Milele, ya ajabu, ya ulimwengu, nyenzo za siku zijazo - epithets hizi zote na nyingine nyingi zimetolewa kwa titani katika vyanzo mbalimbali. Historia ya ugunduzi wa chuma hiki haikuwa ndogo: wakati huo huo, wanasayansi kadhaa walifanya kazi ya kutenganisha kipengele katika fomu yake safi. Mchakato wa kujifunza mali ya kimwili, kemikali na kuamua maeneo ya maombi yake haijakamilika hadi sasa. Titanium ni chuma cha siku zijazo, nafasi yake katika maisha ya mwanadamu bado haijabainishwa, jambo ambalo linawapa watafiti wa kisasa wigo mkubwa wa ubunifu na utafiti wa kisayansi.
Tabia
Kipengele cha kemikali cha titanium (Titanium) kinaonyeshwa katika jedwali la upimaji la D. I. Mendeleev kwa ishara Ti. Iko katika kikundi cha pili cha kikundi cha IV cha kipindi cha nne na ina nambari ya serial 22. Dutu rahisi ya titani ni chuma nyeupe-fedha, mwanga na kudumu. Usanidi wa kielektroniki wa atomi una muundo ufuatao: +22)2)8)10)2, 1S22S22P 6 3S23P63d24S 2. Ipasavyo, titani ina majimbo kadhaa ya oxidation: 2,3, 4, katika misombo thabiti zaidi ni tetravalent.
Titanium - aloi au chuma?
Swali hili linawavutia wengi. Mnamo 1910, mwanakemia wa Amerika Hunter alipata titani safi ya kwanza. Chuma kilikuwa na 1% tu ya uchafu, lakini wakati huo huo, kiasi chake kiligeuka kuwa kidogo na haikufanya iwezekanavyo kujifunza zaidi mali zake. Plastiki ya dutu iliyopatikana ilipatikana tu chini ya ushawishi wa joto la juu; chini ya hali ya kawaida (joto la kawaida), sampuli ilikuwa tete sana. Kwa kweli, kipengele hiki hakikuwavutia wanasayansi, kwani matarajio ya matumizi yake yalionekana kuwa ya uhakika sana. Ugumu wa kupata na utafiti ulipunguza zaidi uwezekano wa matumizi yake. Mnamo 1925 tu, wanakemia kutoka Uholanzi I. de Boer na A. Van Arkel walipokea chuma cha titan, mali ambayo ilivutia tahadhari ya wahandisi na wabunifu duniani kote. Historia ya utafiti wa kipengele hiki huanza mwaka wa 1790, hasa wakati huu, sambamba, kwa kujitegemea, wanasayansi wawili hugundua titani kama kipengele cha kemikali. Kila mmoja wao hupokea kiwanja (oksidi) ya dutu, kushindwa kutenganisha chuma katika fomu yake safi. Mvumbuzi wa titanium ni mtawa wa Kiingereza William Gregor. Katika eneo la parokia yake, iliyoko kusini-magharibi mwa Uingereza, mwanasayansi huyo mchanga alianza kusoma mchanga mweusi wa Bonde la Menaken. Matokeo ya majaribio na sumaku ilikuwa kutolewa kwa nafaka zenye shiny, ambazo zilikuwa kiwanja cha titani. Wakati huo huo huko Ujerumani, duka la dawa Martin Heinrich Klaproth alitenga dutu mpya kutoka kwa madinirutile. Mnamo 1797, pia alithibitisha kuwa vitu vilivyofunguliwa kwa usawa vinafanana. Titanium dioxide imekuwa siri kwa wanakemia wengi kwa zaidi ya karne moja, na hata Berzelius hakuweza kupata chuma safi. Teknolojia za hivi karibuni za karne ya 20 ziliharakisha kwa kiasi kikubwa mchakato wa kusoma kipengele kilichotajwa na kuamua maelekezo ya awali ya matumizi yake. Wakati huo huo, upeo wa maombi ni kupanua daima. Ugumu tu wa mchakato wa kupata dutu kama vile titani safi unaweza kupunguza upeo wake. Bei ya aloi na chuma ni ya juu kabisa, kwa hivyo leo haiwezi kuchukua nafasi ya chuma cha asili na alumini.
Asili ya jina
Menakin - jina la kwanza la titanium, ambalo lilitumika hadi 1795. Hivyo ndivyo, kwa ushirikiano wa kimaeneo, W. Gregor aliita kipengele kipya. Martin Klaproth anatoa kipengele hicho jina "titanium" mnamo 1797. Kwa wakati huu, wenzake wa Kifaransa, wakiongozwa na mwanakemia mwenye sifa nzuri A. L. Lavoisier, walipendekeza kutaja vitu vipya vilivyogunduliwa kwa mujibu wa mali zao za msingi. Mwanasayansi wa Ujerumani hakukubaliana na njia hii, aliamini kabisa kwamba katika hatua ya ugunduzi ni ngumu sana kuamua sifa zote za asili ya dutu na kuzionyesha kwa jina. Hata hivyo, inapaswa kutambuliwa kwamba neno intuitively iliyochaguliwa na Klaproth inalingana kikamilifu na chuma - hii imesisitizwa mara kwa mara na wanasayansi wa kisasa. Kuna nadharia mbili kuu za asili ya jina titanium. Chuma hicho kinaweza kuteuliwa hivyo kwa heshima ya malkia wa kumi na moja Titania(tabia ya mythology ya Kijerumani). Jina hili linaashiria wepesi na nguvu ya dutu hii. Wanasayansi wengi wana mwelekeo wa kutumia toleo la matumizi ya mythology ya kale ya Kigiriki, ambayo wana wenye nguvu wa mungu wa dunia Gaia waliitwa titans. Jina la kipengele kilichogunduliwa hapo awali, uranium, pia hupendelea toleo hili.
Kuwa katika asili
Kati ya metali ambazo kitaalamu zina thamani kwa binadamu, titanium ni ya nne kwa wingi katika ukoko wa dunia. Tu chuma, magnesiamu na alumini ni sifa ya asilimia kubwa katika asili. Maudhui ya juu ya titani yanajulikana katika shell ya bas alt, kidogo kidogo katika safu ya granite. Katika maji ya bahari, maudhui ya dutu hii ni ya chini - takriban 0.001 mg / l. Kipengele cha kemikali titani ni kazi kabisa, hivyo haiwezi kupatikana katika fomu yake safi. Mara nyingi, iko katika misombo na oksijeni, wakati ina valency ya nne. Idadi ya madini yenye titanium inatofautiana kutoka 63 hadi 75 (katika vyanzo mbalimbali), wakati katika hatua ya sasa ya utafiti, wanasayansi wanaendelea kugundua aina mpya za misombo yake. Kwa matumizi ya vitendo, madini yafuatayo yana umuhimu mkubwa:
- Ilmenite (FeTiO3).
- Rutile (TiO2).
- Titanit (CaTiSiO5).
- Perovskite (CaTiO3).
- Titanomagnetite (FeTiO3+Fe3O4) n.k.
).
).
).
Madini yote yaliyopo yenye titanium yamegawanywa kuwaalluvial na msingi. Kipengele hiki ni mhamiaji dhaifu, anaweza kusafiri tu kwa namna ya vipande vya miamba au kusonga miamba ya chini ya silty. Katika biosphere, kiasi kikubwa zaidi cha titani kinapatikana katika mwani. Katika wawakilishi wa wanyama wa dunia, kipengele hujilimbikiza kwenye tishu za pembe, nywele. Mwili wa binadamu una sifa ya kuwepo kwa titanium kwenye wengu, tezi za adrenal, placenta, tezi ya tezi.
Tabia za kimwili
Titanium ni metali isiyo na feri yenye rangi ya silvery-nyeupe inayofanana na chuma. Katika halijoto ya 0 0C, msongamano wake ni 4.517 g/cm3. Dutu hii ina mvuto wa chini maalum, ambayo ni ya kawaida kwa metali za alkali (cadmium, sodiamu, lithiamu, cesium). Kwa upande wa msongamano, titani inachukua nafasi ya kati kati ya chuma na alumini, wakati utendaji wake ni wa juu kuliko ule wa vipengele vyote viwili. Mali kuu ya metali ambayo huzingatiwa wakati wa kuamua upeo wa maombi yao ni nguvu ya mavuno na ugumu. Titanium ina nguvu mara 12 kuliko alumini, nguvu mara 4 kuliko chuma na shaba, wakati ni nyepesi zaidi. Plastiki ya dutu safi na nguvu yake ya mavuno hufanya iwezekanavyo kusindika kwa joto la chini na la juu, kama ilivyo kwa metali nyingine, yaani, kwa riveting, forging, kulehemu, rolling. Sifa bainifu ya titani ni uwekaji wake wa chini wa mafuta na umeme, ilhali sifa hizi huhifadhiwa kwenye halijoto ya juu, hadi 500 0С. Katika uwanja wa magnetic, titani ni kipengele cha paramagnetic, haifanyihuvutwa kama chuma, wala halisukumizwi nje kama shaba. Utendaji wa juu sana wa kupambana na kutu katika mazingira ya fujo na chini ya dhiki ya mitambo ni ya kipekee. Zaidi ya miaka 10 ya kuwa katika maji ya bahari haikubadilisha kuonekana na muundo wa sahani ya titani. Chuma katika kesi hii itaharibiwa kabisa na kutu.
Sifa za Thermodynamic za titani
- Uzito (chini ya hali ya kawaida) ni 4.54g/cm3.
- Nambari ya atomiki ni 22.
- Kundi la chuma - kinzani, nyepesi.
- Uzito wa atomiki wa titani ni 47.0.
- Kiwango cha mchemko (0С) - 3260.
- Kiwango cha molar cm3/mol – 10, 6.
- Kiwango myeyuko wa Titanium (0С) - 1668.
- Joto mahususi la mvuke (kJ/mol) - 422, 6.
- Ukinzani wa umeme (saa 20 0С) Ohmcm10-6 – 45.
Sifa za kemikali
Kuongezeka kwa upinzani wa kutu wa kipengele kunatokana na uundaji wa filamu ndogo ya oksidi kwenye uso. Inazuia (chini ya hali ya kawaida) athari za kemikali na gesi (oksijeni, hidrojeni) katika angahewa inayozunguka ya kipengele kama vile chuma cha titani. Mali yake hubadilika chini ya ushawishi wa joto. Inapopanda hadi 600 0С, mmenyuko wa mwingiliano na oksijeni hutokea, na kusababisha kufanyika kwa oksidi ya titan (TiO2). Katika kesi ya kunyonya kwa gesi za anga, misombo ya brittle huundwa ambayo haina matumizi ya vitendo, ndiyo sababu kulehemu na kuyeyuka kwa titani hufanyika chini ya hali ya utupu. majibu yanayoweza kugeuzwani mchakato wa kufutwa kwa hidrojeni katika chuma, hutokea kikamilifu zaidi na ongezeko la joto (kutoka 400 0С na zaidi). Titanium, hasa chembe zake ndogo (sahani nyembamba au waya), huwaka katika anga ya nitrojeni. Mwitikio wa kemikali wa mwingiliano unawezekana tu kwa joto la 700 0С, na kusababisha kufanyika kwa nitridi ya TiN. Huunda aloi ngumu sana na metali nyingi, mara nyingi kama sehemu ya aloi. Humenyuka na halojeni (chromium, bromini, iodini) tu mbele ya kichocheo (joto la juu) na chini ya kuingiliana na dutu kavu. Katika kesi hii, aloi za kinzani ngumu sana huundwa. Pamoja na miyeyusho ya alkali na asidi nyingi, titani haifanyi kazi kwa kemikali, isipokuwa sulfuriki iliyokolea (pamoja na kuchemsha kwa muda mrefu), haidrofloriki, kikaboni moto (formic, oxalic).
Amana
Ore za Ilmenite ndizo zinazojulikana zaidi kwa asili - hifadhi zao zinakadiriwa kuwa tani milioni 800. Amana za amana za rutile ni za kawaida zaidi, lakini jumla ya kiasi - wakati wa kudumisha ukuaji wa uzalishaji - inapaswa kuwapa wanadamu kwa miaka 120 ijayo na chuma kama vile titani. Bei ya bidhaa ya kumaliza itategemea mahitaji na ongezeko la kiwango cha utengenezaji, lakini kwa wastani inatofautiana katika aina mbalimbali kutoka kwa rubles 1200 hadi 1800 / kg. Katika hali ya uboreshaji wa kiufundi wa mara kwa mara, gharama ya michakato yote ya uzalishaji imepunguzwa sana na kisasa chao cha wakati. Uchina na Urusi zina akiba kubwa zaidi ya madini ya titani, pamoja na madiniJapan, Afrika Kusini, Australia, Kazakhstan, India, Korea Kusini, Ukraine, Ceylon wana msingi wa malighafi. Amana hutofautiana kwa kiasi cha uzalishaji na asilimia ya titani katika ore, uchunguzi wa kijiolojia unaendelea, ambayo inafanya uwezekano wa kudhani kupungua kwa thamani ya soko ya chuma na matumizi yake pana. Urusi ndio mzalishaji mkubwa zaidi wa titani.
Pokea
Kwa utengenezaji wa titani, dioksidi ya titan hutumiwa mara nyingi, iliyo na kiwango cha chini cha uchafu. Inapatikana kwa uboreshaji wa mkusanyiko wa ilmenite au madini ya rutile. Katika tanuru ya arc ya umeme, matibabu ya joto ya ore hufanyika, ambayo yanafuatana na mgawanyiko wa chuma na uundaji wa slag yenye oksidi ya titani. Njia ya sulfate au kloridi hutumiwa kusindika sehemu isiyo na chuma. Titanium oxide ni poda ya kijivu (tazama picha). Madini ya titanium hupatikana kwa uchakataji wake kwa awamu.
Awamu ya kwanza ni mchakato wa kuweka slag na koka na kukaribiana na mvuke wa klorini. TiCl4 hupunguzwa kwa magnesiamu au sodiamu inapokabiliwa na halijoto ya 850 0C. Sifongo ya titani (wingi wa porous fused), iliyopatikana kama matokeo ya mmenyuko wa kemikali, husafishwa au kuyeyuka ndani ya ingots. Kulingana na mwelekeo zaidi wa matumizi, aloi au chuma safi huundwa (uchafu huondolewa kwa kupokanzwa hadi 1000 0С). Kwa ajili ya uzalishaji wa dutu yenye maudhui ya uchafu wa 0.01%, njia ya iodidi hutumiwa. Inategemea mchakatouvukizi kutoka kwa sifongo cha titani kilichotibiwa awali na halojeni, mivuke yake.
Maeneo ya maombi
Kiwango cha kuyeyuka cha titani ni cha juu kabisa, ambacho, kwa kuzingatia wepesi wa chuma, ni faida kubwa ya kuitumia kama nyenzo ya muundo. Kwa hivyo, hupata matumizi makubwa zaidi katika ujenzi wa meli, tasnia ya anga, utengenezaji wa roketi, na tasnia ya kemikali. Titanium hutumiwa mara nyingi kama kiongeza cha aloi katika aloi anuwai, ambazo zimeongeza ugumu na sifa za upinzani wa joto. Sifa za juu za kuzuia kutu na uwezo wa kuhimili mazingira yenye fujo hufanya chuma hiki kuwa muhimu kwa tasnia ya kemikali. Titanium (aloi zake) hutumiwa kutengeneza mabomba, mizinga, vali, vichungi vinavyotumika katika kunereka na usafirishaji wa asidi na vitu vingine vyenye kemikali. Inahitajika wakati wa kuunda vifaa vinavyofanya kazi katika hali ya viashiria vya joto vilivyoinuliwa. Misombo ya Titanium hutumiwa kutengeneza zana za kudumu za kukata, rangi, plastiki na karatasi, vyombo vya upasuaji, vipandikizi, vito vya mapambo, vifaa vya kumaliza, na hutumiwa katika tasnia ya chakula. Maelekezo yote ni vigumu kuelezea. Dawa ya kisasa, kutokana na usalama kamili wa kibiolojia, mara nyingi hutumia chuma cha titani. Bei ndio sababu pekee ambayo hadi sasa inathiri upana wa matumizi ya kipengele hiki. Ni sawa kusema kwamba titani ni nyenzo ya siku zijazo, kwa kusoma ambayo ubinadamu utapitakwa hatua mpya ya maendeleo.
