Түбөлүктүү, сырдуу, космостук, келечектин материалы - мунун баары жана башка көптөгөн эпитеттер ар кандай булактарда титанга берилген. Бул металлдын ачылышынын тарыхы анча деле маанилүү болгон эмес: ошол эле учурда бир нече окумуштуулар элементти таза түрүндө бөлүп алуу боюнча иштешкен. Физикалык, химиялык касиеттерин изилдөө жана аны колдонуу аймактарын аныктоо процесси ушул күнгө чейин бүтө элек. Титан - келечектин металлы, анын адам жашоосундагы орду азырынча биротоло аныктала элек, бул заманбап изилдөөчүлөргө чыгармачылык жана илимий изилдөөлөр үчүн чоң мүмкүнчүлүк берет.
Мүнөздөмө
Титандын химиялык элементи (титан) Д. И. Менделеевдин мезгилдик системасында Ti белгиси менен көрсөтүлгөн. Ал төртүнчү мезгилдин IV группасынын экинчилик подгруппасында жайгашкан жана № 22. Жөнөкөй зат титан ак күмүш түстөгү металл, жеңил жана бышык. Атомдун электрондук конфигурациясы төмөнкүдөй түзүлүшкө ээ: +22)2)8)10)2, 1S22S22P 6 3S23P63d24S 2. Демек, титан бир нече мүмкүн болгон кычкылдануу абалына ээ: 2,3, 4, эң туруктуу кошулмаларда ал тетраваленттүү.
Титан - эритмеби же металлбы?
Бул суроо көпчүлүктү кызыктырат. 1910-жылы америкалык химик Хантер биринчи таза титанды алган. Металлдын курамында 1% гана аралашмалар бар, бирок ошол эле учурда анын көлөмү анча деле эмес болуп чыкты жана анын касиеттерин андан ары изилдөөгө мүмкүндүк берген жок. Алынган заттын пластикалуулугу жогорку температуранын таасири астында гана жетишилген, нормалдуу шарттарда (бөлмө температурасы) үлгү өтө морт болгон. Чынында, бул элемент окумуштууларды кызыктырган жок, анткени аны колдонуунун келечеги өтө белгисиз болуп көрүнгөн. Алуунун жана изилдөөнүн татаалдыгы аны колдонуунун мүмкүнчүлүктөрүн андан ары кыскартты. 1925-жылы гана Голландиядан келген химиктер И.де Бур жана А. Ван Аркель титан металлын алышкан, анын касиеттери дүйнө жүзүндөгү инженерлердин жана конструкторлордун көңүлүн бурган. Бул элементтин изилдөө тарыхы 1790-жылы башталат, дал ушул убакта, параллелдүү, бири-биринен көз карандысыз, эки илимпоз титанды химиялык элемент катары ачышат. Алардын ар бири металлды таза түрүндө бөлүп албай, бир заттын кошулмасын (оксиди) алат. Титанды ачкан англиялык минералог монах Уильям Грегор. Англиянын түштүк-батыш бөлүгүндө жайгашкан өзүнүн приходунун аймагында жаш илимпоз Менакен өрөөнүнүн кара кумун изилдей баштаган. Магнит менен жасалган эксперименттердин натыйжасы титан кошулмасы болгон жалтырак бүртүктөрдүн чыгышы болду. Ошол эле учурда Германияда химик Мартин Генрих Клапрот минералдан жаңы зат бөлүп алган.рутил. 1797-жылы параллелдүү ачылган элементтердин окшош экенин да далилдеген. Титандын диоксиди көптөгөн химиктер үчүн бир кылымдан ашык сыр болуп келген, ал тургай Берцелиус таза металлды ала алган эмес. 20-кылымдын акыркы технологиялары аталган элементти изилдөө процессин кыйла тездетип, аны колдонуунун алгачкы багыттарын аныктады. Ошол эле учурда, колдонуу чөйрөсү дайыма кеңейүүдө. Таза титан сыяктуу затты алуу процессинин татаалдыгы гана анын масштабын чектей алат. Эритмелер менен металлдын баасы кыйла жогору, андыктан бүгүнкү күндө ал салттуу темир менен алюминийди алмаштыра албайт.
Аттын келип чыгышы
Менакин - титандын биринчи аты, ал 1795-жылга чейин колдонулган. Аймактык тиешелүүлүгү боюнча В. Грегор жаңы элементти ушинтип атаган. Мартин Клапрот 1797-жылы элементке "титан" деген ат берген. Бул учурда анын француз кесиптештери, жетишерлик кадыр-барктуу химик А. Л. Лавуазье жаңыдан ачылган заттарды негизги касиеттерине ылайык атоону сунуш кылышкан. Немис окумуштуусу бул ыкма менен макул болгон жок, ал ачылыш стадиясында затка мүнөздүү болгон бардык мүнөздөмөлөрдү аныктоо жана аларды аталышында чагылдыруу кыйла кыйын деп эсептейт. Бирок, бул Клапрот тарабынан интуитивдик түрдө тандалып алынган термин толугу менен металлга дал келерин моюнга алуу керек - бул заманбап окумуштуулар тарабынан бир нече жолу баса белгиленет. Титан аталышынын келип чыгышынын эки негизги теориясы бар. Металл эльф ханышасы Титаниянын урматына ушундай деп аталышы мүмкүн(герман мифологиясынын каарманы). Бул ысым заттын жеңилдигин да, күчүн да билдирет. Көпчүлүк илимпоздор байыркы грек мифологиясын колдонуу версиясын колдонууга ыкташат, анда жердин Гайя кудайынын күчтүү уулдары титандар деп аталган. Мурда ачылган уран элементинин аталышы да бул версияны жактайт.
Табиятта болуу
Адамдар үчүн техникалык жактан баалуу металлдардын ичинен титан жер кыртышында эң көп болгон төртүнчү орунда турат. Бир гана темир, магний жана алюминий табиятта көп пайызы менен мүнөздөлөт. Титандын эң жогорку мазмуну базальттын кабыгында, гранит катмарында бир аз азыраак болот. деңиз суу, бул заттын мазмуну төмөн - болжол менен 0,001 мг / л. Титандын химиялык элементи абдан активдүү, ошондуктан аны таза түрүндө табууга болбойт. Көбүнчө ал кычкылтек менен кошулмаларда болот, ал эми төрт валенттүүлүгү бар. Титан камтыган минералдардын саны 63төн 75ке чейин (ар кандай булактарда) өзгөрөт, ал эми изилдөөлөрдүн азыркы этабында окумуштуулар анын кошулмаларынын жаңы формаларын ачууну улантышууда. Практикалык колдонуу үчүн төмөнкү минералдар эң чоң мааниге ээ:
- Ильменит (FeTiO3).
- Рутил (TiO2).
- Титанит (CaTiSiO5).
- Перовскит (CaTiO3).
- Титаномагнетит (FeTiO3+Fe3O4) ж.б.
Бардык бар болгон титандуу рудалар бөлүнөталлювий жана негизги. Бул элемент алсыз мигрант, ал таш сыныктары же кыймылдуу лай түбүндөгү тектер түрүндө гана жүрө алат. Биосферада титандын эң көп өлчөмү балырларда кездешет. Жер бетиндеги фаунанын өкүлдөрүндө элемент мүйүздүү ткандарда, чачта топтолот. Адамдын денеси көк боордо, бөйрөк үстүндөгү бездерде, плацентада, калкан сымал безде титандын болушу менен мүнөздөлөт.
Физикалык касиеттери
Титан – түстүү металл, түсү болот сыяктуу күмүш-ак. 0 0C температурада анын тыгыздыгы 4,517 г/см3. Зат щелочтуу металлдарга (кадмий, натрий, литий, цезий) мүнөздүү болгон төмөн салыштырма салмакка ээ. Тыгыздыгы боюнча титан темир менен алюминийдин ортосундагы аралык орунду ээлейт, ал эми анын көрсөткүчтөрү эки элементке караганда жогору. Металлдардын колдонулуш чөйрөсүн аныктоодо эске алынуучу негизги касиеттери болуп агымдуулук жана катуулугу саналат. Титан алюминийден 12 эсе, темирден жана жезден 4 эсе күчтүү, бирок бир топ жеңилирээк. Таза заттын пластикалуулугу жана анын агымдуулугу башка металлдардагыдай эле төмөнкү жана жогорку температурада, б.а., кагуу, согуу, ширетүү, прокаттоо жолу менен иштетүүгө мүмкүндүк берет. Титандын айырмалоочу өзгөчөлүгү анын төмөнкү жылуулук жана электр өткөргүчтүгү болуп саналат, ал эми бул касиеттери 500 0С чейин жогорку температурада сакталат. Магниттик талаада титан парамагниттик элемент, бирок андай эместемирдей тартылат, жездей түртүлбөйт. Агрессивдүү чөйрөдө жана механикалык стресстин астында коррозияга каршы өтө жогорку көрсөткүчтөр уникалдуу. Деңиз суусунда болгон 10 жылдан ашык убакыт титан плитасынын көрүнүшүн жана курамын өзгөрткөн жок. Бул учурда темир коррозиядан толугу менен жок болот.
Титандын термодинамикалык касиеттери
- Тығыздык (кадимки шарттарда) 4,54г/см3.
- Атомдук номери 22.
- Металл тобу - отко чыдамдуу, жарык.
- Титандын атомдук массасы 47,0.
- Кайноо температурасы (0С) – 3260.
- Молярдык көлөм см3/моль – 10, 6.
- Титандын эрүү температурасы (0С) – 1668.
- Буулануунун өзгөчө жылуулугу (кДж/моль) – 422, 6.
- Электрдик каршылык (20 0С боюнча) Омсм10-6 – 45.
Химиялык касиеттери
Элементтин коррозияга туруктуулугунун жогорулашы бетинде кичинекей оксид пленкасынын пайда болушуна байланыштуу. Ал (кадимки шарттарда) титан металлы сыяктуу элементтин айланасындагы атмосферада газдар (кычкылтек, суутек) менен химиялык реакциялардын алдын алат. Анын касиеттери температуранын таасири астында өзгөрөт. Ал 600 0С чейин көтөрүлгөндө, кычкылтек менен өз ара аракеттенүү реакциясы пайда болуп, титан оксиди (TiO2) пайда болот. Атмосфералык газдарды сиңирген учурда практикалык колдонулушу жок морт кошулмалар пайда болот, ошондуктан титанды ширетүү жана эритүү вакуумдук шарттарда жүргүзүлөт. кайтарымсыз реакцияметаллдагы суутектин эрүү процесси, ал температуранын жогорулашы менен (400 0С жана андан жогору) активдүү түрдө жүрөт. Титан, өзгөчө анын майда бөлүкчөлөрү (ичке табак же зым), азот атмосферасында күйөт. Өз ара аракеттенүүнүн химиялык реакциясы 700 0С температурада гана мүмкүн, натыйжада TiN нитриди пайда болот. Көптөгөн металлдар менен өтө катуу эритмелерди пайда кылат, көбүнчө эритүүчү элемент катары. Галогендер (хром, бром, йод) менен катализатордун катышуусунда (жогорку температура) гана реакцияга кирет жана кургак зат менен өз ара аракеттенет. Бул учурда өтө катуу отко чыдамдуу эритмелер пайда болот. Көпчүлүк щелочтордун жана кислоталардын эритмелери менен титан химиялык жактан активдүү эмес, концентрацияланган күкүрттүү (узак кайнатуу менен), гидрофторлуу, ысык органикалык (кумурстук, оксалдык) кошпогондо.
Депозиттер
Ильменит рудалары жаратылышта эң кеңири таралган кендер – алардын запасы 800 миллион тоннага бааланат. Рутил кендеринин кендери алда канча жупуну, бирок жалпы көлөмү - өндүрүштүн өсүшүн сактап калуу менен, жакынкы 120 жылда титан сыяктуу металл менен адамзатты камсыз кылууга тийиш. Даяр продукциянын баасы суроо-талапка жана өндүрүш деңгээлинин жогорулашына жараша болот, бирок орточо эсеп менен ал 1200дөн 1800 рублга/кгга чейин өзгөрөт. Техниканы тынымсыз еркундетуунун шарттарында бардык ендуруштук процесстердин езуне турган наркы аларды ез убагында модернизациялоо менен бир кыйла темендетулет. Кытай менен Россияда титан рудаларынын, ошондой эле пайдалуу кендердин эң чоң запастары барЯпониянын, ЮАРдын, Австралиянын, Казакстандын, Индиянын, Туштук Кореянын, Украинанын, Цейлондун сырьё базасы бар. Кендер өндүрүштүн көлөмү жана рудадагы титандын пайызы боюнча айырмаланат, геологиялык изилдөөлөр уланууда, бул металлдын рыноктук наркынын төмөндөшүн жана аны кеңири колдонууну болжолдоого мүмкүндүк берет. Россия титандын эң ири өндүрүүчүсү.
Алуу
Титанды өндүрүү үчүн көбүнчө титандын диоксиди колдонулат, анын курамында кирлердин минималдуу өлчөмү бар. Ильменит концентраттарын же рутил рудаларын байытуудан алынат. Электр дуга мешинде руданы термикалык иштетүү жүрөт, ал темирдин бөлүнүшү жана титан оксиди бар шлактардын пайда болушу менен коштолот. Темирсиз фракцияны иштетүү үчүн сульфат же хлорид ыкмасы колдонулат. Титан оксиди - боз порошок (сүрөттү караңыз). Титан металлы аны этап-этабы менен иштетүү аркылуу алынат.
Биринчи фаза – шлактарды кокс менен агломерациялоо жана хлор буусунун таасири. Натыйжада TiCl4 850 0C температурага дуушар болгондо магний же натрий менен азайтылат. Химиялык реакциянын натыйжасында алынган титан губкасы (көңдөйлүү эриген масса) тазаланган же куймаларга эриген. Колдонуунун андан аркы багытына жараша эритме же таза металл пайда болот (1000 0С чейин ысытуу менен аралашмалар жок кылынат). 0,01% аралашмалуу затты өндүрүү үчүн йодид ыкмасы колдонулат. Ал процесске негизделгенгалоген менен алдын ала иштетилген титан губкасынан буулануу, анын буулары.
Колдонуу аймактары
Титандын эрүү температурасы бир топ жогору, бул металлдын жеңилдигин эске алганда, аны конструкциялык материал катары колдонуунун баа жеткис артыкчылыгы болуп саналат. Ошондуктан, ал кеме курууда, авиация тармагында, ракеталарды жасоодо жана химиялык өнөр жайда эң чоң колдонууну табат. Титан көп учурда катуулугу жана ысыкка туруктуулугу жогорулаган ар кандай эритмелерде легирлөөчү кошумча катары колдонулат. Коррозияга каршы жогорку касиеттери жана эң агрессивдүү чөйрөлөргө туруштук берүү жөндөмү бул металлды химиялык өнөр жайы үчүн зарыл кылат. Титан (анын эритмелери) кислоталарды жана башка химиялык активдүү заттарды дистилляциялоодо жана ташууда колдонулуучу түтүктөрдү, резервуарларды, клапандарды, фильтрлерди жасоо үчүн колдонулат. Бул жогорку температура көрсөткүчтөрүнүн шарттарында иштеген аппараттарды түзүү үчүн суроо-талапка ээ. Титан кошулмаларынан бышык кесүүчү шаймандар, боёк, пластмасса жана кагаз, хирургиялык аспаптар, имплантаттар, зергер буюмдар, жасалгалоочу материалдар жасалат, тамак-аш өнөр жайында колдонулат. Бардык багыттарды сүрөттөп берүү кыйын. Заманбап медицина, толук биологиялык коопсуздугу үчүн, көбүнчө титан металлын колдонот. Баасы ушул элементтин колдонулушунун кеңдигине таасир эткен жалгыз фактор. Титан келечектин материалы, аны изилдөө менен адамзат кайсынысы өтүп кетет деп айтуу туураөнүгүүнүн жаңы этабына.
