Podstawowe właściwości tytanu

Podstawowe właściwości tytanu

Właściwości fizyczne :

Gęstość tytanu wynosi 4,506–4,516 g / cm3 (20 ° C), temperatura topnienia 1668 ± 4 ° C, utajone ciepło topnienia wynosi 3,7-5,0 kcal / g atomu, temperatura wrzenia wynosi 3260 ± 20 ° C, ciepło utajone parowania wynosi 102,5-112,5 kcal / g atomu, temperatura krytyczna wynosi 4350 ° C, a ciśnienie krytyczne 1130 atm. Tytan ma słabą przewodność cieplną i przewodność elektryczną, w przybliżeniu lub nieco niższą niż stal nierdzewna, tytan ma nadprzewodnictwo, a temperatura krytyczna czystego tytanu wynosi 0,38-0,4 K.

Tytan ma plastyczność, wydłużenie tytanu o wysokiej czystości może osiągnąć 50-60%, a skurcz sekcji może osiągnąć 70-80%, ale jego wytrzymałość jest niska i nie nadaje się do materiałów konstrukcyjnych.

Właściwości chemiczne :

Tytan może reagować z wieloma pierwiastkami i związkami w wyższych temperaturach. Różne elementy można podzielić na cztery kategorie według ich różnych reakcji z tytanem:

Pierwsza kategoria: związki wiązań kowalencyjnych i jonowych utworzone przez halogeny i pierwiastki tlenowe z tytanem;

Druga kategoria : pierwiastki przejściowe, wodór, beryl, grupa borowa, grupa węglowa i grupa azotowa z tytanem, tworząc międzymetaliczne i ograniczone roztwory stałe;

Trzeci typ : cyrkon, hafn, grupa wanadu, grupa chromu, pierwiastek hafnu i tytan tworzą nieskończony stały roztwór;

Czwarta kategoria : gazy obojętne, metale alkaliczne, metale ziem alkalicznych, pierwiastki ziem rzadkich (oprócz toru), tal, tor itp. Nie reagują z tytanem lub zasadniczo nie reagują.

Reakcja ze związkami

◇ HF i fluor

Fluorowodór gazowy reaguje z tytanem tworząc TiF4 po podgrzaniu, wzór reakcji jest (1); niewodna ciecz fluorowodoru może tworzyć gęstą warstewkę czterofluorku tytanu na powierzchni tytanu, co może zapobiegać infiltracji HF do tytanu. Kwas fluorowodorowy jest najsilniejszym rozpuszczalnikiem dla tytanu. Nawet kwas fluorowodorowy o stężeniu 1% może gwałtownie reagować z tytanem, patrz wzór (2); bezwodny fluorek i jego wodny roztwór nie reagują z tytanem w niskich temperaturach i topią się tylko w wysokich temperaturach Reaguje znacząco z tytanem.

(2)

◇ HCl i chlorek

Chlorowodór może powodować korozję metalicznego tytanu. Suchy chlorowodór reaguje z tytanem z wytworzeniem TiCl4 w> 300 ° C, patrz wzór (3); kwas chlorowodorowy o stężeniu <5% nie="" reaguje="" z="" tytanem="" w="" temperaturze="" pokojowej,="" a="" 20%="" kwas="" chlorowodorowy="" reaguje="" z="" tytanem="" w="" temperaturze=""> Występowanie melonów w tworzeniu purpurowego TiCl3, patrz wzór (4); gdy temperatura jest wysoka, nawet rozcieńczony kwas solny spowoduje korozję tytanu. Różne bezwodne chlorki, takie jak magnez, mangan, żelazo, nikiel, miedź, cynk, rtęć, cyna, wapń, sód, bar i jony NH4 oraz ich roztwory wodne, nie reagują z tytanem, a tytan jest w tych chlorkach Ma dobrą stabilność .

Acid Kwas siarkowy i siarkowodór

Tytan wykazuje znaczącą reakcję z 5% kwasem siarkowym i tytanem. W normalnej temperaturze około 40% kwasu siarkowego powoduje korozję tytanu najszybciej. Gdy stężenie jest większe niż 40%, szybkość korozji staje się wolniejsza, gdy osiąga 60%, i ponownie 80%. Najszybszy. Ogrzany rozcieńczony kwas lub 50% stężony kwas siarkowy może reagować z tytanem z wytworzeniem siarczanu tytanu, patrz wzory (5) i (6). Ogrzany stężony kwas siarkowy można zredukować za pomocą tytanu z wytworzeniem SO2, patrz wzór (7). W normalnej temperaturze tytan reaguje z siarkowodorem, tworząc na jego powierzchni warstwę ochronną, która może zapobiec dalszej reakcji między siarkowodorem a tytanem. Jednak w wysokich temperaturach siarkowodór reaguje z tytanem, wytrącając wodór. Zobacz wzór (8). Proszek tytanu zaczyna reagować z siarkowodorem w temperaturze 600 ° C, tworząc siarczki tytanu. Produktem reakcji jest głównie TiS w 900 ° C i Ti2S3 w 1200 ° C.

Acid Kwas azotowy i aqua regia mają gładką i gładką powierzchnię. Tytan ma dobrą stabilność na kwas azotowy. Wynika to z faktu, że kwas azotowy może szybko utworzyć silną warstwę tlenku na powierzchni tytanu, ale powierzchnia jest szorstka, szczególnie tytan gąbkowy lub tytan proszkowy. Reaguje z wtórnym i gorącym rozcieńczonym kwasem azotowym, patrz wzory (9) i (10). Stężony kwas azotowy wyższy niż 70 ° C może również reagować z tytanem, patrz wzór (11). W normalnej temperaturze tytan nie reaguje z aqua regia. Gdy temperatura jest wysoka, tytan może reagować z aqua regia, tworząc TiCl2.

Podsumowując, właściwości tytanu są niezwykle ściśle związane z temperaturą, formą jego istnienia i czystością. Gęsty metal tytanowy jest z natury dość stabilny, ale tytan proszkowy może powodować samozapłon w powietrzu. Obecność zanieczyszczeń w tytanie znacząco wpływa na fizyczną, chemiczną, mechaniczną i odporność na korozję tytanu. W szczególności niektóre zanieczyszczenia śródmiąższowe mogą zniekształcać sieć tytanową i wpływać na różne właściwości tytanu. W temperaturze pokojowej aktywność chemiczna tytanu jest bardzo mała i może reagować z kilkoma substancjami, takimi jak kwas fluorowodorowy. Jednak wraz ze wzrostem temperatury aktywność tytanu gwałtownie wzrasta, szczególnie w wysokich temperaturach, tytan może gwałtownie reagować z wieloma substancjami. Proces wytapiania tytanu jest na ogół przeprowadzany w wysokiej temperaturze powyżej 800 ° C, więc musi on działać w próżni lub pod osłoną atmosfery obojętnej.