Паметникът в чест на космическите изследователи е издигнат в Москва през 1964 г. Почти седем години (1958-1964) са били изразходвани за проектиране и изграждане на този обелиск. Авторите трябваше да решат не само архитектурни и художествени проблеми, но и технически проблеми. Първият от тях беше изборът на материали, включително облицовка. След много експерименти се спряхме на титаниеви листове, полирани до блясък.

Наистина, по много характеристики и най-вече по устойчивост на корозия, титанът превъзхожда по-голямата част от металите и сплавите. Понякога (особено в популярната литература) титанът се нарича вечният метал. Но нека първо да поговорим за историята на този елемент.

Окислени или неокислени?

До 1795 г. елемент No 22 се нарича "менакин". Така е наречен през 1791 г. от английския химик и минералог Уилям Грегор, който открива нов елемент в минерала менаканит (не търсете това име в съвременните минералогични справочници - менаканитът също е преименуван, сега се нарича илменит ).

Четири години след откритието на Грегор, немският химик Мартин Клапрот откри ново химичен елементв друг минерал - рутил - и в чест на кралицата на елфите Титания (германска митология) го нарекъл титан.

Според друга версия името на елемента идва от титаните, могъщите синове на богинята на земята Гея (гръцката митология).

През 1797 г. се оказва, че Грегор и Клапрот са открили същия елемент и въпреки че Грегор го е направил по-рано, името, дадено му от Клапрот, е установено за новия елемент.

Но нито Грегор, нито Клапрот успяха да получат елементала титан. Белият кристален прах, който те изолират, е титанов диоксид TiO 2 . Дълго време никой от химиците не успя да редуцира този оксид и да изолира чист метал от него.

През 1823 г. английският учен W. Wollaston съобщава, че откритите от него кристали в металургичната шлака на завода Merthyr Tydfil не са нищо повече от чист титан. И 33 години по-късно известният немски химик Ф. Вьолер доказа, че тези кристали отново са титаново съединение, този път металоподобен карбонитрид.

Дълги години се смяташе, че метал титанът е получен за първи път от Берцелиус през 1825 г.при редукция на калиев флуоротитанат с метален натрий. Днес обаче, сравнявайки свойствата на титана и продукта, получен от Берцелиус, може да се твърди, че президентът на Шведската академия на науките е сбъркал, тъй като чистият титабн бързо се разтваря във флуороводородна киселина (за разлика от много други киселини) и Берцелиус металният титан успешно устоя на неговото действие.

Всъщност Ti е получен за първи път едва през 1875 г. от руския учен Д. К. Кирилов. Резултатите от тази работа са публикувани в неговата брошура „Изследване на титана“. Но работата на малко известния руски учен остана незабелязана. Още 12 години по-късно доста чист продукт - около 95% титан - беше получен от сънародниците на Берцелиус, известните химици Л. Нилсон и О. Петерсън, които редуцираха титанов тетрахлорид с метален натрий в стоманена херметична бомба.

През 1895 г. френският химик А. Моасан, редуциращ титанов диоксид с въглерод в дъгова пещ и подлагайки получения материал на двойно рафиниране, получава титан, съдържащ само 2% примеси, главно въглерод. И накрая, през 1910 г. американският химик М. Хънтър, след като подобри метода на Нилсон и Питърсън, успя да получи няколко грама титан с чистота около 99%. Ето защо в повечето книги приоритетът за получаване на титанов метал се приписва на Хънтър, а не на Кирилов, Нилсон или Мойсан.

Въпреки това нито Хънтър, нито неговите съвременници предричат ​​голямо бъдеще на титана. Само няколко десети от процента от примесите се съдържат в метала, но тези примеси правят титана чуплив, чуплив и неподходящ за употреба. механична обработка. Следователно някои титанови съединения намериха приложение по-рано от самия метал. Титрахлоридът, например, е бил широко използван в началото световна войназа създаване на димни завеси.

No22 в медицината

През 1908 г. в САЩ и Норвегия започва производството на бяло не от оловни и цинкови съединения, както се правеше преди, а от титанов диоксид. С такова бяло можете да боядисвате няколко пъти по-големи повърхности, отколкото със същото количество оловно или цинково бяло. В допълнение, титановото бяло има по-голяма отразяваща способност, не е отровно и не потъмнява под въздействието на сероводород. В медицинската литература е описан случай, при който човек е "приел" 460 g титанов диоксид наведнъж! (Чудя се с какво го е объркал?) „Любовникът“ на титановия диоксид не изпитва никакви болезнени усещания. TiO 2 е част от някои медицински изделия, по-специално мехлеми против кожни заболявания.

Но не медицината, а индустрията за бои и лакове консумира най-големи количества TiO 2. Световното производство на това съединение далеч надхвърля половин милион тона годишно. Емайлите на базата на титанов диоксид се използват широко като защитни и декоративни покритиявърху метала и дървото в корабостроенето, строителството и машиностроенето. Срокът на експлоатация на конструкциите и частите се увеличава значително. Титаново бяло се използва за оцветяване на тъкани, кожа и други материали.

Ти в индустрията

Титановият диоксид е част от порцеланови маси, огнеупорни стъкла, керамични материалис висока диелектрична константа. Като пълнител, който повишава якостта и устойчивостта на топлина, той се въвежда в каучукови смеси. Въпреки това, всички предимства на титановите съединения изглеждат незначителни на фона на уникалните свойства на чистия метален титан.

Елементален титан

През 1925 г. холандските учени ван Аркел и де Боер получават титан с висока чистота - 99,9%, използвайки йодидния метод (повече за това по-долу). За разлика от титана, получен от Хънтър, той имаше пластичност: можеше да бъде изкован на студено, навит на листове, ленти, тел и дори най-тънкото фолио. Но дори това не е основното. Изследванията на физикохимичните свойства на металния титан са довели до почти фантастични резултати. Оказа се например, че титанът, който е почти два пъти по-лек от желязото (плътност на титана 4,5 g/cm3), превъзхожда по здравина много стомани. Сравнението с алуминия също се оказа в полза на титана: титанът е само един път и половина по-тежък от алуминия, но е шест пъти по-здрав и, което е особено важно, запазва здравината си при температури до 500°C ( и с добавяне на легиращи елементи - до 650°C), докато якостта на алуминиевите и магнезиевите сплави рязко спада още при 300°C.

Титанът също има значителна твърдост: той е 12 пъти по-твърд от алуминия, 4 пъти по-твърд от желязото и медта. Друга важна характеристика на метала е неговата граница на провлачване. Колкото по-високо е, толкова по-добре частите от този метал издържат на експлоатационни натоварвания, толкова по-дълго запазват своите форми и размери. Границата на провлачване на титана е почти 18 пъти по-висока от тази на алуминия.

За разлика от повечето метали, титанът има значително електрическо съпротивление: ако електропроводимостта на среброто се приеме за 100, то електропроводимостта на медта е 94, алуминия - 60, желязото и платината - 15, а титана - само 3,8. Едва ли има нужда да обясняваме, че това свойство, подобно на немагнетизма на титана, представлява интерес за радиоелектрониката и електротехниката.

Устойчивостта на титана на корозия е забележителна. След 10 години излагане на морска вода, върху плочата от този метал не се появиха следи от корозия. Роторите на съвременните тежки хеликоптери са направени от титанови сплави. Руловете, елероните и някои други критични части на свръхзвукови самолети също са направени от тези сплави. На много химическо производствоДнес можете да намерите цели апарати и колони от титан.

Как да получите титан

Цената е друго нещо, което забавя производството и потреблението на титан. Всъщност високата цена не е присъщ дефект на титана. IN земната кораима много - 0,63%. Все още високата цена на титана е следствие от трудното му извличане от рудите. Това се обяснява с високия афинитет на титана към много елементи и силата на химичните връзки в естествените му съединения. Оттук и сложността на технологията. Ето как изглежда магнезиево-термичният метод за производство на титан, разработен през 1940 г. от американския учен В. Крол.

Титановият диоксид се превръща в титанов тетрахлорид с помощта на хлор (в присъствието на въглерод):

HO 2 + C + 2CI 2 → HCI 4 + CO 2.

Процесът протича в шахтови електрически пещи при 800-1250°C. Друг вариант е хлорирането на соли на алкални метали NaCl и KCl в стопилка.Следващата операция (не по-малко важна и отнемаща време) - пречистване на TiCl 4 от примеси - се извършва различни начинии вещества. Титановият тетрахлорид при нормални условия е течност с точка на кипене 136°C.

По-лесно е да се прекъсне връзката между титан и хлор, отколкото с кислород. Това може да стане с помощта на магнезий чрез реакцията

TiCl 4 + 2Mg → T + 2MgCl 2.

Тази реакция протича в стоманени реактори при 900°C. Резултатът е така наречената титанова гъба, импрегнирана с магнезий и магнезиев хлорид. Те се изпаряват в запечатан вакуумен апарат при 950°C и титановата гъба след това се синтерова или разтопява в компактен метал.

Натриево-термичният метод за производство на метален титан по принцип не се различава много от магнезиево-термичния метод. Тези два метода са най-широко използвани в индустрията. За получаване на по-чист титан все още се използва йодидният метод, предложен от van Arkel и de Boer. Металотермичната титанова гъба се превръща в TiI 4 йодид, който след това се сублимира във вакуум. По пътя си парите на титап йодид се натъкват на титанова тел, нагрята до 1400°C. В този случай йодидът се разлага и върху жицата се образува слой от чист титан. Този метод на производство на титан е нископроизводителен и скъп, така че се използва в индустрията в изключително ограничена степен.

Въпреки трудоемкостта и енергоемкостта на производството на титан, то вече се превърна в един от най-важните подотрасли на цветната металургия. Световното производство на титан се развива с много бързи темпове. Това може да се съди дори по откъслечните сведения, които попадат в печат.

Известно е, че през 1948 г. в света са били топени само 2 тона титан, а 9 години по-късно - вече 20 хил. т. Това означава, че през 1957 г. във всички страни са били произведени 20 хил. т титан, а през 1980 г. са консумирали само САЩ. . 24,4 хиляди тона титан... Изглежда, че доскоро титанът се наричаше рядък метал - сега той е най-важният конструктивен материал. Това може да се обясни само с едно нещо: рядка комбинация полезни свойстваелемент № 22. И, естествено, нуждите на технологиите.

Ролята на титана като конструктивен материал, в основата на високоякостни сплави за авиацията, корабостроенето и ракетостроенето, бързо нараства. Използва се за сплави повечето оттопи титан в света. Сплавта е широко известна с авиационна индустрия, състоящ се от 90% титан, 6% алуминий и 4% ванадий. През 1976 г. в американската преса се появяват съобщения за нова сплав за същата цел: 85% титан, 10% ванадий, 3% алуминий и 2% желязо. Те твърдят, че тази сплав е не само по-добра, но и по-икономична.

Като цяло титановите сплави включват много елементи, включително платина и паладий. Последните (в количество от 0,1-0,2%) повишават вече високата химическа устойчивост на титановите сплави.

Силата на титана също се увеличава от „легиращи добавки“ като азот и кислород. Но заедно със здравината те повишават твърдостта и най-важното - крехкостта на титана, така че съдържанието им е строго регулирано: в сплавта се допускат не повече от 0,15% кислород и 0,05% азот.

Въпреки факта, че титанът е скъп, замяната му с по-евтини материали в много случаи се оказва рентабилна. Ето един типичен пример. Корпусът на химически апарат от неръждаема стомана струва 150 рубли, а този от титанова сплав струва 600 рубли. Но в същото време стоманеният реактор издържа само 6 месеца, а титановият - 10 години. Добавете разходите за подмяна на стоманени реактори, принудителен престойоборудване - и ще стане очевидно, че използването на скъп титан може да бъде по-изгодно от стоманата.

Металургията използва значителни количества титан. Има стотици марки стомана и други сплави, които съдържат титан като легираща добавка. Въвежда се за подобряване на структурата на металите, повишаване на якостта и устойчивостта на корозия.

Някои ядрени реакции трябва да протичат в почти абсолютен вакуум. С помощта на живачни помпи вакуумът може да се доведе до няколко милиардни от атмосферата. Но това не е достатъчно, а живачните помпи не могат повече. По-нататъшното изпомпване на въздуха се извършва от специални титанови помпи. В допълнение, за постигане на още по-голям вакуум, фино диспергиран титан се напръсква върху вътрешната повърхност на камерата, където протичат реакциите.

Титанът често се нарича металът на бъдещето. Фактите, с които науката и технологиите вече разполагат, ни убеждават, че това не е съвсем вярно – титанът вече се е превърнал в метала на настоящето.

Перовскит и сфен. Илменит - железен метатитанат FeTiO 3 - съдържа 52,65% TiO 2. Името на този минерал се дължи на факта, че е намерен в Урал в планината Илмен. Най-големите разсипи от илменитови пясъци се намират в Индия. Друг важен минерал, рутил, е титановият диоксид. Титаномагнетитите, естествена смес от илменит с железни минерали, също са от индустриално значение. Богати находища на титанови руди има в СССР, САЩ, Индия, Норвегия, Канада, Австралия и други страни. Неотдавна геолозите откриха в района на Северен Байкал нов минерал, съдържащ титан, който беше наречен ландауит в чест на съветския физик академик Л. Д. Ландау. Общо повече от 150 значими рудни и разсипни находища на титан са известни по целия свят.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Титан- двадесет и вторият елемент на периодичната система. Обозначение - Ti от латинския "титан". Намира се в четвърти период, IVB група. Отнася се за метали. Ядреният заряд е 22.

Титанът е много разпространен в природата; Съдържанието на титан в земната кора е 0,6% (тегл.), т.е. по-високо от съдържанието на широко използвани в технологиите метали като мед, олово и цинк.

Като просто веществотитанът е сребристо-бял метал (Фигура 1). Отнася се за леки метали. Огнеупорен. Плътност - 4,50 g/cm3. Точките на топене и кипене са съответно 1668 o C и 3330 o C. Той е устойчив на корозия на въздух при обикновени температури, което се обяснява с наличието на защитен филм от състава на TiO 2 върху повърхността му.

Ориз. 1. Титан. Външен вид.

Атомна и молекулна маса на титан

Относително молекулно тегло на веществото(M r) е число, показващо колко пъти масата на дадена молекула е по-голяма от 1/12 масата на въглероден атом и роднина атомна масаелемент(A r) - колко пъти средната маса на атомите на химичен елемент е по-голяма от 1/12 от масата на въглероден атом.

Тъй като в свободно състояние титанът съществува под формата на моноатомни Ti молекули, стойностите на неговите атомни и молекулни маси съвпадат. Те са равни на 47,867.

Изотопи на титан

Известно е, че в природата титанът се среща под формата на пет стабилни изотопа 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti и 50 Ti. Техните масови числа са съответно 46, 47, 48, 49 и 50. Ядрото на атома на титановия изотоп 46 Ti съдържа двадесет и два протона и двадесет и четири неутрона, а останалите изотопи се различават от него само по броя на неутроните.

Има изкуствени изотопи на титан с масови числаот 38 до 64, сред които най-стабилен е 44 Ti с период на полуразпад 60 години, както и два ядрени изотопа.

Титанови йони

На външното енергийно ниво на титановия атом има четири електрона, които са валентни:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2 .

В резултат на химично взаимодействие титанът отдава своите валентни електрони, т.е. е техен донор и се превръща в положително зареден йон:

Ti 0 -2e → Ti 2+ ;

Ti 0 -3e → Ti 3+ ;

Ti 0 -4e → Ti 4+ .

Молекула и атом на титан

В свободно състояние титанът съществува под формата на едноатомни Ti молекули. Ето някои свойства, характеризиращи атома и молекулата на титана:

Титанови сплави

Основното свойство на титана, което допринася за широкото му използване в модерна технология- висока устойчивост на топлина както на самия титан, така и на неговите сплави с алуминий и други метали. В допълнение, тези сплави са топлоустойчиви - устойчиви на поддържане на високи механични свойства при повишени температури. Всичко това прави титаниевите сплави много ценни материали за производството на самолети и ракети.

При високи температури титанът се свързва с халогени, кислород, сяра, азот и други елементи. Това е основата за използването на сплави от титан и желязо (феротитан) като добавка към стоманата.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Упражнение	Изчислете количеството топлина, отделено при редукцията на титанов (IV) хлорид с тегло 47,5 g с магнезий. Термохимичното уравнение на реакцията има следния вид:
Решение	Нека напишем отново термохимичното уравнение на реакцията: TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 =477 kJ. Съгласно уравнението на реакцията в нея влизат 1 мол титанов (IV) хлорид и 2 мола магнезий. Нека изчислим масата на титанов (IV) хлорид, използвайки уравнението, т.е. теоретична маса ( моларна маса- 190 g/mol): m теория (TiCl 4) = n (TiCl 4) × M (TiCl 4); m теория (TiCl 4) = 1 × 190 = 190 g. Да направим пропорция: m прак. (TiCl 4)/ m теор. (TiCl 4) = Q прак. / Q теор. Тогава количеството топлина, отделена по време на редукцията на титанов (IV) хлорид с магнезий, е равно на: Q прак = Q теория × m прак (TiCl 4)/ m теория; Q прак = 477 × 47,5/ 190 = 119,25 kJ.
Отговор	Количеството топлина е 119,25 kJ.

Елемент 22 (английски Titanium, френски Titane, немски Titan) е открит в края на 18 век, когато търсенето и анализът на нови минерали, които все още не са описани в литературата, увлича не само химиците и минералозите, но и учените аматьори. Един такъв аматьор, английският свещеник Грегор, намери черен пясък, смесен с фин почти бял пясък в своята енория в долината Меначан в Корнуол. Грегор разтвори пясъчна проба в солна киселина; В същото време 46% от желязото се отделя от пясъка. Грегор разтвори останалата част от пробата в сярна киселина и почти цялото вещество премина в разтвор, с изключение на 3,5% силициев диоксид. След изпаряване на разтвора на сярната киселина остава бял прах в количество 46% от пробата. Грегор го смяташе за специален вид вар, разтворим в излишък от киселина и утаен от разяждащ калий. Продължавайки да изучава праха, Грегър стигна до заключението, че това е съединение на желязо с някакъв неизвестен метал. След консултация с приятеля си, минералога Хокинс, Грегър публикува резултатите от своята работа през 1791 г., като предлага новият метал да бъде наречен Меначин на името на долината, в която е открит черният пясък. В съответствие с това оригиналният минерал е наречен менаконит. Клапрот се запознава с посланието на Грегор и независимо от него започва да анализира минерала, известен по това време като „червен унгарски шерл” (рутил). Скоро той успява да изолира оксид на неизвестен метал от минерала, който нарича титан (Титан) по аналогия с титаните - древните митични обитатели на земята. Клапрот съзнателно избра митологично име, за разлика от именуване на елементи според техните свойства, както беше предложено от Лавоазие и номенклатурната комисия на Парижката академия на науките и което доведе до сериозни недоразумения. Подозирайки, че менахина и титана на Грегор са един и същ елемент, Клапрот извършва сравнителен анализ на менаконит и рутил и установява идентичността на двата елемента. В Русия в края на 19 век. титанът е изолиран от илменит и е изследван подробно от химическа страна от T.E. Lovitz; В същото време той отбеляза някои грешки в определенията на Клапрот. Електролитно чист титан е получен през 1895 г. от Moissan. В руската литература от началото на 19 век. титанът понякога се нарича титан (Dvigubsky, 1824), а пет години по-късно името титан се появява там.

По-голямата част от титана се изразходва за нуждите на авиационната и ракетната техника и морското корабостроене. Той, както и феротитанът, се използва като легираща добавка към висококачествени стомани и като дезоксидант. Технически титанизползвани за производство на контейнери, химически реактори, тръбопроводи, фитинги, помпи, клапани и други продукти, работещи в агресивни среди. Компактният титан се използва за направата на мрежи и други части на електрически вакуумни устройства, работещи при високи температури.

По отношение на използването като конструктивен материал Ti е на 4-то място, на второ място след Al, Fe и Mg. Титановите алуминиди са много устойчиви на окисляване и топлоустойчиви, което от своя страна определя използването им в авиационното и автомобилното производство като структурни материали. Биологичната безвредност на този метал го прави отличен материал за хранително-вкусовата промишленост и реконструктивната хирургия.

Титанът и неговите сплави са намерили широко приложение в технологиите поради високата си механична сила, която се запазва при високи температури, устойчивост на корозия, топлоустойчивост, специфична якост, ниска плътност и други полезни свойства. Високата цена на този метал и материалите на негова основа в много случаи се компенсират от по-високите им характеристики, а в някои случаи те са единствената суровина, от която може да се направи оборудване или конструкции, които могат да работят в тези специфични условия.

Титановите сплави играят важна роля в авиационната технология, където се стремят да получат най-много олекотен дизайнкомбинирани с необходимата якост. Ti е лек в сравнение с други метали, но в същото време може да работи при високи температури. Базираните на Ti материали се използват за направата на корпуса, крепежните части, захранващия комплект, частите на шасито и различни възли. Тези материали се използват и при конструирането на самолетни реактивни двигатели. Това ви позволява да намалите теглото им с 10-25%. Титанови сплави се използват за производство на компресорни дискове и лопатки, части за въздухозаборници и водачи в двигатели и различни крепежни елементи.

Друга област на приложение е ракетната техника. Поради краткотрайната работа на двигателите и бързото преминаване на плътни слоеве на атмосферата в ракетната наука проблемите на якостта на умора, статичната издръжливост и частично пълзенето са елиминирани до голяма степен.

Поради недостатъчно високата си термична якост техническият титан не е подходящ за използване в авиацията, но поради изключително високата си устойчивост на корозия в някои случаи е незаменим в химическата промишленост и корабостроенето. По този начин се използва в производството на компресори и помпи за изпомпване на такива агресивни среди като сярна и солна киселина и техните соли, тръбопроводи, спирателни кранове, автоклав, различни видове контейнери, филтри и др. Само Ti е устойчив на корозия в среди като мокър хлор, водни и киселинни хлорни разтвори, следователно оборудването за хлорната промишленост се прави от този метал. Използва се и за производство на топлообменници, работещи в корозивни среди, например азотна киселина (непушачи). В корабостроенето титанът се използва за производството на витла, обшивка на кораби, подводници, торпеда и др. На този материалчерупките не залепват, което рязко увеличава съпротивлението на плавателния съд при движението му.

Титановите сплави са обещаващи за използване в много други приложения, но тяхното разпространение в технологиите е възпрепятствано от високата цена и недостатъчното изобилие от този метал.

Титановите съединения също се използват широко в различни индустриииндустрия. Карбидът (TiC) има висока твърдост и се използва в производството режещи инструментии абразивни материали. Бял диоксид (TiO2) се използва в бои (напр. титаниево бяло) и в производството на хартия и пластмаса. Органо-титановите съединения (например тетрабутоксититан) се използват като катализатор и втвърдител в химическата и бояджийската промишленост. Неорганичните съединения на титан се използват в химическата електроника и промишлеността за фибростъкло като добавки. Диборидът (TiB 2) е важен компонент на свръхтвърдите материали за обработка на метали. Нитрид (TiN) се използва за покритие на инструменти.

В периодичната таблица химичният елемент титан е обозначен като Ti (титан) и се намира във вторична подгрупа на група IV, в 4-ти период под атомен номер 22. Това е сребристо-бял твърд метал, който е част от голямо количествоминерали. Можете да закупите титан на нашия уебсайт.

Титанът е открит в края на 18 век от химици от Англия и Германия Уилям Грегор и Мартин Клапрот, независимо един от друг с разлика от шест години. Името на елемента е дадено от Мартин Клапрот в чест на древногръцките герои на титаните (огромни, силни, безсмъртни същества). Както се оказа, името стана пророческо, но на човечеството бяха необходими повече от 150 години, за да се запознае с всички свойства на титана. Само три десетилетия по-късно беше възможно да се получи първата проба от метален титан. По това време той практически не се използва поради своята крехкост. През 1925 г., след серия от експерименти, използвайки йодидния метод, химиците Ван Аркел и Де Боер извличат чист титан.

Поради ценните свойства на метала, инженерите и дизайнерите веднага обърнаха внимание на него. Беше истински пробив. През 1940 г. Крол разработва магнезиево-термичен метод за получаване на титан от руда. Този метод е актуален и днес.

Физични и механични свойства

Титанът е доста огнеупорен метал. Точката му на топене е 1668±3°C. По този показател той е по-нисък от такива метали като тантал, волфрам, рений, ниобий, молибден, тантал, цирконий. Титанът е парамагнитен метал. В магнитно поле той не се магнетизира, но не се изтласква от него. Изображение 2
Титанът има ниска плътност (4,5 g/cm³) и висока якост (до 140 kg/mm²). Тези свойства практически не се променят при високи температури. Той е повече от 1,5 пъти по-тежък от алуминия (2,7 g/cm³), но 1,5 пъти по-лек от желязото (7,8 g/cm³). По отношение на механичните свойства титанът е много по-добър от тези метали. По отношение на якостта титанът и неговите сплави са наравно с много класове легирана стомана.

Титанът е толкова устойчив на корозия, колкото и платината. Металът има отлична устойчивост на условия на кавитация. Въздушните мехурчета, образувани в течна среда по време на активно движение на титанова част, практически не я разрушават.

Това издръжлив метал, способен да устои на счупване и пластична деформация. Той е 12 пъти по-твърд от алуминия и 4 пъти по-твърд от медта и желязото. Друг важен показател е границата на провлачване. С увеличаването на този показател се подобрява устойчивостта на титановите части към експлоатационни натоварвания.

В сплави с определени метали (особено никел и водород) титанът е в състояние да „запомни“ формата на продукта, създаден при определена температура. След това такъв продукт може да се деформира и ще запази тази позиция за дълго време. Ако продуктът се нагрее до температурата, при която е направен, тогава продуктът ще приеме първоначалната си форма. Това свойство се нарича "памет".

Топлинната проводимост на титана е сравнително ниска и съответно коефициентът на линейно разширение е нисък. От това следва, че металът е лош проводник на електричество и топлина. Но когато ниски температуритой е свръхпроводник на електричество, което му позволява да предава енергия на значителни разстояния. Титанът също има високо електрическо съпротивление.
Подлежи на чист титанов метал различни видовестудена и топла обработка. Може да бъде изтеглен и плетен, кован, навиван на ленти, листове и фолио с дебелина до 0,01 мм. От титан се произвеждат следните видове валцувани продукти: титаниева лента, титанова тел, титанови тръби, титанови втулки, титанов кръг, титанов прът.

Химични свойства

Чистият титан е химически активен елемент. Поради факта, че на повърхността му се образува плътен слой защитно фолио, металът е силно устойчив на корозия. Не се подлага на окисление във въздуха, в солена морска вода и не се променя в много агресивни химически среди (например: разредена и концентрирана азотна киселина, царска вода). При високи температури титанът взаимодейства с реагентите много по-активно. На въздух при температура 1200°C се запалва. Когато се запали, металът излъчва ярка светлина. Активна реакция протича и с азот, с образуването на жълто-кафяв нитриден филм върху повърхността на титан.

Реакциите със солна и сярна киселина при стайна температура са слаби, но при нагряване металът се разтваря интензивно. В резултат на реакцията се образуват нисши хлориди и моносулфат. Също така се случва слаби взаимодействияс фосфорна и азотна киселина. Металът реагира с халогени. Реакцията с хлор протича при 300°C.
Активна реакция с водород протича при температура малко над стайната. Титанът активно абсорбира водород. 1 g титан може да абсорбира до 400 cm³ водород. Нагретият метал разлага въглеродния диоксид и водните пари. Взаимодействие с водни пари става при температури над 800°C. В резултат на реакцията се образува метален оксид и се изпарява водород. При по-високи температури горещият титан абсорбира въглероден диоксид и образува карбид и оксид.

Методи за получаване

Титанът е един от най-разпространените елементи на Земята. Съдържанието му в недрата на планетата по маса е 0,57%. Най-високата концентрация на метала се наблюдава в „базалтовата обвивка” (0,9%), в гранитните скали (0,23%) и в ултраосновните скали (0,03%). Има около 70 титанови минерала, в които се намира под формата на титанова киселина или диоксид. Основните минерали на титановите руди са: илменит, анатаз, рутил, брукит, лопарит, левкоксен, перовскит и сфен. Основните производители на титан в света са Великобритания, САЩ, Франция, Япония, Канада, Италия, Испания и Белгия.
Има няколко начина за получаване на титан. Всички те се използват на практика и са доста ефективни.

1. Магнезиево-термичен процес.

Руда, съдържаща титан, се добива и преработва в диоксид, който бавно и при много високи температури се подлага на хлориране. Хлорирането се извършва във въглеродна среда. Титановият хлорид, образуван в резултат на реакцията, след това се редуцира с магнезий. Полученият метал се нагрява във вакуумно оборудване при висока температура. В резултат на това магнезият и магнезиевият хлорид се изпаряват, оставяйки титана с много пори и кухини. Титановата гъба се разтопява, за да се получи висококачествен метал.

2. Метод на калциев хидрид.

Първо се получава титанов хидрид, след което се разделя на неговите компоненти: титан и водород. Процесът протича в безвъздушно пространство при високи температури. Образува се калциев оксид, който се измива със слаби киселини.
Обикновено се използват термични методи с калциев хидрид и магнезий индустриален мащаб. Тези методи позволяват да се получи значително количество титан за кратък период от време, с минимални парични разходи.

3. Метод на електролиза.

Титанов хлорид или диоксид е изложен на висока якосттекущ В резултат на това съединенията се разпадат.

4. Йодиден метод.

Титановият диоксид реагира с йодни пари. След това се излага титанов йодид висока температура, което води до титан. Този метод е най-ефективният, но и най-скъпият. Титанът се получава с много висока чистота без примеси или добавки.

Приложение на титан

Поради добрите си антикорозионни свойства, титанът се използва за производството на химическо оборудване. Високата устойчивост на топлина на метала и неговите сплави улеснява използването му в съвременните технологии. Титановите сплави са отличен материал за самолетостроене, ракетостроене и корабостроене.

Паметниците са изработени от титан. А камбаните, изработени от този метал, са известни със своя необикновен и много красив звук. Титановият диоксид е съставна част на някои лекарства, например: мехлеми срещу кожни заболявания. Металните съединения с никел, алуминий и въглерод също са много търсени.

Титанът и неговите сплави са намерили приложение в области като химическата и хранително-вкусовата промишленост, цветната металургия, електрониката, ядреното инженерство, енергетиката и галванопластиката. Оръжия, бронирани плочи, хирургически инструментии импланти, напоителни системи, спортно оборудване и дори бижута са направени от титан и неговите сплави. По време на процеса на азотиране върху повърхността на метала се образува златист филм, който не отстъпва по красота дори на истинското злато.