№22 Титан

История открытия:

Открытие TiO₂ сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1789), выделил новую "землю" (оксид) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном, позднее установил, что рутил и менакеновая земля - оксиды одного и того же элемента. Первый образец металлического титана получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус. Чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 термическим разложением паров иодида титана TiI₄

Физические свойства:

Титан - легкий серебристо-белый металл. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере.
Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

Химические свойства:

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида, коррозионностоек, но при измельчении в порошок горит на воздухе. Титановая пыль может взрываться (температура вспышки 400°С). При нагревании на воздухе до 1200°C титан сгорает с образованием оксидных фаз переменного состава TiO_x.
Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H₃PO₄ и концентрированной H₂SO₄), однако легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF образует комплексный анион [TiF₆]^2-.
При нагревании титан взаимодействует с галогенами. С азотом выше 400°C титан образует нитрид TiN_x(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiC_x (x=0,49-1,00).
Титан поглощает водород, образуя соединения переменного состава TiH_x. При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H₂.
Титан образует сплавы со многими металлами.
В соединениях титан проявляет степени окисления +2, +3 и +4. Наиболее устойчива степень окисления +4.

Важнейшие соединения:

Диоксид титана, ТiO₂. Белый порошок, желтый в нагретом состоянии, плотностъ 3,9-4,25 г/см³. Амфотерен. В концентрированной Н₂SO₄ растворяется лишь при длительном нагревании. При сплавлении с содой Na₂CO₃ или поташом K₂CO₃ оксид TiO₂ образует титанаты:
TiO₂ + K₂CO₃ = K₂TiO₃ + CO₂
Гидроксид титана(IV), TiO(OH)₂*xH₂O, осаждается из растворов солей титана, его осторожным прокаливанием получают оксид TiO₂. Гидроксид титана(IV) амфотерен.
Тетрахлорид титана, TiCl₄, при обычных условиях — желтоватая, сильно дымящая на воздухе жидкость, что объясняется сильным гидролизом TiCl₄ парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана. Кипящей водой гидролизуется до титановой кислоты(??). Для хлорида титана(IV) характерно образование продуктов присоединения, например TiCl₄*6NH₃, TiCl₄*8NH₃, TiCl₄*PCl₃ и т.д. При растворении хлорида титана(IV) в НСl образуется комплексная кислота H₂[TiCl₆], неизвестная в свободном состоянии; её соли Me₂[TiCl₆] хорошо кристаллизуются и устойчивы на воздухе.
Восстановлением TiCl₄ водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получены трихлорид и дихлорид титана TiCl₃ и TiCl₂ — твердые вещества с сильными восстановительными свойствами.
Нитрид титана — представляет собой фазу внедрения с широкой областью гомогенности, кристаллы с кубической гранецентрированной решеткой. Получение — азотированием титана при 1200 °C или другими способами. Применяется как жаропрочный материал, для создания износостойких покрытий.

Применение:

В виде сплавов. Металл применяется в химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы), лёгких сплавах, остеопротезах. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.
Титан является легирующей добавкой в некоторых марках стали.
Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяется в медицине и технике.
Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.
В виде соединений Белый диоксид титана используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги, пластиков. Пищевая добавка E171.
Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки.

Матигоров А.В.
ХФ ТюмГУ