I përjetshëm, misterioz, kozmik, material i së ardhmes - të gjitha këto dhe shumë epitete të tjera i janë caktuar titanit në burime të ndryshme. Historia e zbulimit të këtij metali nuk ishte e parëndësishme: në të njëjtën kohë, disa shkencëtarë punuan për izolimin e elementit në formën e tij të pastër. Procesi i studimit të vetive fizike, kimike dhe përcaktimit të fushave të aplikimit të tij nuk ka përfunduar deri më sot. Titani është metali i së ardhmes, vendi i tij në jetën e njeriut ende nuk është përcaktuar përfundimisht, gjë që u jep studiuesve modernë një hapësirë të madhe për kreativitet dhe kërkime shkencore.
Karakteristike
Elementi kimik titan (Titanium) tregohet në tabelën periodike të D. I. Mendeleev me simbolin Ti. Ndodhet në nëngrupin dytësor të grupit IV të periudhës së katërt dhe ka numrin serial 22. Substanca e thjeshtë titan është një metal i bardhë-argjendi, i lehtë dhe i qëndrueshëm. Konfigurimi elektronik i një atomi ka strukturën e mëposhtme: +22)2)8)10)2, 1S22S22P 6 3S23P63d24S 2. Prandaj, titani ka disa gjendje të mundshme oksidimi: 2,3, 4, në përbërjet më të qëndrueshme është katërvalente.
Titanium - aliazh apo metal?
Kjo pyetje u intereson shumë njerëzve. Në vitin 1910, kimisti amerikan Hunter mori titanin e parë të pastër. Metali përmbante vetëm 1% papastërti, por në të njëjtën kohë, sasia e tij doli të jetë e papërfillshme dhe nuk bëri të mundur studimin e mëtejshëm të vetive të tij. Plasticiteti i substancës së marrë u arrit vetëm nën ndikimin e temperaturave të larta; në kushte normale (temperatura e dhomës), kampioni ishte shumë i brishtë. Në fakt, ky element nuk u interesonte shkencëtarëve, pasi perspektivat për përdorimin e tij dukeshin shumë të pasigurta. Vështirësia e marrjes dhe kërkimit reduktoi më tej potencialin për zbatimin e tij. Vetëm në vitin 1925, kimistët nga Holanda I. de Boer dhe A. Van Arkel morën metal titan, vetitë e të cilit tërhoqën vëmendjen e inxhinierëve dhe projektuesve në mbarë botën. Historia e studimit të këtij elementi fillon në vitin 1790, pikërisht në këtë kohë, paralelisht, në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri, dy shkencëtarë zbulojnë titanin si element kimik. Secili prej tyre merr një përbërje (oksid) të një substance, duke mos arritur të izolojë metalin në formën e tij të pastër. Zbuluesi i titanit është murgu mineralog anglez William Gregor. Në territorin e famullisë së tij, që ndodhet në pjesën jugperëndimore të Anglisë, shkencëtari i ri filloi të studiojë rërën e zezë të Luginës Menaken. Rezultati i eksperimenteve me një magnet ishte lëshimi i kokrrave me shkëlqim, të cilat ishin një përbërje titani. Në të njëjtën kohë në Gjermani, kimisti Martin Heinrich Klaproth izoloi një substancë të re nga minerali.rutile. Në 1797, ai vërtetoi gjithashtu se elementët e hapur paralelisht janë të ngjashëm. Dioksidi i titanit ka qenë një mister për shumë kimistë për më shumë se një shekull, dhe as Berzelius nuk ishte në gjendje të merrte metal të pastër. Teknologjitë më të fundit të shekullit të 20-të përshpejtuan ndjeshëm procesin e studimit të elementit të përmendur dhe përcaktuan drejtimet fillestare të përdorimit të tij. Në të njëjtën kohë, fusha e aplikimit po zgjerohet vazhdimisht. Vetëm kompleksiteti i procesit të marrjes së një substance të tillë si titani i pastër mund të kufizojë shtrirjen e saj. Çmimi i lidhjeve dhe metalit është mjaft i lartë, kështu që sot nuk mund të zëvendësojë hekurin dhe aluminin tradicional.
Origjina e emrit
Menakin - emri i parë i titanit, i cili u përdor deri në 1795. Kështu, me përkatësi territoriale, W. Gregor e quajti elementin e ri. Martin Klaproth i jep elementit emrin "titanium" në 1797. Në këtë kohë, kolegët e tij francezë, të udhëhequr nga një kimist mjaft i njohur A. L. Lavoisier, propozuan të emërtojnë substancat e zbuluara rishtazi në përputhje me vetitë e tyre themelore. Shkencëtari gjerman nuk ishte dakord me këtë qasje, ai besonte mjaft arsyeshëm se në fazën e zbulimit është mjaft e vështirë të përcaktohen të gjitha karakteristikat e natyrshme në një substancë dhe t'i pasqyrojnë ato në emër. Sidoqoftë, duhet pranuar se termi i zgjedhur në mënyrë intuitive nga Klaproth korrespondon plotësisht me metalin - kjo është theksuar në mënyrë të përsëritur nga shkencëtarët modernë. Ekzistojnë dy teori kryesore për origjinën e emrit titanium. Metali mund të caktohet kështu për nder të mbretëreshës së kukudhëve Titania(personazh i mitologjisë gjermanike). Ky emër simbolizon lehtësinë dhe forcën e substancës. Shumica e shkencëtarëve janë të prirur të përdorin versionin e përdorimit të mitologjisë antike Greke, në të cilën djemtë e fuqishëm të perëndeshës së tokës Gaia quheshin titanë. Në favor të këtij versioni flet edhe emri i elementit të zbuluar më parë, uraniumi.
Të jesh në natyrë
Nga metalet që janë teknikisht të vlefshëm për njerëzit, titani është i katërti më i bollshëm në koren e tokës. Vetëm hekuri, magnezi dhe alumini karakterizohen nga një përqindje e madhe në natyrë. Përmbajtja më e lartë e titanit vërehet në guaskën e baz altit, pak më pak në shtresën e granitit. Në ujin e detit, përmbajtja e kësaj substance është e ulët - afërsisht 0.001 mg / l. Elementi kimik titan është mjaft aktiv, kështu që nuk mund të gjendet në formën e tij të pastër. Më shpesh, është i pranishëm në përbërjet me oksigjen, ndërsa ka një valencë prej katër. Numri i mineraleve që përmbajnë titan varion nga 63 në 75 (në burime të ndryshme), ndërsa në fazën aktuale të kërkimit, shkencëtarët vazhdojnë të zbulojnë forma të reja të përbërjeve të tij. Për përdorim praktik, mineralet e mëposhtme kanë rëndësi më të madhe:
- Ilmenite (FeTiO3).
- Rutile (TiO2).
- Titanit (CaTiSiO5).
- Perovskite (CaTiO3).
- Titanomagnetit (FeTiO3+Fe3O4) etj.
Të gjitha mineralet ekzistuese që përmbajnë titan ndahen nëaluviale dhe themelore. Ky element është një migrant i dobët, ai mund të udhëtojë vetëm në formën e fragmenteve të shkëmbinjve ose shkëmbinjve të poshtëm në lëvizje. Në biosferë, sasia më e madhe e titanit gjendet në algat. Në përfaqësuesit e faunës tokësore, elementi grumbullohet në indet me brirë, flokët. Trupi i njeriut karakterizohet nga prania e titanit në shpretkë, gjëndrat mbiveshkore, placentë, gjëndrën tiroide.
Vetitë fizike
Titani është një metal me ngjyra me një ngjyrë të bardhë argjendi që duket si çeliku. Në një temperaturë prej 0 0C, dendësia e tij është 4,517 g/cm3. Substanca ka një peshë specifike të ulët, e cila është tipike për metalet alkaline (kadmium, natrium, litium, cezium). Për sa i përket densitetit, titani zë një pozicion të ndërmjetëm midis hekurit dhe aluminit, ndërsa performanca e tij është më e lartë se ajo e të dy elementëve. Vetitë kryesore të metaleve që merren parasysh gjatë përcaktimit të fushës së zbatimit të tyre janë forca e rendimentit dhe fortësia. Titani është 12 herë më i fortë se alumini, 4 herë më i fortë se hekuri dhe bakri, ndërsa është shumë më i lehtë. Plasticiteti i një lënde të pastër dhe forca e saj rendimenti bëjnë të mundur përpunimin në temperatura të ulëta dhe të larta, si në rastin e metaleve të tjera, d.m.th., me thumba, farkëtim, saldim, rrotullim. Një karakteristikë dalluese e titanit është përçueshmëria e tij e ulët termike dhe elektrike, ndërsa këto veti ruhen në temperatura të larta, deri në 500 0С. Në një fushë magnetike, titani është një element paramagnetik, por jotërhiqet si hekuri dhe nuk shtyhet si bakri. Performanca shumë e lartë kundër korrozionit në mjedise agresive dhe nën stres mekanik është unike. Më shumë se 10 vjet qëndrim në ujin e detit nuk ndryshuan pamjen dhe përbërjen e pllakës së titanit. Hekuri në këtë rast do të shkatërrohej plotësisht nga korrozioni.
Vetitë termodinamike të titanit
- Densiteti (në kushte normale) është 4,54 g/cm3.
- Numri atomik është 22.
- Grup metalik - zjarrdurues, i lehtë.
- Masa atomike e titanit është 47.0.
- Pika e vlimit (0С) – 3260.
- Vëllimi molar cm3/mol – 10, 6.
- Pika e shkrirjes së titanit (0С) – 1668.
- Nxehtësia specifike e avullimit (kJ/mol) – 422, 6.
- Rezistenca elektrike (në 20 0С) Ohmcm10-6 – 45.
Vetitë kimike
Rritja e rezistencës ndaj korrozionit të elementit është për shkak të formimit të një filmi të vogël oksidi në sipërfaqe. Parandalon (në kushte normale) reaksionet kimike me gazra (oksigjen, hidrogjen) në atmosferën përreth të një elementi të tillë si metali titani. Karakteristikat e tij ndryshojnë nën ndikimin e temperaturës. Kur rritet në 600 0С, ndodh një reaksion ndërveprimi me oksigjenin, duke rezultuar në formimin e oksidit të titanit (TiO2). Në rastin e përthithjes së gazeve atmosferike, formohen përbërje të brishtë që nuk kanë zbatim praktik, prandaj saldimi dhe shkrirja e titanit bëhen në kushte vakum. reaksion i kthyeshëmështë procesi i tretjes së hidrogjenit në metal, ai ndodh më aktivisht me një rritje të temperaturës (nga 400 0С dhe më të larta). Titani, veçanërisht grimcat e tij të vogla (pllakë e hollë ose tela), digjet në një atmosferë azoti. Një reaksion kimik i ndërveprimit është i mundur vetëm në një temperaturë prej 700 0С, duke rezultuar në formimin e nitridit të TiN. Formon lidhje shumë të forta me shumë metale, shpesh si element aliazh. Ai reagon me halogjenet (krom, brom, jod) vetëm në prani të një katalizatori (temperaturë e lartë) dhe i nënshtrohet ndërveprimit me një substancë të thatë. Në këtë rast, formohen lidhje shumë të forta zjarrduruese. Me tretësirat e shumicës së alkaleve dhe acideve, titani është kimikisht joaktiv, me përjashtim të sulfurit të koncentruar (me zierje të zgjatur), hidrofluorik, organik të nxehtë (formik, oksalik).
Depozita
Xherorët e ilmenitit janë më të zakonshmet në natyrë - rezervat e tyre vlerësohen në 800 milionë tonë. Depozitat e depozitave rutile janë shumë më modeste, por vëllimi i përgjithshëm - duke ruajtur rritjen e prodhimit - duhet t'i sigurojë njerëzimit për 120 vitet e ardhshme një metal të tillë si titani. Çmimi i produktit të përfunduar do të varet nga kërkesa dhe rritja e nivelit të prodhimit, por mesatarisht varion në rangun nga 1200 në 1800 rubla/kg. Në kushtet e përmirësimit të vazhdueshëm teknik, kostoja e të gjitha proceseve të prodhimit zvogëlohet ndjeshëm me modernizimin e tyre në kohë. Kina dhe Rusia kanë rezervat më të mëdha të xeheve të titanit, si dhe mineraleveJaponia, Afrika e Jugut, Australia, Kazakistani, India, Koreja e Jugut, Ukraina, Ceiloni kanë një bazë të lëndës së parë. Depozitimet ndryshojnë në vëllimin e prodhimit dhe përqindjen e titanit në xehe, studimet gjeologjike janë në vazhdim, gjë që bën të mundur supozimin e uljes së vlerës së tregut të metalit dhe përdorimit më të gjerë të tij. Rusia është deri tani prodhuesi më i madh i titanit.
Merr
Për prodhimin e titanit, më së shpeshti përdoret dioksidi i titanit, i cili përmban një sasi minimale papastërtish. Përftohet nga pasurimi i koncentrateve të ilmenitit ose xeheve të rutilit. Në furrën me hark elektrik bëhet përpunimi termik i mineralit, i cili shoqërohet me ndarjen e hekurit dhe formimin e skorjes që përmban oksid titani. Metoda e sulfatit ose klorurit përdoret për përpunimin e fraksionit pa hekur. Oksidi i titanit është një pluhur gri (shih foton). Metali titani përftohet nga përpunimi i tij në faza.
Faza e parë është procesi i shkrirjes së skorjeve me koks dhe ekspozimi ndaj avullit të klorit. TiCl4 që rezulton reduktohet me magnez ose natrium kur ekspozohet në një temperaturë prej 850 0C. Sfungjeri i titanit (masa e shkrirë poroze), e marrë si rezultat i një reaksioni kimik, rafinohet ose shkrihet në shufra. Në varësi të drejtimit të mëtejshëm të përdorimit, formohet një aliazh ose metal i pastër (papastërtitë hiqen duke u ngrohur në 1000 0С). Për prodhimin e një lënde me përmbajtje papastërtie prej 0,01%, përdoret metoda e jodit. Ajo bazohet në procesinavullimi nga një sfungjer titani i para-trajtuar me halogjen, avujt e tij.
Zonat e aplikimit
Pika e shkrirjes së titanit është mjaft e lartë, e cila, duke pasur parasysh lehtësinë e metalit, është një avantazh i paçmuar i përdorimit të tij si material strukturor. Prandaj, ai gjen aplikimin më të madh në ndërtimin e anijeve, industrinë e aviacionit, prodhimin e raketave dhe industritë kimike. Titani përdoret mjaft shpesh si një aditiv aliazh në lidhje të ndryshme, të cilat kanë karakteristika të rritura të fortësisë dhe rezistencës ndaj nxehtësisë. Vetitë e larta kundër korrozionit dhe aftësia për t'i bërë ballë mjediseve më agresive e bëjnë këtë metal të domosdoshëm për industrinë kimike. Titani (lidhjet e tij) përdoret për prodhimin e tubacioneve, rezervuarëve, valvulave, filtrave që përdoren në distilimin dhe transportin e acideve dhe substancave të tjera kimikisht aktive. Është në kërkesë kur krijoni pajisje që funksionojnë në kushte të treguesve të temperaturës së ngritur. Përbërjet e titanit përdoren për të bërë mjete prerëse të qëndrueshme, bojëra, plastikë dhe letër, instrumente kirurgjikale, implante, bizhuteri, materiale përfunduese dhe përdoren në industrinë ushqimore. Të gjitha drejtimet janë të vështira për t'u përshkruar. Mjekësia moderne, për shkak të sigurisë së plotë biologjike, shpesh përdor metal titan. Çmimi është i vetmi faktor që deri tani ndikon në gjerësinë e aplikimit të këtij elementi. Është e drejtë të thuhet se titani është materiali i së ardhmes, duke studiuar të cilin do të kalojë njerëziminë një fazë të re zhvillimi.
