Titanning fizik va kimyoviy xossalari

Titan kumush-oq o'tish metall bo'lib, zichligi atigi 4,54 g / sm³ bo'lib, u temirdan taxminan 40% engilroq, ammo po'lat bilan taqqoslanadigan kuchga ega. Bu engil va yuqori quvvatli xususiyat titanni hayotning barcha jabhalarida keng qo'llanilishiga imkon beradi. Xo'sh, titanning fizik va kimyoviy xossalari qanday?

1. Titanning atom tuzilishi
Birinchidan, titanning atom tuzilishini ko'rib chiqaylik. Titan davriy sistemaning IVB guruhida joylashgan boʻlib, atom raqami 22. Yadro 22 proton va 20-32 neytrondan iborat boʻlib, yadrodan tashqari elektron strukturasi 1S22S22P63S23D24S2 shaklida joylashgan. Yadro radiusi 5x{11}} sm. Ushbu noyob atom tuzilmalari titanga noyob jismoniy va kimyoviy xususiyatlarni beradi.

2. Titanning fizik xossalari
Titanning zichligi 4.506-4,516 g/sm3 (20 daraja), erish nuqtasi 1668±4 daraja, erishning yashirin issiqligi 3.7-5. 0 kkal/g atom, qaynash nuqtasi 3260±20 daraja, bug'lanishning yashirin issiqligi 102.5-112,5 kkal/g atom, kritik harorat 4350 daraja , kritik bosim esa 1130 atmosferaga teng. Titanning issiqlik o'tkazuvchanligi va elektr o'tkazuvchanligi zaif, zanglamaydigan po'latga o'xshash yoki undan biroz pastroq. Titan oʻta oʻtkazuvchanlikka ega va sof titanning oʻta oʻtkazuvchanlik kritik harorati 0.38-0.4K. 25 gradusda titanning issiqlik sig'imi 0,126 kal / g atom · daraja, termal entalpiya 1149 kal / g atom va entropiya 7,33 kal / g atom · daraja. Metall titan - magnit o'tkazuvchanligi 1,00004 bo'lgan paramagnit modda.
Titan plastiklikka ega. Yuqori toza titanning cho'zilishi 50-60% ga, kesma qisqarishi esa 70-80% ga yetishi mumkin, ammo uning mustahkamligi past va strukturaviy materiallarga mos kelmaydi. Titandagi aralashmalarning mavjudligi uning mexanik xususiyatlariga katta ta'sir ko'rsatadi, ayniqsa interstitsial aralashmalar (kislorod, azot, uglerod) titanning kuchini sezilarli darajada oshirishi va uning plastisiyasini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin. Titanning strukturaviy material sifatida yaxshi mexanik xususiyatlariga tegishli nopoklik tarkibini qat'iy nazorat qilish va qotishma elementlarni qo'shish orqali erishiladi.

3. Titanning kimyoviy xossalari
Titan yuqori haroratlarda ko'plab elementlar va birikmalar bilan reaksiyaga kirishishi mumkin. Turli xil elementlarni titan bilan har xil reaktsiyalariga ko'ra to'rt toifaga bo'lish mumkin:
1-toifa: Galogenlar va kislorod guruhi elementlari titan bilan kovalent va ionli birikmalar hosil qiladi;
2-toifa: O'tish elementlari, vodorod, berilliy, bor guruhi, uglerod guruhi va azot guruhi elementlari titan bilan intermetalik birikmalar va cheklangan qattiq eritmalar hosil qiladi;
3-toifa: sirkoniy, gafniy, vanadiy guruhi, xrom guruhi, skandiy elementlari titan bilan cheksiz qattiq eritmalar hosil qiladi;
4-toifa: Inert gazlar, gidroksidi metallar, gidroksidi tuproq metallari, nodir yer elementlari (skandiydan tashqari), aktiniy, toriy va boshqalar titan bilan reaksiyaga kirishmaydi yoki asosan reaksiyaga kirishmaydi.

4. Birikmalar bilan reaksiyasi:
HF va ftorid
Vodorod ftorid gazi titan bilan reaksiyaga kirishib, qizdirilganda TiF4 hosil qiladi va reaksiya formulasi (1); suvsiz vodorod ftoridli suyuqlik titanium yuzasida zich titanium tetraflorid plyonka hosil qilishi mumkin, bu esa HF titaniumning ichki qismiga kirishiga to'sqinlik qilishi mumkin. Hidroflorik kislota titan uchun eng kuchli oqimdir. Hatto 1% konsentratsiyali gidroflorik kislota ham titan bilan kuchli reaksiyaga kirishishi mumkin; suvsiz ftoridlar va ularning suvli eritmalari past haroratlarda titan bilan reaksiyaga kirishmaydi va faqat eritilgan ftoridlar yuqori haroratlarda titan bilan sezilarli darajada reaksiyaga kirishadi.
Ti＋4HF＝TiF4＋2H2＋135.0 kkal (1) 2Ti＋6HF＝2TiF4＋3H2

HCl va xloridlar
Hydrogen chloride gas can corrode metal titanium. Dry hydrogen chloride reacts with titanium at >TiCl4 hosil qilish uchun 300 daraja, formulaga qarang (3); konsentratsiyali xlorid kislotasi<5% does not react with titanium at room temperature, and 20% hydrochloric acid reacts with titanium at room temperature to form purple TiCl3, see formula (4); when the temperature rises, even dilute hydrochloric acid can corrode titanium. Various anhydrous chlorides, such as magnesium, manganese, iron, nickel, copper, zinc, mercury, tin, calcium, sodium, barium and NH4 ions and their aqueous solutions, do not react with titanium. Titanium has good stability in these chlorides.
Ti＋4HCl＝TiCl4＋2H2＋94,75kkal (3)2Ti＋6HCl＝TiCl3＋3H2 (4)

Sulfat kislota va vodorod sulfidi
Titan suyultirilgan sulfat kislota bilan reaksiyaga kirishganidan keyin<5%, a protective oxide film is formed on the titanium surface, which can protect titanium from further corrosion by dilute acid. However, sulfuric acid >5% titan bilan sezilarli reaktsiyaga ega. Xona haroratida taxminan 40% sulfat kislota titanda eng tez korroziyaga ega. Konsentratsiya 40% dan yuqori bo'lsa va 60% ga yetganda, korroziya tezligi sekinlashadi va eng tez 80% ga etadi. Qizdirilgan suyultirilgan kislota yoki 50% konsentrlangan sulfat kislota titanium bilan reaksiyaga kirishib, titanium sulfat hosil qilishi mumkin, formula (5), (6) ga qarang. Qizdirilgan konsentrlangan sulfat kislota titan bilan SO2 hosil qilish uchun qaytarilishi mumkin, formulaga qarang (7). Xona haroratida titan vodorod sulfidi bilan reaksiyaga kirishib, uning yuzasida himoya plyonka hosil qiladi, bu esa vodorod sulfidi va titanning keyingi reaktsiyasini oldini oladi. Biroq, yuqori haroratlarda vodorod sulfidi titan bilan reaksiyaga kirishib, vodorodni cho'ktirish uchun (8) formulada ko'rsatilgan. Kukunli titanium vodorod sulfidi bilan 600 darajada reaksiyaga kirishib, titanium sulfid hosil qiladi. 900 daraja haroratda reaksiya mahsuloti asosan TiS, 1200 darajada esa Ti2S3 bo'ladi.
Ti＋H2SO4＝TiSO4＋H2 (5) 2Ti＋3H2SO4＝Ti2(SO4)3＋H2 (6)
2Ti＋6H2SO4＝Ti2(SO4)3＋3SO2＋6H2O＋202 kkal (7)Ti＋H2S＝TiS＋H2＋70 kkal (8)

Nitrat kislota va akva regia
Zich va silliq titan nitrat kislotaga nisbatan yaxshi barqarorlikka ega, chunki nitrat kislota tezda titan yuzasida kuchli oksidli plyonka hosil qilishi mumkin, ammo qo'pol sirt, ayniqsa shimgichli titanium yoki kukun titanium, past va issiq suyultirilgan nitrat kislota bilan reaksiyaga kirishishi mumkin, formulaga qarang. (9), (10) va 70 darajadan yuqori konsentrlangan nitrat kislota ham titan bilan reaksiyaga kirishishi mumkin, formulaga qarang (11); xona haroratida titanium aqua regia bilan reaksiyaga kirishmaydi. Yuqori haroratda titan aqua regia bilan reaksiyaga kirishib, TiCl2 hosil qilishi mumkin.
3Ti＋4HNO3＋4H2O＝3H4TiO4＋4NO (9)3Ti＋4HNO3＋H2O＝3H2TiO3＋4NO (10)
Ti＋8HNO3＝Ti(NO3)4＋4NO2＋4H2O (11)

Xulosa qilib aytganda, titanning xususiyatlari harorat, uning mavjud shakli va tozaligi bilan chambarchas bog'liq. Zich metall titan tabiatda juda barqaror, ammo kukunli titan havoda o'z-o'zidan yonishini keltirib chiqarishi mumkin. Titandagi aralashmalarning mavjudligi titanning fizik, kimyoviy, mexanik va korroziyaga chidamliligiga sezilarli ta'sir qiladi. Xususan, ba'zi interstitsial aralashmalar titanium panjarasini buzishi va titaniumning turli xususiyatlariga ta'sir qilishi mumkin. Xona haroratida titanning kimyoviy faolligi juda kichik va gidroflorik kislota kabi bir nechta moddalar bilan reaksiyaga kirishishi mumkin, ammo harorat ko'tarilganda titanning faolligi tez oshadi, ayniqsa yuqori haroratlarda, titan ko'p moddalar bilan zo'ravonlik bilan reaksiyaga kirishishi mumkin. Titanni eritish jarayoni odatda 800 darajadan yuqori yuqori haroratda amalga oshiriladi, shuning uchun uni vakuumda yoki inert atmosfera himoyasi ostida ishlatish kerak.