›

Pika e vlimit të titanit. Titani: historia e zbulimit të elementit

Më të rëndësishmet për ekonominë kombëtare ishin dhe mbeten lidhjet dhe metalet, duke ndërthurur butësinë dhe forcën. Titani i përket kësaj kategorie materialesh dhe, përveç kësaj, ka rezistencë të shkëlqyer ndaj korrozionit.

Titani është një metal kalimtar i grupit të 4-të të periudhës së 4-të. Pesha e tij molekulare është vetëm 22, gjë që tregon lehtësinë e materialit. Në të njëjtën kohë, substanca dallohet nga forca e jashtëzakonshme: midis të gjitha materialeve strukturore, është titani që ka forcën më të lartë specifike. Ngjyra është e bardhë argjendtë.

Çfarë është titani, videoja më poshtë do të tregojë:

Koncepti dhe veçoritë

Titani është mjaft i zakonshëm - për sa i përket përmbajtjes në kores së tokës zë vendin e 10-të. Sidoqoftë, vetëm në 1875 u izolua një metal vërtet i pastër. Para kësaj, substanca ose merrej me papastërti, ose përbërjet e saj quheshin titan metalik. Ky konfuzion çoi në faktin se përbërjet metalike u përdorën shumë më herët se vetë metali.

Kjo është për shkak të veçorisë së materialit: papastërtitë më të parëndësishme ndikojnë ndjeshëm në vetitë e një substance, ndonjëherë duke e privuar plotësisht atë nga cilësitë e saj të qenësishme.

Kështu, pjesa më e vogël e metaleve të tjera e privon titanin nga rezistenca ndaj nxehtësisë, e cila është një nga cilësitë e tij të vlefshme. Dhe një shtesë e vogël e një jometali e kthen një material të qëndrueshëm në një material të brishtë dhe të papërshtatshëm për përdorim.

Kjo veçori e ndau menjëherë metalin që rezulton në 2 grupe: teknik dhe të pastër.

  • E para përdoren në rastet kur forca, lehtësia dhe rezistenca ndaj korrozionit janë më të nevojshme, pasi titani nuk e humb kurrë cilësinë e fundit.
  • Material me pastërti të lartë përdoret aty ku nevojitet një material që punon nën ngarkesa shumë të larta dhe temperatura të larta, por në të njëjtën kohë është i lehtë. Kjo, natyrisht, është shkenca e avionëve dhe raketave.

Tipari i dytë i veçantë i materies është anizotropia. Disa prej tyre cilësitë fizike ndryshojnë në varësi të aplikimit të forcave, të cilat duhet të merren parasysh gjatë aplikimit.

Në kushte normale, metali është inert, nuk gërryhet në asnjë mënyrë. uji i detit, as në ajrin detar apo urban. Për më tepër, është substanca biologjikisht më inerte e njohur, për shkak të së cilës protezat dhe implantet e titanit përdoren gjerësisht në mjekësi.

Në të njëjtën kohë, kur temperatura rritet, ajo fillon të reagojë me oksigjen, azot, madje edhe hidrogjen dhe thith gazrat në formë të lëngshme. Kjo veçori e pakëndshme e bën jashtëzakonisht të vështirë si marrjen e vetë metalit ashtu edhe prodhimin e lidhjeve të bazuara në të.

Kjo e fundit është e mundur vetëm kur përdorni pajisje vakum. Procesi më kompleks i prodhimit e ka kthyer një element mjaft të zakonshëm në një element shumë të shtrenjtë.

Lidhja me metale të tjera

Titani zë një pozicion të ndërmjetëm midis dy materialeve të tjera strukturore të njohura - aluminit dhe hekurit, ose më saktë, lidhjeve të hekurit. Në shumë aspekte, metali është superior ndaj "konkurrentëve" të tij:

  • forca mekanike e titanit është 2 herë më e lartë se ajo e hekurit dhe 6 herë më e lartë se ajo e aluminit. Në këtë rast, forca rritet me uljen e temperaturës;
  • rezistenca ndaj korrozionit është shumë më e lartë se ajo e hekurit dhe madje edhe e aluminit;
  • Në temperatura normale, titani është inert. Megjithatë, kur rritet në 250 C, fillon të thithë hidrogjenin, i cili ndikon në vetitë. Për sa i përket aktivitetit kimik, është inferior ndaj magnezit, por, mjerisht, tejkalon hekurin dhe aluminin;
  • metali e përçon energjinë elektrike shumë më dobët: rezistenca e tij elektrike është 5 herë më e lartë se ajo e hekurit, 20 herë më e lartë se ajo e aluminit dhe 10 herë më e lartë se ajo e magnezit;
  • Përçueshmëria termike është gjithashtu shumë më e ulët: 3 herë më pak se hekuri 1 dhe 12 herë më pak se alumini. Megjithatë, kjo veti rezulton në një koeficient shumë të ulët të zgjerimit termik.

Pro dhe kundra

Në fakt, titani ka shumë disavantazhe. Por kombinimi i forcës dhe lehtësisë është aq i kërkuar sa që as metoda komplekse e prodhimit dhe as nevoja për pastërti të jashtëzakonshme nuk i ndalojnë konsumatorët e metaleve.

Përparësitë e padyshimta të substancës përfshijnë:

  • densitet i ulët, që do të thotë shumë pak peshë;
  • forcë e jashtëzakonshme mekanike si e vetë metalit të titanit ashtu edhe e lidhjeve të tij. Me rritjen e temperaturës, lidhjet e titanit i tejkalojnë të gjitha lidhjet e aluminit dhe magnezit;
  • raporti i forcës dhe densitetit - forca specifike, arrin 30–35, që është pothuajse 2 herë më i lartë se ai i çeliqeve më të mirë strukturorë;
  • në ajër, titani është i veshur me një shtresë të hollë oksidi, e cila siguron rezistencë të shkëlqyer korrozioni.

Metali gjithashtu ka të metat e tij:

  • Rezistenca ndaj korrozionit dhe inertiteti vlen vetëm për produktet sipërfaqësore joaktive. Pluhuri ose ashkël titani, për shembull, ndizen spontanisht dhe digjen në një temperaturë prej 400 C;
  • një metodë shumë komplekse e marrjes së metalit të titanit siguron një kosto shumë të lartë. Materiali është shumë më i shtrenjtë se hekuri, ose;
  • aftësia për të thithur gazrat atmosferikë me rritjen e temperaturës kërkon përdorimin e pajisjeve vakum për shkrirjen dhe marrjen e lidhjeve, gjë që gjithashtu rrit ndjeshëm koston;
  • titani ka veti të dobëta kundër fërkimit - nuk funksionon për fërkim;
  • metali dhe lidhjet e tij janë të prirur ndaj korrozionit të hidrogjenit, i cili është i vështirë për t'u parandaluar;
  • titani është i vështirë për t'u përpunuar. Saldimi është gjithashtu i vështirë për shkak të kalimit fazor gjatë ngrohjes.

Fletë titani (foto)

Vetitë dhe karakteristikat

Shumë e varur nga pastërtia. Të dhënat e referencës përshkruajnë, natyrisht, metalin e pastër, por karakteristikat e titanit teknik mund të ndryshojnë dukshëm.

  • Dendësia e metalit zvogëlohet kur nxehet nga 4,41 në 4,25 g/cm3.Tranzicioni fazor e ndryshon densitetin me vetëm 0,15%.
  • Pika e shkrirjes së metalit është 1668 C. Pika e vlimit është 3227 C. Titani është një substancë zjarrduruese.
  • Mesatarisht, forca në tërheqje është 300-450 MPa, megjithatë, kjo shifër mund të rritet në 2000 MPa duke përdorur forcimin dhe plakjen, si dhe futjen e elementeve shtesë.
  • Në shkallën HB, fortësia është 103 dhe ky nuk është kufiri.
  • Kapaciteti termik i titanit është i ulët - 0,523 kJ/(kg K).
  • Rezistenca elektrike specifike - 42,1 10 -6 ohm cm.
  • Titani është një paramagnet. Ndërsa temperatura ulet, ndjeshmëria e saj magnetike zvogëlohet.
  • Metali në tërësi karakterizohet nga duktiliteti dhe lakueshmëria. Megjithatë, këto veti ndikohen fuqishëm nga oksigjeni dhe azoti në aliazh. Të dy elementët e bëjnë materialin të brishtë.

Substanca është rezistente ndaj shumë acideve, duke përfshirë nitrik, sulfurik në përqendrime të ulëta dhe pothuajse të gjitha acidet organike përveç formik. Kjo cilësi siguron që titani të jetë i kërkuar në industrinë kimike, petrokimike, letre etj.

Struktura dhe përbërja

Titani - megjithëse është një metal në tranzicion, dhe rezistenca e tij elektrike është e ulët, megjithatë, ai është një metal dhe përcjell rrymë elektrike, që do të thotë një strukturë e renditur. Kur nxehet në një temperaturë të caktuar, struktura ndryshon:

  • deri në 883 C, faza α është e qëndrueshme me një densitet prej 4,55 g / cu. shih Dallohet nga një grilë e dendur gjashtëkëndore. Oksigjeni tretet në këtë fazë me formimin e tretësirave intersticiale dhe stabilizon a-modifikimin - shtyn kufirin e temperaturës;
  • mbi 883 C, faza β me një rrjetë kubike në qendër të trupit është e qëndrueshme. Dendësia e saj është disi më e vogël - 4.22 g / cu. shih Hidrogjeni e stabilizon këtë strukturë - kur ai tretet në titan, formohen edhe tretësirat intersticiale dhe hidridet.

Kjo veçori e vështirëson shumë punën e metalurgut. Tretshmëria e hidrogjenit zvogëlohet ndjeshëm kur titani ftohet dhe hidridi i hidrogjenit, faza γ, precipiton në aliazh.

Shkakton çarje të ftohta gjatë saldimit, kështu që prodhuesit duhet të punojnë shumë pas shkrirjes së metalit për ta pastruar atë nga hidrogjeni.

Rreth vendit ku mund të gjeni dhe si të bëni titan, ne do të tregojmë më poshtë.

Kjo video i kushtohet përshkrimit të titanit si metal:

Prodhimi dhe minierat

Titani është shumë i zakonshëm, kështu që me mineralet që përmbajnë metal, dhe në sasi mjaft të mëdha, nuk ka vështirësi. Lëndët e para janë rutili, anataza dhe brookiti - dioksidi i titanit në modifikime të ndryshme, ilmeniti, pirofaniti - komponimet me hekurin, etj.

Por është komplekse dhe kërkon pajisje të shtrenjta. Metodat e marrjes janë disi të ndryshme, pasi përbërja e mineralit është e ndryshme. Për shembull, skema për marrjen e metalit nga xehet e ilmenitit duket si kjo:

  • marrja e skorjes së titanit - shkëmbi ngarkohet në një furrë me hark elektrik së bashku me një agjent reduktues - antracit, qymyr dhe nxehet në 1650 C. Në të njëjtën kohë, ndahet hekuri, i cili përdoret për të prodhuar gize dhe dioksid titani në skorje ;
  • skorja klorohet në klorinatorët e minierave ose të kripës. Thelbi i procesit është shndërrimi i dioksidit të ngurtë në tetraklorur titani të gaztë;
  • në furrat e rezistencës në balona të veçanta, metali reduktohet me natrium ose magnez nga kloruri. Si rezultat, merret një masë e thjeshtë - një sfungjer titani. Ky është një titan teknik mjaft i përshtatshëm për prodhimin e pajisjeve kimike, për shembull;
  • nëse kërkohet një metal më i pastër, ata drejtohen në rafinim - ndërsa metali reagon me jod për të marrë jodur të gaztë, dhe ky i fundit, nën ndikimin e temperaturës - 1300-1400 C, dhe rrymës elektrike, dekompozohet, duke lëshuar titan të pastër. Elektricitet ushqehet përmes një teli titani të shtrirë në një retorte, mbi të cilën depozitohet një substancë e pastër.

Për të marrë shufra titani, sfungjeri i titanit shkrihet në një furrë me vakum për të parandaluar tretjen e hidrogjenit dhe azotit.

Çmimi i titanit për 1 kg është shumë i lartë: në varësi të shkallës së pastërtisë, metali kushton nga 25 deri në 40 dollarë për 1 kg. Nga ana tjetër, rasti i një aparati çelik inox rezistent ndaj acidit do të kushtojë 150 rubla. dhe do të zgjasë jo më shumë se 6 muaj. Titani do të kushtojë rreth 600 r, por funksionon për 10 vjet. Ka shumë objekte të prodhimit të titanit në Rusi.

Zonat e përdorimit

Ndikimi i shkallës së pastrimit në vetitë fizike dhe mekanike na detyron ta konsiderojmë atë nga ky këndvështrim. Pra, teknika, domethënë jo metali më i pastër, ka rezistencë të shkëlqyer korrozioni, butësi dhe forcë, gjë që përcakton përdorimin e tij:

  • industria kimike– këmbyesit e nxehtësisë, gypat, mbështjellësit, pjesët e pompës, pajisjet dhe kështu me radhë. Materiali është i domosdoshëm në zonat ku kërkohet rezistenca dhe forca e acidit;
  • industria e transportit- substanca përdoret për të bërë automjete nga trenat në biçikleta. Në rastin e parë, metali siguron një masë më të vogël përbërësish, gjë që e bën tërheqjen më efikase, në këtë të fundit jep butësi dhe forcë, nuk është më kot që një kornizë biçiklete titani konsiderohet më e mira;
  • çështjet detare- titani përdoret për prodhimin e shkëmbyesve të nxehtësisë, silenciatorëve të shkarkimit për nëndetëset, valvulave, helikave, etj.
  • në ndërtimi përdoret gjerësisht - titan - një material i shkëlqyer për përfundimin e fasadave dhe çatisë. Së bashku me forcën, aliazhi ofron një avantazh tjetër të rëndësishëm për arkitekturën - aftësinë për t'i dhënë produkteve konfigurimin më të çuditshëm, aftësia për t'i dhënë formë lidhjes është e pakufizuar.

Metali i pastër është gjithashtu shumë rezistent ndaj temperaturave të larta dhe ruan forcën e tij. Aplikimi është i qartë:

  • industria e raketave dhe avionëve - mbështjellja është bërë prej saj. Pjesë motori, lidhëse, pjesë shasie e kështu me radhë;
  • mjekësi - inertiteti dhe lehtësia biologjike e bëjnë titanin një material shumë më premtues për protetikë, deri në valvulat e zemrës;
  • teknologjia kriogjenike - titani është një nga substancat e pakta që, kur temperatura bie, vetëm bëhet më e fortë dhe nuk e humb plasticitetin.

Titani është një material strukturor me forcën më të lartë me një lehtësi dhe duktilitet të tillë. Këto cilësi unike i japin atij një rol gjithnjë e më të rëndësishëm në ekonominë kombëtare.

Videoja më poshtë do t'ju tregojë se ku mund të merrni titan për një thikë:

PËRKUFIZIM

Titanium- elementi i njëzet e dytë i tabelës periodike. Emërtimi - Ti nga latinishtja "titanium". E vendosur në periudhën e katërt, grupi IVB. I referohet metaleve. Ngarkesa bërthamore është 22.

Titani është shumë i zakonshëm në natyrë; përmbajtja e titanit në koren e tokës është 0,6% (peshë), d.m.th. më e lartë se përmbajtja e metaleve të tilla të përdorura gjerësisht në teknologji si bakri, plumbi dhe zinku.

Në formën e një lënde të thjeshtë, titani është një metal i bardhë argjendi (Fig. 1). I referohet metaleve të lehta. Refraktore. Dendësia - 4,50 g/cm 3 . Pikat e shkrirjes dhe të vlimit janë përkatësisht 1668 o C dhe 3330 o C. Rezistent ndaj korrozionit kur ekspozohet ndaj ajrit në temperaturë normale, gjë që shpjegohet me praninë e një filmi mbrojtës të përbërjes TiO 2 në sipërfaqen e tij.

Oriz. 1. Titanium. Pamja e jashtme.

Pesha atomike dhe molekulare e titanit

Pesha molekulare relative e një lënde(M r) është një numër që tregon se sa herë masa e një molekule të caktuar është më e madhe se 1/12 e masës së një atomi karboni, dhe masa atomike relative të një elementi(A r) - sa herë masa mesatare e atomeve të një elementi kimik është më e madhe se 1/12 e masës së një atomi karboni.

Meqenëse titani ekziston në gjendje të lirë në formën e molekulave monotomike Ti, vlerat e masave të tij atomike dhe molekulare përkojnë. Ato janë të barabarta me 47.867.

Izotopet e titanit

Dihet se titani mund të shfaqet në natyrë në formën e pesë izotopeve të qëndrueshme 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti dhe 50Ti. Numri i tyre masiv është përkatësisht 46, 47, 48, 49 dhe 50. Bërthama atomike e izotopit të titanit 46 Ti përmban njëzet e dy protone dhe njëzet e katër neutrone, dhe izotopet e mbetur ndryshojnë prej saj vetëm në numrin e neutroneve.

Ekzistojnë izotope artificiale të titanit me numra masiv nga 38 në 64, ndër të cilët më i qëndrueshëm është 44 Ti me gjysmë jetëgjatësi prej 60 vjetësh, si dhe dy izotopë bërthamorë.

jonet e titanit

Në nivelin e jashtëm të energjisë së atomit të titanit, ka katër elektrone që janë valente:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2 .

Si rezultat i ndërveprimit kimik, titani heq dorë nga elektronet e valencës, d.m.th. është dhuruesi i tyre dhe kthehet në një jon të ngarkuar pozitivisht:

Ti 0 -2e → Ti 2+;

Ti 0 -3e → Ti 3+;

Ti 0 -4e → Ti 4+ .

Molekula dhe atomi i titanit

Në gjendje të lirë, titani ekziston në formën e molekulave monotomike Ti. Këtu janë disa veti që karakterizojnë atomin dhe molekulën e titanit:

Lidhjet e titanit

Vetia kryesore e titanit, e cila kontribuon në përdorimin e tij të gjerë në teknologjinë moderne, është rezistenca e lartë ndaj nxehtësisë si e vetë titanit, ashtu edhe e lidhjeve të tij me alumin dhe metale të tjera. Përveç kësaj, këto lidhje rezistenca ndaj nxehtësisë - rezistencë për të ruajtur vetitë e larta mekanike në temperatura të ngritura. E gjithë kjo i bën lidhjet e titanit materiale shumë të vlefshme për prodhimin e avionëve dhe raketave.

Në temperatura të larta, titani kombinohet me halogjenet, oksigjenin, squfurin, azotin dhe elementë të tjerë. Kjo është baza për përdorimin e lidhjeve të titanit me hekur (ferrotittanium) si një shtesë për çelikun.

Shembuj të zgjidhjes së problemeve

SHEMBULL 1

SHEMBULL 2

Ushtrimi Llogaritni sasinë e nxehtësisë së çliruar gjatë reduktimit të klorurit të titanit (IV) me peshë 47,5 g me magnez. Ekuacioni i reaksionit termokimik ka formën e mëposhtme:
Zgjidhje Le të shkruajmë përsëri ekuacionin e reaksionit termokimik:

TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2 \u003d 477 kJ.

Sipas ekuacionit të reaksionit, 1 mol klorur titani (IV) dhe 2 mol magnez hynë në të. Llogaritni masën e klorurit të titanit (IV) sipas ekuacionit, d.m.th. masa teorike ( masë molare- 190 g/mol):

teoria m (TiCl 4) = n (TiCl 4) × M (TiCl 4);

teoria m (TiCl 4) \u003d 1 × 190 \u003d 190 g.

Le të bëjmë një proporcion:

m prac (TiCl 4) / m teori (TiCl 4) \u003d Q prac / Q teori.

Pastaj, sasia e nxehtësisë së çliruar gjatë reduktimit të klorurit të titanit (IV) me magnez është:

Q prac \u003d Q teori × m prac (TiCl 4) / m teori;

Q prac \u003d 477 × 47,5 / 190 \u003d 119,25 kJ.
Përgjigju Sasia e nxehtësisë është 119,25 kJ.

Pjesa kryesore e titanit shpenzohet për nevojat e teknologjisë së aviacionit dhe raketave dhe ndërtimin e anijeve detare. Ai, si dhe ferrotitanium, përdoret si një aditiv aliazh për çeliqet me cilësi të lartë dhe si një deoksidues. Titani teknik përdoret për prodhimin e rezervuarëve, reaktorëve kimikë, tubacioneve, pajisjeve, pompave, valvulave dhe produkteve të tjera që veprojnë në mjedise agresive. Rrjetat dhe pjesët e tjera të pajisjeve elektrovakum që funksionojnë në temperatura të larta janë bërë nga titani kompakt.

Për sa i përket përdorimit si material strukturor, Ti është në vendin e 4-të, i dyti vetëm pas Al, Fe dhe Mg. Aluminidet e titanit janë shumë rezistente ndaj oksidimit dhe rezistent ndaj nxehtësisë, gjë që përcaktoi përdorimin e tyre në industrinë e aviacionit dhe automobilave si materiale strukturore. Siguria biologjike e këtij metali e bën atë një material të shkëlqyer për industrinë ushqimore dhe kirurgjinë rindërtuese.

Titani dhe lidhjet e tij përdoren gjerësisht në inxhinieri për shkak të forcës së tyre të lartë mekanike, e cila ruhet në temperatura të larta, rezistencës ndaj korrozionit, rezistencës ndaj nxehtësisë, forcës specifike, densitetit të ulët dhe vetive të tjera të dobishme. Kostoja e lartë e këtij metali dhe materialeve të bazuara në të kompensohet në shumë raste nga efikasiteti më i madh i tyre dhe në disa raste ato janë e vetmja lëndë e parë nga e cila është e mundur të prodhohen pajisje ose struktura të afta të funksionojnë në kushte specifike të caktuara.

Lidhjet e titanit luajnë një rol të rëndësishëm në teknologjinë e aviacionit, ku synohet të merret dizajni më i lehtë i kombinuar me forcën e kërkuar. Ti është i lehtë në krahasim me metalet e tjera, por në të njëjtën kohë mund të funksionojë në temperatura të larta. Materialet me bazë Ti përdoren për të bërë lëkurë, pjesë fiksuese, paketë elektrike, pjesë shasi dhe njësi të ndryshme. Gjithashtu, këto materiale përdoren në ndërtimin e motorëve reaktivë të avionëve. Kjo ju lejon të zvogëloni peshën e tyre me 10-25%. Lidhjet e titanit përdoren për të prodhuar disqe dhe tehe të kompresorëve, pjesë të marrjes së ajrit dhe udhëzuesve në motorë dhe lidhësve të ndryshëm.

Një fushë tjetër e aplikimit është shkenca e raketave. Në funksion të punë afatshkurtër motorët dhe kalimi i shpejtë i shtresave të dendura të atmosferës në shkencën e raketave, problemet e forcës së lodhjes, qëndrueshmërisë statike dhe pjesërisht zvarritjes janë hequr kryesisht.

Për shkak të forcës së pamjaftueshme termike, titani teknik nuk është i përshtatshëm për përdorim në aviacion, por për shkak të rezistencës së tij jashtëzakonisht të lartë ndaj korrozionit, në disa raste është i domosdoshëm në industrinë kimike dhe në ndërtimin e anijeve. Pra, përdoret në prodhimin e kompresorëve dhe pompave për pompimin e mediave të tilla agresive si acidi sulfurik dhe klorhidrik dhe kripërat e tyre, tubacionet, valvulat, autoklavat, kontejnerët e ndryshëm, filtrat, etj. Vetëm Ti ka rezistencë ndaj korrozionit në media si klori i lagësht. tretësirat ujore dhe acide të klorit, prandaj pajisjet për industrinë e klorit janë bërë nga ky metal. Përdoret gjithashtu për të bërë shkëmbyes nxehtësie që funksionojnë në mjedise gërryese, për shembull, në acid nitrik (jo tym). Në ndërtimin e anijeve, titani përdoret për prodhimin e helikave, veshjes së anijeve, nëndetëseve, silurëve, etj. Në materiali i dhënë predhat nuk ngjiten, të cilat rrisin ndjeshëm rezistencën e anijes kur lëviz.

Lidhjet e titanit janë premtuese për përdorim në shumë aplikacione të tjera, por përdorimi i tyre në teknologji është i kufizuar nga kostoja e lartë dhe përhapja e pamjaftueshme e këtij metali.

Komponimet e titanit përdoren gjithashtu gjerësisht në industri të ndryshme. Karbidi (TiC) ka një fortësi të lartë dhe përdoret në prodhimin e veglave prerëse dhe gërryesve. Dioksidi i bardhë (TiO 2 ) përdoret në bojëra (p.sh. titan i bardhë) si dhe në prodhimin e letrës dhe plastikës. Komponimet organotitanium (për shembull, tetrabutoksititanium) përdoren si katalizator dhe ngurtësues në industrinë kimike dhe bojë. Përbërjet inorganike Ti përdoren në industrinë kimike, elektronike, të fibrave të qelqit si një shtesë. Diboride (TiB 2) është një komponent i rëndësishëm i materialeve të përpunimit të metaleve shumë të forta. Nitridi (TiN) përdoret për veshjen e veglave.

Titanium fillimisht u quajt "gregorite" nga kimisti britanik Reverend William Gregor, i cili e zbuloi atë në 1791. Titani u zbulua më pas në mënyrë të pavarur nga kimisti gjerman M. H. Klaproth në 1793. Ai e quajti atë një titan sipas titanëve nga mitologjia greke- "mishërimi i forcës natyrore". Vetëm në vitin 1797 Klaproth zbuloi se titani i tij ishte një element i zbuluar më parë nga Gregor.

Karakteristikat dhe vetitë

Titani është element kimik me simbol Ti dhe numër atomik 22. Është metal i shkëlqyeshëm me ngjyrë argjendi, densitet të ulët dhe forcë të lartë. Është rezistent ndaj korrozionit në ujin e detit dhe klorit.

Elementi takohet në një sërë vendburimesh minerale, kryesisht rutil dhe ilmenit, të cilat janë të përhapura gjerësisht në koren e tokës dhe litosferën.

Titani përdoret për të prodhuar lidhje të forta të lehta. Dy vetitë më të dobishme të një metali janë rezistenca ndaj korrozionit dhe një raport fortësie ndaj densitetit, më i larti nga çdo element metalik. Në gjendjen e tij të palidhur, ky metal është po aq i fortë sa disa çelik, por më pak i dendur.

Vetitë fizike të metaleve

Është një metal i fortë me densitet të ulët, mjaft duktil (sidomos në mjedis anoksik), i shkëlqyeshëm dhe i bardhë metaloid. Pika e tij relativisht e lartë e shkrirjes mbi 1650°C (ose 3000°F) e bën atë të dobishëm si një metal zjarrdurues. Është paramagnetik dhe ka përçueshmëri mjaft të ulët elektrike dhe termike.

Në shkallën Mohs, ngurtësia e titanit është 6. Sipas këtij treguesi, ai është pak inferior ndaj çelikut të ngurtësuar dhe tungstenit.

Titani i pastër komercialisht (99,2%) ka një forcë tërheqëse prej rreth 434 MPa, e cila është në përputhje me lidhjet konvencionale të çelikut të klasës së ulët, por titani është shumë më i lehtë.

Vetitë kimike të titanit

Ashtu si alumini dhe magnezi, titani dhe lidhjet e tij oksidohen menjëherë kur ekspozohen ndaj ajrit. Ai reagon ngadalë me ujin dhe ajrin në temperatura mjedisi, sepse formon një shtresë oksidi pasive i cili mbron metalin pjesa më e madhe nga oksidimi i mëtejshëm.

Pasivizimi atmosferik i jep titanit rezistencë të shkëlqyer korrozioni pothuajse ekuivalente me platinin. Titani është në gjendje t'i rezistojë sulmit të acideve të holluara sulfurik dhe klorhidrik, zgjidhjeve të klorurit dhe shumicës së acideve organike.

Titani është një nga elementët e paktë që digjet në azot të pastër, duke reaguar në 800 ° C (1470 ° F) për të formuar nitrid titani. Për shkak të reaktivitetit të tyre të lartë me oksigjen, azot dhe disa gazra të tjerë, fijet e titanit përdoren në pompat e sublimimit të titanit si absorbues për këto gazra. Këto pompa janë të lira dhe prodhojnë me siguri presione jashtëzakonisht të ulëta në sistemet UHV.

Mineralet e zakonshme që përmbajnë titan janë anataza, brookiti, ilmeniti, perovskiti, rutili dhe titaniti (sfeni). Nga këto minerale, vetëm rutil dhe ilmeniti kanë rëndësi ekonomike, por edhe këto janë të vështira për t'u gjetur në përqendrime të larta.

Titani gjendet në meteorite dhe është gjetur në Diell dhe yje të tipit M me një temperaturë sipërfaqësore prej 3200°C (5790°F).

Metodat e njohura aktualisht për nxjerrjen e titanit nga xeherore të ndryshme janë të mundimshme dhe të shtrenjta.

Prodhimi dhe prodhimi

Aktualisht, rreth 50 lloje të titanit dhe lidhjeve të titanit janë zhvilluar dhe janë duke u përdorur. Deri më sot, njihen 31 klasa të metaleve dhe lidhjeve të titanit, nga të cilat klasat 1-4 janë të pastra komerciale (të palidhura). Ato ndryshojnë në rezistencën në tërheqje në varësi të përmbajtjes së oksigjenit, me shkallën 1 që është më duktilja (rezistenca më e ulët në tërheqje me 0,18% oksigjen) dhe shkalla 4 është më pak duktil (rezistenca maksimale në tërheqje me 0,40% oksigjen). ).

Klasat e mbetura janë lidhje, secila prej të cilave ka veti specifike:

  • plastike;
  • forcë;
  • fortësi;
  • rezistenca elektrike;
  • rezistenca specifike ndaj korrozionit dhe kombinimet e tyre.

Përveç këtyre specifikimeve, lidhjet e titanit janë prodhuar gjithashtu për të përmbushur hapësirën ajrore dhe pajisje ushtarake(SAE-AMS, MIL-T), standardet ISO dhe specifikimet specifike të vendit, dhe kërkesat e përdoruesve fundorë për aplikimet e hapësirës ajrore, ushtarake, mjekësore dhe industriale.

Një produkt i sheshtë komercialisht i pastër (fletë, pjatë) mund të formohet lehtësisht, por përpunimi duhet të marrë parasysh faktin që metali ka një "memorie" dhe një tendencë për t'u kthyer prapa. Kjo është veçanërisht e vërtetë për disa lidhje me rezistencë të lartë.

Titani përdoret shpesh për të bërë lidhje:

  • me alumin;
  • me vanadium;
  • me bakër (për forcim);
  • me hekur;
  • me mangan;
  • me molibden dhe metale të tjera.

Zonat e përdorimit

Lidhjet e titanit në formën e fletës, pllakës, shufrës, telit, derdhjes gjejnë aplikime në tregjet industriale, të hapësirës ajrore, rekreative dhe në zhvillim. Pluhur titani përdoret në piroteknikë si burim i grimcave të ndezura që digjen.

Për shkak se lidhjet e titanit kanë një raport të lartë të rezistencës në tërheqje ndaj densitetit, rezistencë të lartë ndaj korrozionit, rezistencë ndaj lodhjes, rezistencë të lartë ndaj plasaritjes dhe aftësi mesatare të temperaturës së lartë, ato përdoren në avionë, forca të blinduara, anije detare, anije kozmike dhe raketa.

Për këto aplikime, titani është i lidhur me alumin, zirkon, nikel, vanadium dhe elementë të tjerë për të prodhuar një sërë komponentësh duke përfshirë elementët strukturorë kritikë, muret e zjarrit, pajisjet e uljes, tubat e shkarkimit (helikopterët) dhe sistemet hidraulike. Në fakt, rreth dy të tretat e metalit të titanit të prodhuar përdoret në motorët dhe kornizat e avionëve.

Meqenëse lidhjet e titanit janë rezistente ndaj korrozionit uji i detit, ato përdoren për të bërë boshte helikash, pajisje për shkëmbyesit e nxehtësisë, etj. Këto lidhje përdoren në strehëzat dhe komponentët e pajisjeve të vëzhgimit dhe monitorimit të oqeanit për shkencën dhe ushtrinë.

Lidhjet specifike aplikohen në puset dhe puset e naftës dhe hidrometalurgjinë e nikelit për forcën e tyre të lartë. Industria e pulpës dhe letrës përdor titan në pajisjet e procesit të ekspozuara ndaj mjediseve të ashpra si hipokloriti i natriumit ose gazi i klorit të lagësht (në zbardhjen). Aplikime të tjera përfshijnë saldimin me ultratinguj, saldimin me valë.

Përveç kësaj, këto lidhje përdoren në automobila, veçanërisht në garat e automobilave dhe motoçikletave, ku pesha e ulët, forca e lartë dhe ngurtësia janë thelbësore.

Titani përdoret në shumë mallra sportive: raketa tenisi, shkopinj golfi, rula lakros; helmeta kriket, hokej, lakros dhe futbolli, si dhe korniza dhe komponentë biçikletash.

Për shkak të qëndrueshmërisë së tij, titani është bërë më popullor për bizhuteritë e stilistëve (veçanërisht unazat e titanit). Inertiteti i tij e bën atë një zgjedhje të mirë për njerëzit me alergji ose ata që do të veshin bizhuteri në ambiente të tilla si pishina. Titani është gjithashtu i lidhur me ar për të prodhuar një aliazh që mund të shitet si ar 24 karat sepse 1% Ti i aliazhuar nuk mjafton për të kërkuar një shkallë më të ulët. Lidhja që rezulton është rreth fortësisë së arit 14 karat dhe është më e fortë se ari i pastër 24 karatësh.

Masat paraprake

Titani është jo toksik edhe në doza të larta. Në formë pluhuri ose si copa metalike, ai paraqet një rrezik serioz zjarri dhe, nëse nxehet në ajër, një rrezik shpërthimi.

Vetitë dhe aplikimet e lidhjeve të titaniumit

Më poshtë është një pasqyrë e lidhjeve të titanit që hasen më shpesh, të cilat ndahen në klasa, vetitë e tyre, avantazhet dhe aplikimet industriale.

klasa e 7-të

Klasa 7 është mekanikisht dhe fizikisht ekuivalente me titanin e pastër të klasës 2, me përjashtim të shtimit të një elementi të ndërmjetëm të paladiumit, duke e bërë atë një aliazh. Ka saldueshmëri dhe elasticitet të shkëlqyeshëm, rezistencën më të madhe ndaj korrozionit nga të gjitha lidhjet e këtij lloji.

Klasa 7 përdoret në proceset kimike dhe në prodhimin e komponentëve të pajisjeve.

Klasa 11

Klasa 11 është shumë e ngjashme me klasën 1, me përjashtim të shtimit të paladiumit për të përmirësuar rezistencën ndaj korrozionit, duke e bërë atë një aliazh.

Të tjera veçoritë e dobishme përfshijnë duktilitetin optimal, forcën, qëndrueshmërinë dhe saldueshmërinë e shkëlqyer. Kjo aliazh mund të përdoret veçanërisht në aplikimet ku korrozioni është një problem:

  • përpunimi kimik;
  • prodhimi i klorureve;
  • shkripëzimi;
  • aplikimet detare.

Ti 6Al-4V klasa 5

Aliazhi Ti 6Al-4V, ose titani i klasës 5, është më i përdoruri. Ai përbën 50% të konsumit total të titanit në mbarë botën.

Lehtësia e përdorimit qëndron në përfitimet e tij të shumta. Ti 6Al-4V mund të trajtohet me nxehtësi për të rritur forcën e tij. Kjo aliazh ka forcë të lartë në peshë të ulët.

Kjo është aliazhi më i mirë për t'u përdorur në disa industri të tilla si industria e hapësirës ajrore, mjekësore, detare dhe përpunimi kimik. Mund të përdoret për të krijuar:

  • turbinat e aviacionit;
  • komponentët e motorit;
  • elementet strukturore të avionit;
  • mbërthyes për hapësirën ajrore;
  • pjesë automatike me performancë të lartë;
  • pajisje sportive.

Ti 6AL-4V ELI klasi 23

Klasa 23 - titan kirurgjik. Ti 6AL-4V ELI, ose Grade 23, është një version me pastërti më të lartë të Ti 6Al-4V. Mund të bëhet nga rrotulla, fije, tela ose tela të sheshtë. Është zgjidhja më e mirë për çdo situatë ku kërkohet një kombinim i forcës së lartë, peshës së ulët, rezistencës së mirë ndaj korrozionit dhe rezistencës së lartë. Ka rezistencë të shkëlqyer ndaj dëmtimit.

Mund të përdoret në aplikime biomjekësore siç janë komponentët e implantueshëm për shkak të biokompatibilitetit, forcës së mirë të lodhjes. Mund të përdoret gjithashtu në procedurat kirurgjikale për të fabrikuar këto konstruksione:

  • kunja dhe vida ortopedike;
  • kapëse për ligaturë;
  • kapëse kirurgjikale;
  • burime;
  • aparate ortodontike;
  • enët kriogjenike;
  • pajisje për fiksimin e kockave.

Klasa 12

Titani i klasës 12 ka saldim të shkëlqyeshëm me cilësi të lartë. Është një aliazh me forcë të lartë që siguron forcë të mirë në temperatura të larta. Titani i klasës 12 ka karakteristika të ngjashme me çeliqet inox të serisë 300.

Aftësia e tij për t'u formuar në mënyra të ndryshme e bën atë të dobishëm në shumë aplikacione. Rezistenca e lartë ndaj korrozionit të kësaj lidhjeje e bën atë të paçmuar edhe për pajisjet e prodhimit. Klasa 12 mund të përdoret në industritë e mëposhtme:

  • këmbyesit e nxehtësisë;
  • aplikime hidrometalurgjike;
  • prodhimi kimik me temperaturë e ngritur;
  • komponentët e detit dhe ajrit.

Ti5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2.5Sn është një aliazh që mund të sigurojë saldim të mirë me stabilitet. Gjithashtu ka qëndrueshmëri të lartë të temperaturës dhe forcë të lartë.

Ti 5Al-2.5Sn përdoret kryesisht në industrinë e aviacionit, si dhe në instalimet kriogjenike.

Në sistemin periodik, elementi kimik titan caktohet si Ti (Titanium) dhe ndodhet në një nëngrup anësor të grupit IV, në periudhën 4 nën numrin atomik 22. Është një metal i ngurtë i bardhë argjendi që bën pjesë në një numër i madh minerale. Ju mund të blini titan në faqen tonë të internetit.

Titani u zbulua në fund të shekullit të 18-të nga kimistët nga Anglia dhe Gjermania, William Gregor dhe Martin Klaproth, të pavarur nga njëri-tjetri me një diferencë gjashtëvjeçare. Ishte Martin Klaproth ai që i dha emrin elementit për nder të personazheve të lashtë grekë të titanëve (krijesa të mëdha, të forta, të pavdekshme). Siç doli, emri u bë profetik, por njerëzimit iu deshën edhe më shumë se 150 vjet për t'u njohur me të gjitha vetitë e titanit. Vetëm tre dekada më vonë, u mor kampioni i parë i metalit të titanit. Në atë kohë, praktikisht nuk u përdor për shkak të brishtësisë së tij. Në vitin 1925, pas një sërë eksperimentesh, kimistët Van Arkel dhe De Boer morën titan të pastër duke përdorur metodën e jodidit.

Për shkak të vetive të vlefshme të metalit, inxhinierët dhe projektuesit tërhoqën menjëherë vëmendjen ndaj tij. Ishte një zbulim i vërtetë. Në vitin 1940, Kroll zhvilloi një metodë magnezi-termike për marrjen e titanit nga xeherori. Kjo metodë është ende aktuale sot.

Vetitë fizike dhe mekanike

Titani është një metal mjaft zjarrdurues. Pika e shkrirjes së saj është 1668±3°C. Sipas këtij treguesi, është inferior ndaj metaleve të tilla si tantal, tungsten, renium, niob, molibden, tantal, zirkon. Titani është një metal paramagnetik. Në një fushë magnetike, ajo nuk magnetizohet, por nuk shtyhet jashtë saj. Foto 2
Titani ka një densitet të ulët (4,5 g/cm³) dhe forcë të lartë (deri në 140 kg/mm²). Këto veti praktikisht nuk ndryshojnë në temperatura të larta. Është më shumë se 1,5 herë më i rëndë se alumini (2,7 g/cm³), por 1,5 herë më i lehtë se hekuri (7,8 g/cm³). Për sa i përket vetive mekanike, titani është shumë më i lartë se këto metale. Për sa i përket forcës, titani dhe lidhjet e tij janë në të njëjtin nivel me shumë lloje çeliku të lidhur.

Për sa i përket rezistencës ndaj korrozionit, titani nuk është inferior ndaj platinit. Metali ka rezistencë të shkëlqyer ndaj kushteve të kavitacionit. Flluskat e ajrit të formuara në një medium të lëngshëm gjatë lëvizjes aktive të një pjese titani praktikisht nuk e shkatërrojnë atë.

Është një metal i qëndrueshëm që mund t'i rezistojë thyerjeve dhe deformimeve plastike. Është 12 herë më i fortë se alumini dhe 4 herë më i fortë se bakri dhe hekuri. Një tregues tjetër i rëndësishëm është forca e rendimentit. Me një rritje të këtij treguesi, rezistenca e pjesëve të titanit ndaj ngarkesave operacionale përmirësohet.

Në lidhjet me metale të caktuara (veçanërisht nikel dhe hidrogjen), titani është në gjendje të "kujtojë" formën e produktit të krijuar në një temperaturë të caktuar. Një produkt i tillë më pas mund të deformohet dhe do ta mbajë këtë pozicion për një kohë të gjatë. Nëse produkti nxehet në temperaturën në të cilën është bërë, atëherë produkti do të marrë formën e tij origjinale. Kjo pronë quhet "memorie".

Përçueshmëria termike e titanit është relativisht e ulët dhe koeficienti i zgjerimit linear, përkatësisht, gjithashtu. Nga kjo rezulton se metali është një përcjellës i dobët i energjisë elektrike dhe nxehtësisë. Por në temperatura të ulëta, ai është një superpërçues i energjisë elektrike, i cili i lejon atij të transmetojë energji në distanca të konsiderueshme. Titani gjithashtu ka një rezistencë të lartë elektrike.
Metali i pastër i titanit i nënshtrohet llojeve të ndryshme të përpunimit të ftohtë dhe të nxehtë. Mund të vizatohet dhe të bëhet tela, të farkëtohet, të rrotullohet në shirita, fletë dhe fletë me trashësi deri në 0,01 mm. Llojet e mëposhtme të produkteve të mbështjellë janë bërë nga titani: shirit titani, tel titani, tuba titani, tufa titani, rreth titani, bar titani.

Vetitë kimike

Titani i pastër është një element reaktiv. Për shkak të faktit se një film i dendur mbrojtës është formuar në sipërfaqen e tij, metali është shumë rezistent ndaj korrozionit. Nuk i nënshtrohet oksidimit në ajër, në ujin e kripur të detit, nuk ndryshon në shumë mjedise kimike agresive (për shembull: acid nitrik i holluar dhe i koncentruar, aqua regia). Në temperatura të larta, titani ndërvepron me reagentët shumë më aktivisht. Ndezet në ajër në temperaturën 1200°C. Kur ndizet, metali lëshon një shkëlqim të ndritshëm. Një reagim aktiv ndodh edhe me azotin, me formimin e një filmi nitridi të verdhë-kafe në sipërfaqen e titanit.

Reaksionet me acidet klorhidrik dhe sulfurik në temperaturën e dhomës janë të dobëta, por kur nxehet, metali shpërndahet fuqishëm. Si rezultat i reaksionit, formohen kloride dhe monosulfate më të ulëta. Ndodhin gjithashtu ndërveprime të dobëta me acidet fosforike dhe nitrik. Metali reagon me halogjenet. Reagimi me klorin ndodh në 300°C.
Reagimi aktiv me hidrogjen vazhdon në një temperaturë pak mbi temperaturën e dhomës. Titani thith në mënyrë aktive hidrogjenin. 1 g titan mund të thithë deri në 400 cm³ hidrogjen. Metali i ndezur dekompozon dioksidin e karbonit dhe avujt e ujit. Ndërveprimi me avujt e ujit ndodh në temperatura mbi 800°C. Si rezultat i reaksionit, formohet oksidi i metalit dhe hidrogjeni largohet. Në temperatura më të larta, titani i nxehtë thithet dioksid karboni dhe formon karbit dhe oksid.

Se si të merrni

Titani është një nga elementët më të zakonshëm në Tokë. Përmbajtja e tij në zorrët e planetit në masë është 0.57%. Përqendrimi më i lartë i metalit vërehet në "lëvozhgën e bazaltit" (0.9%), në shkëmbinjtë granitikë (0.23%) dhe në shkëmbinjtë ultrabazikë (0.03%). Ka rreth 70 minerale titani që e përmbajnë atë në formën e acidit titanik ose dioksidit. Mineralet kryesore të xeheve të titanit janë: ilmeniti, anataza, rutili, brookiti, lopariti, leukokseni, perovskiti dhe sfeni. Prodhuesit kryesorë botërorë të titanit janë Britania e Madhe, SHBA, Franca, Japonia, Kanadaja, Italia, Spanja dhe Belgjika.
Ka disa mënyra për të marrë titan. Të gjitha ato zbatohen në praktikë dhe janë mjaft efektive.

1. Procesi termik i magnezit.

Xherori që përmban titan nxirret dhe përpunohet në dioksid, i cili ngadalë dhe në temperatura shumë të larta i nënshtrohet klorinimit. Klorifikimi kryhet në një mjedis karboni. Kloruri i titanit i formuar si rezultat i reaksionit më pas reduktohet me magnez. Metali që rezulton nxehet në një pajisje vakum në një temperaturë të lartë. Si rezultat, magnezi dhe kloruri i magnezit avullojnë, duke lënë titanin me shumë pore dhe zbrazëtira. Titani sfungjer shkrihet për të prodhuar metal me cilësi të lartë.

2. Metoda hidride-kalcium.

Fillimisht përftohet hidridi i titanit dhe më pas ndahet në përbërës: titan dhe hidrogjen. Procesi zhvillohet në një hapësirë ​​pa ajër në temperaturë të lartë. Formohet oksid kalciumi, i cili lahet me acide të dobëta.
Hidridi i kalciumit dhe metodat termike të magnezit përdoren zakonisht në shkallë industriale. Këto metoda bëjnë të mundur marrjen e një sasie të konsiderueshme titani në një periudhë të shkurtër kohore, me kosto minimale monetare.

3. Metoda e elektrolizës.

Kloruri ose dioksidi i titanit është i ekspozuar ndaj një rryme të lartë. Si rezultat, komponimet dekompozohen.

4. Metoda e jodit.

Dioksidi i titanit ndërvepron me avujt e jodit. Më pas, jodidi i titanit ekspozohet ndaj temperaturës së lartë, duke rezultuar në titan. Kjo metodë është më efikase, por edhe më e shtrenjta. Titani është me pastërti shumë të lartë pa papastërti dhe aditivë.

Aplikimi i titanit

Për shkak të vetive të mira kundër korrozionit, titani përdoret për prodhimin e pajisjeve kimike. Rezistenca e lartë ndaj nxehtësisë së metalit dhe lidhjeve të tij kontribuon në përdorimin në teknologjinë moderne. Lidhjet e titanit janë një material i shkëlqyer për aeroplanët, raketat dhe ndërtimin e anijeve.

Monumentet janë bërë nga titani. Dhe këmbanat e bëra nga ky metal shquhen për tingullin e tyre të jashtëzakonshëm dhe shumë të bukur. Dioksidi i titanit është një përbërës i disa ilaçeve, për shembull: pomada kundër sëmundjeve të lëkurës. Përbërjet metalike me nikel, alumin dhe karbon janë gjithashtu në kërkesë të madhe.

Titani dhe lidhjet e tij kanë gjetur aplikime në kimikatet dhe Industria ushqimore, metalurgji me ngjyra, elektronikë, teknologji bërthamore, inxhinieri energjetike, elektroplating. Armët, pllakat e blinduara, instrumentet dhe implantet kirurgjikale, sistemet e ujitjes, pajisjet sportive dhe madje edhe bizhuteri janë bërë nga titani dhe lidhjet e tij. Në procesin e nitridimit, në sipërfaqen e metalit formohet një film i artë, i cili nuk është inferior në bukuri as ndaj arit të vërtetë.