Titanning kimyoviy va fizik xususiyatlari

Titan kuchli va engil o'tga chidamli metalldir. Titan qotishmalari aerokosmik sanoati uchun juda muhim bo'lib, tibbiy, kimyoviy va harbiy texnika, shuningdek, sport jihozlarida ham qo'llaniladi.

Aerokosmik dasturlar titan iste'molining 80% ni tashkil qiladi, metallning 20% ​​zirh, tibbiy texnika va iste'mol mahsulotlarida ishlatiladi.

Titan xususiyatlari

Titanning xususiyatlari haqida gap ketganda, biz uning noyob jismoniy xususiyatlarini e'tiborsiz qoldira olmaymiz. Titan engil metall bo'lib, zichligi kub santimetr uchun 4,5 gramm bo'lib, unga ajoyib kuch beradi. Ushbu kuch va vazn nisbati titanni aerokosmik sohada iskala materialiga aylantiradi va zamonaviy samolyotlarning rivojlanishiga yordam beradi.

Atom belgisi: Ti

Atom raqami: 22

Element toifasi: O'tish metalli

Zichlik: 4,506/sm 3

Erish nuqtasi: 3038 daraja F (1670 daraja)

Qaynash nuqtasi: 5949 daraja F (3287 daraja)

Mohs qattiqligi: 6

xususiyat

Titan o'z ichiga olgan qotishmalar yuqori quvvati, engilligi va mukammal korroziyaga chidamliligi bilan mashhur. Titan po'lat kabi mustahkam bo'lsa-da, u taxminan 40% engilroq.

Bu kavitatsiyaga (vaqt o'tishi bilan metallni zaiflashtiradigan yoki shikastlaydigan zarba to'lqinlarini keltirib chiqaradigan tez bosimning o'zgarishi) va eroziyaga chidamliligi bilan birgalikda uni aerokosmik muhandislar uchun muhim tarkibiy metallga aylantiradi.

Titan, shuningdek, suv va kimyoviy vositalar tomonidan korroziyaga juda chidamli. Bu qarshilik uning yuzasida yupqa titan dioksidi (TiO 2) qatlami hosil bo'lishidan kelib chiqadi va bu materiallarning kirib borishini juda qiyinlashtiradi.

Titan kamroq elastiklik moduliga ega. Bu shuni anglatadiki, titan juda moslashuvchan va egilgandan keyin asl shakliga qaytishi mumkin. Xotira qotishmalari (sovuqda deformatsiyalanadigan, lekin qizdirilganda asl shakliga qaytadigan qotishmalar) ko'plab zamonaviy ilovalar uchun muhimdir.

Titan magnit bo'lmagan va biologik mos kelmaydigan (toksik bo'lmagan, allergen bo'lmagan) bo'lib, bu uning tibbiyot sohasida ko'payishiga olib keldi.

tarix

Titanning sanoat ahamiyatini tushunish uchun uning tarixiga nazar tashlashimiz kerak. Titanning kashfiyoti 18-asrga to'g'ri keladi, ammo uning halokatli shakli 20-asrgacha muvaffaqiyatli ajratilmagan. So'nggi bir necha o'n yilliklarda titan asta-sekin mashhur bo'lib, fan va texnologiyaning asosiy tayanchiga aylandi. Aviatsiya sanoatining yuksalishi bilan titanium qotishmalari samolyot tuzilmalari uchun ideal tanlovga aylandi. Ularning engil va yuqori quvvatli xususiyatlari samolyotlarni nafaqat energiya tejamkor, balki xavfsizroq qiladi.

Titandan har qanday shaklda foydalanish faqat Ikkinchi jahon urushidan keyin haqiqatan ham rivojlangan. Aslida, titan 1910 yilgacha amerikalik kimyogar Metyu Hunter titan tetrakloridni (TiCl 4) natriy bilan kamaytirish yo'li bilan titan ishlab chiqargunga qadar metall sifatida ajratilmagan; hozirda Hunter jarayoni deb nomlanuvchi usul.

Biroq, 1930-yillargacha Uilyam Jastin Kroll magniy titanni xloriddan kamaytirish uchun ishlatilishi mumkinligini ko'rsatgan paytgacha tijorat ishlab chiqarish mumkin emas edi. Kroll jarayoni bugungi kunda eng ko'p ishlatiladigan tijorat ishlab chiqarish usuli bo'lib qolmoqda.

Titandan birinchi yirik foydalanish tejamkor ishlab chiqarish usuli ishlab chiqilgandan so'ng harbiy samolyotlarda bo'ldi. Sovet Ittifoqi va Amerika Qo'shma Shtatlari 1950 va 1960 yillarda ishlab chiqilgan harbiy samolyotlar va suv osti kemalarida titan qotishmalaridan foydalanishni boshladilar. 1960-yillarning boshlariga kelib, tijorat samolyotlarini ishlab chiqaruvchilar ham titanium qotishmalaridan foydalanishni boshladilar.

Shvetsiyalik shifokor Per-Ingvar Branemark tomonidan 1950-yillarda olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, titan inson tanasida salbiy immunitet reaktsiyasini qo'zg'atmaydi, bu metallning tanamizga integratsiyalashuviga imkon beradi. Bu osseointegratsiya deb ataladi.

Ishlab chiqarish

Titan keng qo'llaniladigan engil metall bo'lib, uning ishlab chiqarilishi asosan xlorlash usuliga tayanadi. Ushbu jarayonda titan rudasi odatda xlor gazi va koks bilan reaksiyaga kirishib, titanium xlorid hosil qiladi, keyin esa yuqori harorat orqali sof metall titanga kamayadi. Ushbu noyob va murakkab ishlab chiqarish jarayoni bizga turli sohalarda qo'llash uchun poydevor qo'yish uchun kuchli, engil titan materialini taqdim etadi.

Titan yer qobig'ida to'rtinchi eng keng tarqalgan metall element (alyuminiy, temir va magniydan keyin) bo'lsa-da, titanium metall ishlab chiqarish ifloslanish, ayniqsa kislorod uchun juda sezgir, shuning uchun uning rivojlanishi nisbatan yangi va qimmat.

Birlamchi titan ishlab chiqarishda ishlatiladigan asosiy rudalar ilmenit va rutil bo'lib, ishlab chiqarishning taxminan 90% va 10% ni tashkil qiladi.

2015 yilda ilmenit kontsentrati ishlab chiqarish 10 million tonnaga yaqin bo'ldi, garchi har yili ishlab chiqarilgan ilmenit kontsentratining faqat kichik bir qismi (taxminan 5%) oxir-oqibat titan metalliga aylanadi. Buning o'rniga, ko'pchilik bo'yoqlar, oziq-ovqat, farmatsevtika va kosmetika mahsulotlarida ishlatiladigan oqartiruvchi pigment bo'lgan titan dioksidi (TiO 2) ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Kroll jarayonining birinchi bosqichida titan rudasi maydalanadi va kokslangan ko'mir bilan xlorli atmosferada qizdirilib, titan tetraklorid (TiCl 4) olinadi. Keyin xlorid ushlanib, kondensatordan o'tkaziladi, sofligi 99% gacha bo'lgan titan xlorid suyuqligi hosil bo'ladi.

Keyin titan tetraklorid to'g'ridan-to'g'ri eritilgan magniyni o'z ichiga olgan idishga yuboriladi. Kislorod bilan ifloslanishni oldini olish uchun uni argon qo'shib inert holga keltiring.

Keyingi distillash jarayoni bir necha kun davom etishi mumkin, bu vaqt ichida idish 1832 daraja F (1000 daraja) ga qadar isitiladi. Magniy titanium xlorid bilan reaksiyaga kirishib, xloridni ajratib, elementar titan va magniy xloridini hosil qiladi.

Olingan tolali titan shimgichli titan deb ataladi. Titanium qotishmalari va yuqori tozalikdagi titanium ingotlarini ishlab chiqarish uchun titanium shimgichni turli xil qotishma elementlari bilan eritish uchun elektron nur, plazma yoyi yoki vakuum yoyi eritilishi mumkin.

foydalanish

Titan metallining sport anjomlari sohasida qo'llanilishi asosan yuqori darajadagi velosipedlarda, golf klublarida, tennis raketkalarida va boshqa jihozlarda namoyon bo'ladi. Titan metallining engil xususiyatlari sport anjomlarini yanada moslashuvchan va qulay qiladi, sportchilarning raqobatbardosh darajasini oshiradi.

Titan metall aerokosmik, avtomobilsozlik, tibbiy asbob-uskunalar, kimyo sanoati, elektronika va sport buyumlari va boshqa sohalarda keng qo'llaniladi. Ilm-fan va texnologiyaning uzluksiz rivojlanishi va taraqqiyoti va texnologiyaning takomillashishi bilan titanium metallni qo'llash sohalari kengayishda davom etadi. Titan metallining ajoyib xususiyatlari va ko'p qirraliligi uni zamonaviy muhandislik materiallarining ajralmas qismiga aylantiradi.

 

〔Iqtibos〕Bell, Terens. "Titanning xususiyatlari va xususiyatlari". ThoughtCo, 2023 yil 4 aprel, thinkco.com/metal-profile-titanium-2340158.