Početna za: TITANIJ, Ti  

SPOJEVI, DOBIVANJE I UPORABA

Dobivanje titanija:

Elementarni titanij dobiva se vrlo teško jer je pri visokim temperaturama vrlo reaktivan i lako se spaja s ugljikom, kisikom i dušikom. Danas se titanij uglavnom dobiva redukcijom titanijevog(IV)-klorida metalom, npr. magnezijem. Kao sirovina upotrebljava se rutil ili ilmenit koji se zagrijavanju s ugljikom do temperature 900°C u struji klora pri čemu se dobije titanijev(IV)-klorid (TiCl4) prema reakciji:

2TiO2(s) + 3C(s) + 4Cl2(g) -> 2TiCl4(g) + 2CO(g) + CO2(g)

Plinoviti TiCl4 odvaja se od smjese CO i CO2 hlađenjem i ukapljivanjem, a po potrebi pročišćava se frakcijskom destilacijom. Pročišćeni TiCl4 se pri temperaturi 800°C ili atmosferi argona reducira rastaljenim magnezijem u elementarni titanij:

TiC4(g) + 2Mg(l) -> Ti(s) + 2MgCl2(l)

Ohlađena smjesa izvadi se iz reaktora, a magnezij i magnezijev(II)-klorid odvoje se od titanija otapanjem u razrijeđenim kiselinama ili destilacijom u visokom vakuumu. Redukcija TiCl4 može se izvršiti i pomoću rastaljenog natrija.

Male količine vrlo čistog titanija mogu se dobiti i termičkim raspadom para tiranijevog(IV)-jodida na vrućoj volframovoj žici.


Svojstva i upotreba titanija:

Čisti titanij je sjajan, bijel metal koji se javlja u dvije alotropske modifikacije: alfa-titanij guste heksagonske strukture koji pri temperaturi 880 °C polako prelazi u beta-titanij s prostorno centriranom kubičnom strukturom. Titanij se odlikuje malom gustoćom (upola manjom od čelika), visokim talištem, niskim termičkim keficijentom rastezanja te otpornošću prema koroziji i djelovanju morske vode zbog čega se upotrebljava za izradu dijelova brodova i zrakoplova. Na nižim temperaturama dosta je krt, a zagrijan dade se kovati i to samo ako u njemu nema kisika. Dobar je vodič električne struje. Otporan je prema hladnim kiselinama (osim fluorovodične), prema hladnim i zagrijanim otopinama lužina i zlatotopci. S kisikom reagira tek zagrijan do crvenog žara, a s klorom pri temperaturi 550°C. Titanij je jedini element koji može izgarati u dušiku.

Titanij sadrži smjesu od pet stabilnih izotopa: 46Ti (8,0%), 47Ti (7,3%), 48Ti (73,8%), 49Ti (5,5%) i 5O'fi (5,4%), a poznato je još deset radioaktivnih izotopa.

Titanij se upotrebljava za proizvodnju legura, naročito za proizvodnju titanijevih čelika koji su jako otporni prema udarcima. Legure titanija dijele se u tri skupine: alfa-legure, alfa-beta-legure i beta-legure. To je povezano s činjenicom da se fazna transformacija titanija odvija pri 880°C što nije pogodno temperaturno područje u pogledu primjene titanija. U alfa-legurama stabilna je alfa-faza titanija, a stabiliziraju je primjese kisika, dušika i ugljika. beta i alfa-beta legure sadrže primjese metala vanadija, molibdena, željeza, kroma, mangana i sl. koji su stabilizatori beta-faze. Ona ima dobra mehanička svojstva što se tiče tvrdoće, obradivosti i mogućnosti zavarivanja, ali termički nije stabilna. Procesom umjetnog termičkog starenja bitno se poboljšava stabilnost tih legura prvenstveno zbog precipitata alfa-faze stvorenih termičkom obradom pri čemu se stvara alfa-beta faza. Ovakve legure najviše se i koriste.

Glavna je prednost titanija i njegovih legura što su vrlo čvrste, imaju malu gustoću, otporne su na koroziju i kompatibilne su s novim kompozitnim materijalima. Nedostatak je njihova uvijek visoka cijena (10 - 20 puta viša u odnosu na aluminij) i, nešto manje, što nisu pogodne za visokotemperaturne namjene. Zbog svega navedenog najviše se koriste (do 99%) u zrakoplovnoj industriji i proizvodnji različitih projektila. Superiornije su od nekih novih kompozitnih materijala jer ravnomjerno i izotropno raspodjeljuju naprezanja. Osim navedenog, koriste se za izradu lopatica kompresora i dijelove mlaznih motora, za dijelove autoklava za izradu izmjenjivača topline. Zbog otpornosti na djelovanje morske vode sve se više primjenjuju u brodogradnji, prvenstveno za vojne brodove i podmornice.

Titanijev diborid (TiB2) ekstremno je tvrd metalno-keramički kompzit koji se koristi samo kao zaštitna prevlaka titanijevih legura. Nanosi se plazma-spray tehnikom tako da se neposredno u procesu nanaošenja miješaju dva praha, jedan na bazi titanija i drugi na bazi bora, tale se i spajaju u plazmenom prostoru mlaznice, a kompozit se stvara naglim hlađenjem na samoj površini na koju se ta smjesa nanosi.


Spojevi titanija:

Titanij stvara spojeve u kojima mu je oksidacijski broj +2, +3 i +4. Spojevi dvo- i trovalentnog titanija su paramagnetični i dobra su redukcijska sredstva. Najstabilniji su spojevi u kojima ima oksidacijski broj +4.


Važniji spojevi titanija:

-Titanijevi(II)-halogenidi (dihalogenidi; TiCl2, TiBr2 i TiI2 kristali su nepostojani u vodenim otopinama. Mogu se dobiti zagrijavanjem odgovarajućih tetrahalogenida i metalnog praha titanija.

-Titanijev(II)-oksid (TiO) nastaje zagrijavanjem (IV)-oksida (TiO2) s elementarnim titanijem pri temperaturi 1600 °C. Otapa se u hladnoj klorovodičnoj kiselini uz oslobađanje vodika.

-Titanijev(III)-klorid (TiCl3) tamnoljubičast je kristal koji se dobiva prevođenjem smjesa para TiCl4 i vodika kroz cijev ugrijanu na 400°C. S vodom daje heksahidrate zelene i ljubičaste boje, a jačim zagrijavanjem disproporcionira se u TiCl4 i TiCl2.

-Titanijevi(IV)-halogenidi (tetrahalogenidi; TiBr4, TiF4 i TiI4) krutine su, dok je karbid TiC4 bistra tekućina oštra mirisa koja se na vlažnom zraku jako dimi i nagriza staklo.

-Titanijev(IV)-oksid (TiO2) javlja se u tri kristane modifikacije: tetragonskoj (mineral rutil), romboedarskoj (mineral brukit) i drugoj tetragonskoj (mineral anatas). Rutil ima veliki indeks loma, a optičku disperzivnost veću od dijamanta. Ima i veliku moć pokrivanja te se upotrebljava kao bijela boja ("titanijevo bjelilo"). TiO2 ima amfoterna svojstva. Taljenjem s metalnim oksidima, hidroksidima i karbonatima daje titanate.

-Titanati su, najčešće, kompleksni oksidi različitih struktura. Perovskitnu strukturu ima npr. barijev metatitanat (BaTiO3) koji ima piezoelektrična svojstva, pa se upotrebljava u tehnici za generiranje ultrazvuka te kao kondenzatorski dielektrik. Strukturu korunda imaju npr. FeTiO3, CoTiO3 i NiTiO3. Svi titanati, osim alkalijskih, netopljivi su u vodi.

 Početna za: TITANIJ, Ti