Титан был обнаружен в Корнуолле, Великобритания, Уильямом Грегором в 1791 году и назван Мартином Генрихом Клапротом в честь титанов греческой мифологии. Элемент встречается в составе ряда месторождений полезных ископаемых, главным образом рутила и ильменита, широко распространенных в земной коре и литосфере; он встречается почти во всех живых существах, а также в водоемах, камнях и почвах. Металл извлекается из основных минеральных руд процессами Кролла и Хантера. Наиболее распространенное соединение, диоксид титана, является популярным фотокатализатором и используется в производстве белых пигментов. Другие соединения включают тетрахлорид титана (TiCl4), компонент дымовых завес и катализаторов; и трихлорид титана (TiCl3), который используется в качестве катализатора в производстве полипропилена.
Титан может быть сплавлен с железом, алюминием, ванадием и молибденом, среди других элементов, для производства прочных и легких сплавов для аэрокосмической (реактивные двигатели, ракеты и космические корабли), военных, промышленных процессов (химическая и нефтехимическая, опреснительные установки, целлюлоза, и бумага)автомобилестроение, сельское хозяйство (сельское хозяйство), медицинские протезы, ортопедические имплантаты, стоматологические и эндодонтические инструменты и файлы, зубные имплантаты, спортивные товары, ювелирные изделия, мобильные телефоны и другие приложения.
Двумя наиболее полезными свойствами металла являются коррозионная стойкость и отношение прочности к плотности, самое высокое из всех металлических элементов. В нелегированном состоянии титан такой же прочный, как некоторые стали, но менее плотный. Существуют две аллотропные формы и пять встречающихся в природе изотопов этого элемента, от 46Ti до 50Ti, причем 48Ti является наиболее распространенным (73,8%).
Физические свойства
Как металл, титан известен своим высоким отношением прочности к весу. Это прочный металл с низкой плотностью, достаточно пластичный (особенно в бескислородной среде), блестящий и металлически-белого цвета. Относительно высокая температура плавления (1668 градусов или 3,{8}}34 градуса по Фаренгейту) делает его полезным в качестве тугоплавкого металла. Он парамагнитен и имеет довольно низкую электро- и теплопроводность по сравнению с другими металлами. Титан становится сверхпроводящим при охлаждении ниже его критической температуры 0,49 К.
Коммерчески чистые (чистота 99,2 процента) марки титана имеют предел прочности при растяжении около 434 МПа (63, 000 фунтов на квадратный дюйм), что соответствует пределу прочности обычных низкосортных стальных сплавов, но они менее плотные. Титан на 60 процентов плотнее алюминия, но более чем в два раза прочнее наиболее часто используемого алюминиевого сплава 6061-T6. Определенные титановые сплавы (например, бета-С) достигают предела прочности при растяжении более 1400 МПа (200, 000 фунтов на кв. дюйм). Однако титан теряет прочность при нагревании выше 430 градусов (806 градусов по Фаренгейту).
Титан не такой твердый, как некоторые марки термообработанной стали; он немагнитен и плохо проводит тепло и электричество. Механическая обработка требует мер предосторожности, потому что материал может истираться, если не используются острые инструменты и надлежащие методы охлаждения. Как и стальные конструкции, конструкции из титана имеют предел выносливости, который гарантирует долговечность в некоторых областях применения.
Металл представляет собой диморфный аллотроп гексагональной формы, который превращается в объемно-центрированную кубическую (решетчатую) форму при 882 градусах (1620 градусов по Фаренгейту). Удельная теплоемкость формы резко возрастает по мере ее нагревания до этой температуры перехода, но затем падает и остается довольно постоянной для формы независимо от температуры.
Химические свойства
Подобно алюминию и магнию, поверхность металлического титана и его сплавов сразу же окисляется при воздействии воздуха с образованием тонкого беспористого пассивирующего слоя, который защищает объемный металл от дальнейшего окисления или коррозии. Когда он впервые формируется, этот защитный слой имеет толщину всего 1-2 нм, но он продолжает медленно расти, достигая толщины 25 нм за четыре года. Этот слой придает титану превосходную устойчивость к коррозии, почти эквивалентную платине.
Титан способен выдерживать воздействие разбавленной серной и соляной кислот, растворов хлоридов и большинства органических кислот. Однако титан подвергается коррозии концентрированными кислотами. Как показывает его отрицательный окислительно-восстановительный потенциал, титан является термодинамически очень реакционноспособным металлом, который горит в нормальной атмосфере при более низких температурах, чем точка плавления. Плавление возможно только в инертной атмосфере или в вакууме. При 550 градусах (1022 градуса по Фаренгейту) он соединяется с хлором. Он также реагирует с другими галогенами и поглощает водород.
Титан легко реагирует с кислородом при 1200 градусах (2190 градусов по Фаренгейту) на воздухе и при 610 градусах (1130 градусов по Фаренгейту) в чистом кислороде с образованием диоксида титана. Титан является одним из немногих элементов, которые сгорают в чистом газообразном азоте, реагируя при 800 градусах (1470 градусов по Фаренгейту) с образованием нитрида титана, который вызывает охрупчивание. Из-за высокой реакционной способности по отношению к кислороду, азоту и многим другим газам титан, испаряемый из нитей, является основой для титановых сублимационных насосов, в которых титан служит поглотителем этих газов, химически связываясь с ними. Такие насосы недорого создают чрезвычайно низкие давления в системах сверхвысокого вакуума.
Вхождение
Титан является девятым по распространенности элементом в земной коре (0,63 процента по массе) и седьмым по распространенности металлом. Он присутствует в виде оксидов в большинстве магматических пород, в полученных из них отложениях, в живых существах и в естественных водоемах. Из 801 типов магматических пород, проанализированных Геологической службой США, 784 содержали титан. Его доля в почвах составляет примерно 0,5—1,5%.
Распространенными титансодержащими минералами являются анатаз, брукит, ильменит, перовскит, рутил и титанит (сфен). Акаогиит — чрезвычайно редкий минерал, состоящий из диоксида титана. Из этих минералов только рутил и ильменит имеют экономическое значение, но даже их трудно найти в высоких концентрациях. В 2011 г. было добыто около 6,0 и 0,7 млн тонн этих полезных ископаемых соответственно. Значительные титаносодержащие месторождения ильменита существуют в западной Австралии, Канаде, Китае, Индии, Мозамбике, Новой Зеландии, Норвегии, Сьерра-Леоне, Южной Африке и Украине. Около 210,000 тонн губчатого титана было произведено в 2020 году, в основном в Китае (110,000 тонн), Японии (50,000 тонн), России (33,{{ 15}} т) и Казахстан (15,000 т). Общие запасы анатаза, ильменита и рутила оцениваются более чем в 2 миллиарда тонн.
Концентрация титана в океане составляет около 4 пикомолей. При 100 градусах концентрация титана в воде оценивается менее чем 10-7 М при рН 7. Идентификация видов титана в водном растворе остается неизвестной из-за его низкой растворимости и отсутствия чувствительных спектроскопических методов, хотя только Степень окисления 4 плюс стабильна на воздухе. Никаких доказательств биологической роли не существует, хотя известно, что редкие организмы накапливают высокие концентрации титана.
Титан содержится в метеоритах, он был обнаружен на Солнце и в звездах М-типа (самый холодный тип) с температурой поверхности 3200 градусов (5790 градусов по Фаренгейту). Камни, доставленные с Луны во время миссии «Аполлон-17», состоят из 12,1% TiO2. Самородный титан (чистый металлический) встречается очень редко.
Если вы хотите узнать больше новостей о Титаниуме,пожалуйста, нажмите здесь.
Связаться с нами: zhangjixia@bjygti.com
