تیتانیوم

تیتانیم

تیتانیم به انگلیسی Titanium عنصري است سبک ، مقاوم و داراي جلا به رنگ سفيد- نقره اي با نماد Ti ، عدد اتمي 22 ، وزن اتمي 88/47، وزن مخصوص 54/4 گرم بر سانتي متر مکعب ، سختي 6 در مقياس موس ، نرم ، نقطه جوش 3287 درجه سانتي گراد و نقطه ذوب 1660 درجه سانتي گراد .

اين ماده كه داراي دو شكل الوتروپي به نام هاي روتيل و آناتازمي مي باشد، بواسطه رنگ سفيد، درجه دير گدازي و توان بالا و توان زياد در توزيع و انتشار يكنواخت در تركيبات ديگر، بعنوان عمده ترين ماده اوليه رنگ سفيد در صنايع رنگ سازي، كاغذسازي ، پلاستيك ، لاستيك و مواد مختلف ديگر شناخته مي‌شود.

حضور مقادير كمي از ناخالصي ها مثل اكسيژن، نيتروژن، كربن وهيدروژن در كه در فلز محلول اند، سبب شكنندگي مينرال فلز شده و مانع بهره برداري تجاري از آن مي شود. رنگ آن سفيد خاكستري مي باشد.

سخت ترين فلز بوده و استحكام آن 3 برابر فولاد است. اما در عين حال بسيار سبك است.به هيچ عنوان ايجاد حساسيت در پوست نميكند. ضد خش نيز ميباشد. با حرارت دادن آن و ايجاد اكسيد در تيتانيم ميتوان آن را به رنگهاي دلخواه در آورد.

اما اين رنگ كم عمق بوده و با خراشيدن از بين ميرود. بنابراين بايد از تيتانيوم رنگي بسيار مراقبت كرد.

کاربرد تیتانیم

عمده ترين مصرف تيتانيم در صنايع به دو صورت فلزي و دي اکسيد تيتانيم است . شکل فلزي آن به دليل مشکلات تهيه و خالص سازي مصرف چنداني ندارد،اما در عوض مصرف اکسيد آن بصورت TiO2 در صنعت کاربرد بسيار گسترده اي دارد : به طوري که 90 درصد از صنايع اوليه مصرف کننده اکسيد تيتانيم هستند .

امروزه فلز تيتانيم به عنوان يک فلز استراتژيک در موتور و ساختمان داخلي هواپيما موشکها ،جت ها، ماشين هاي نساجي وسايل شيميايي وسايل جراحي وسايل نمک زدايي وسايل ارتوپدي، وسايل غذاسازي هدفهاي لوله هاي اشعه ايکس، وسايل ساينده ،تجهيزات حمل و نقل صنايع شيميايي ،واحدهاي مولد برق، صنايع آلياژي ،ساخت زيردريايي ها ،کارخانه هاي ساخت مواد شيميايي، دستگاههاي خنک کننده نيروگاه هاي اتمي و حرارتي و دهها مورد ديگر کاربرد دارد .

مصرف عمده دي اکسيد تيتانيم در صنايع رنگ سازي به عنوان رنگ دانه مي باشد و همچنين اين ماده در صنايع سراميک پلاستيک کاغذ و الکترونيک کاربرد دارد . مصرف اين ماده در کشورهاي پيشرفته تقريباً 10 برابر کشورهاي در حال توسعه مي باشد .

خواص اتمی، فیزیکی و شیمیایی تیتانیم

عدد اتمی:     22

جرم اتمی:     47.90

نقطه ذوب:     1660 ºC

نقطه جوش:   3287 ºC

شعاع اتمی:  147 pm

ظرفیت 2،3،4

رنگ:   نقره ای

حالت استاندارد:       جامد

گروه:  4B

انرژی یونیزاسیون:     658 Kj/mol

شعاع یونی:   0.09 nm (+2) ; 0.068 nm (+4)

شکل الکترونی:       [Ar] 3d1 4s2

الکترونگاتیوی:          1.5

حالت اکسیداسیون:  4

چگالی:         4.51 g/cm3

دوره تناوبی:  4

شماره سطح انرژی یونیزاسیون:     4

شعاع کووالانسی:    136 pm

شعاع واندروالس:     0.147 nm

گرمای تبخیر: 425 Kj/mol

تاریخچه تیتانیم

در انگلستان به وسيله William Gregor در سال 1791 كشف شد. تيتانيم فلزي، خالص (9/99%) اولين بار در سال 1910 توسط Matthew A. Hunter به وسيله حرارت TiCl4 با سديم در يك بمب فلزي در 800-700 درجه سانتي گراد تهيه شد.

اثرات تیتانیم بر سلامتی انسان

میزان سمی بودن تیتانیم به صورت عنصری و اکسید تیتانیم اندک است. موشهای آزمایشگاهی که خاکسترهای تیره رنگی را طی تنفس وارد بدن خود کرده اند، معمولاً در بدن خود مقداری اکسید تیتانیم دارند. تاثیر اکسید تیتانیم تاثیر اندکی بر ششهای انسان دارد.

تاثیر مقدار زیاد پودر تیتانیم: تنفس غبار تیتانیم باعث گرفتگی و درد سینه، سرفه و مشکلات تنفسی میشود. اگر اکسید تیتانیم با پوست و چشم تماس پیدا کند، باعث تحریک میگردد. تنفس، تماس پوستی و چشمی راههای ورود اکسید تیتانیم به بدن انسان است.

سرطانزایی: آژانس بین المللی تحقیقات سرطان (IARC)، اکسید تیتانیم را در گروه سوم طبقه بندی کرده است.

ترکیبات تیتانیم

تیتانیم کلریدها

تیتانیم (II) کلرید TiCl2   گردی سیاه رنگ است که از اثر TiCl4 بر Ti ا با گرم کردن TiCl3 بدست می آید. عامل کاهنده قوی است که به سرعت آب را احیا می کند. تیتانیم (III) کلرید TiCl3 ، جامدی بنفش یا قهوه ای رنگ ، به عنوان یک عامل کاهنده به کار میرود.فرم قهوه ای لیفی شکل آن، نقش یک عامل فعال در بسپارش فضا ویژه اولفین ها به روش زیگلر – ناتا را بازی میکند.

تیتانیم دی اکساید

در طبیعت به سه شکل وجود دارد:روتیل، بروکیت و آناتاز. یکی از مهمترین رنگدانه های سفید که از آبکافت TiOSO4 خالص یا TiCl4 یا TiCl4 به اضافه O2 بر روی شعله، بدست می آید.

تیتانیم فلوئوریدها

تیتانیم (IV) فلوئورید TiF3 ، جامد سفید رنگ از اثر TiCl4 بر HF بی آب(خشک) بدست می آید. تیتانیم (III) فلوئورید TiF3 ، از اثر Ti یا TiH1/7 به اضافه HF بی آب در 700˚C بدست می آید. جسم جامد آبی نگ و پایداری است.

تیتانیم هالیدها

علاوه بر کلریدها و فلوئورید ها ، TiBr4 ، TiBr3، TiI4 ، TiI3، TiI2 نیز شناخته شده اند.

تیتانیم سولفات ها

تیتانیم (IV) سولفات Ti(SO4)2 و همچنین نمکهایی که به سهولت آبکافت می شوند و از اثر H2SO4غلیظ بر TiCl4 بدست می آید. تیتانیم (III) سولفات Ti(SO4)3 ,8H2O ؛ به صورت نمک بنفش رنگی از اثر H2SO4 رقیق بر TiCl3 ، در غیاب اکسیژن هوا ، بدست می آید.

تیتانیم اکسیدها

تیتانیم (IV)اکسید TiO2 ؛ در محلول غلیظ هیدروکسید فلزهای قلیایی حل شده و تبتانات ها را پدید می آورد. فلز اکسید های مخلوط که برخی دارای اهمیت تجاری هستند؛ از TiO2 تهیه می شوند. CaTiO3 به پرووسکیت شهرت دارد.ساختارBaTiO3 به پرووسکیت شبیه و دارای خاصیت پیروالکتریک است . در دستگاههای فراصوتی و سوزن گرامافون و همچنین به عنوان یک ماده ی ساینده به کار می رود. تیتانیم (III) اکسید Ti2O3؛ بنفش رنگ ، از کاهیدن TiO2 با H2 در دماهای بالا به دست می آید.