boeing 737 tootmiseks 18 tonni titaani.

 

③ Kasutades raua-titaani sulami omadusi vesiniku absorbeerimiseks toatemperatuuril ja vesiniku vabastamiseks kõrgel temperatuuril, saab seda hõlpsaks juurdepääsuks kasutada väikese vesiniku hoidla laona. Lisaks saab seda kasutada getterina elektrontorude ja pilttorude valmistamisel, vesinikuallikana vahtmetallide tootmisel ning tihendusena pulbermetallurgias ja metallkeraamikas.

④Titaanist ja niklist võrdsest osast valmistatud "parima kujuga mälusulamil" on tugev kujumälu pingetaluvus, hea taastumisvõime ja pikk mälu kasutusiga. Tavaliselt kasutatakse kosmoselaevade antennides ja toruühenduskomponentides. Seda kasutatakse ka meditsiiniseadmete, elektriseadmete, manipulaatorite ja robotite valmistamisel, samuti ortopeediliste ravimeetodite ja meditsiinilise ortopeedia valmistamisel.

 

⑤ Baariumtitanaadist, plii-titanaadist, plii-praseodüümtitanaadist ja muudest materjalidest valmistatud piesoelektriline keraamika ei saa mitte ainult mehaanilist energiat elektrienergiaks muuta, vaid seda kasutatakse ka piesoelektrilistes tulemasinates, mobiilsetes röntgeni toiteallikates ja suurtükiväe detonatsiooniseadmetes; nad võivad muundada ka mehaanilist energiat elektrienergiaks. Elektrienergia muundatakse ultrahelivibratsiooniks, mida kasutatakse veealuste kalade uurimiseks, ultraheli puhastamiseks, ultraheli meditsiiniliseks ja mittepurustavaks metallide testimiseks. Kasutatakse laialdaselt ka automaatikaseadmetes.

 

⑥Titaani nimetatakse "biofiilseks metalliks". See on mittetoksiline ja vastupidav inimese sekretsioonide korrosioonile. See saab hästi läbi keha naha, lihaste, lihaste ja luudega. Kuigi tegemist on võõrkehaga, ei põhjusta see immuunvastust ja seda kasutatakse sageli meditsiinis tehismetallina. Skeleti jaoks võib vedelat titaani kasutada ka kahjustatud luude parandamiseks.

 

⑦Puhas titaandioksiid on suurepärane pigment, mida tavaliselt tuntakse kui "titaanvalget", ja titaandioksiidi fotokatalüsaator on nanomõõtmeline aktiivne materjal. See kaetakse substraadi pinnale ja kuivatatakse, moodustades õhukese kile, mis annab valguse mõjul tugeva katalüütilise efekti. Lagundamise funktsioon võib tõhusalt lagundada mürgiseid ja kahjulikke gaase õhus.