¿Por qué se dice que el titanio es el metal del futuro?
En 1791, HW Gregor, un sacerdote británico y entusiasta de la mineralogía, descubrió por primera vez arena magnética negra (FeTiO3), un óxido mixto de titanio y hierro, a partir del mineral de ilmenita. Se dio cuenta de que el mineral podría contener un nuevo elemento. En 1795, el químico alemán MH Klaproth preparó de forma independiente óxido de titanio a partir del rutilo húngaro y lo llamó "titanio" en honor al gigante "Titán" nacido del dios de la tierra en la mitología griega. No fue hasta 1910 que el químico estadounidense MA Hunter sustituyó el tetracloruro de titanio por sodio metálico para obtener titanio elemental con una pureza del 99,9%. Este es el elemento número 29 descubierto por el hombre y su nombre latino también es el primero. La segunda letra minúscula forma el símbolo de su elemento Ti. El nombre chino titanio es un nuevo carácter fonético creado especialmente por mi país a partir de la transliteración de su nombre latino.
de las propiedades físicas del titanio
El radio atómico (radio covalente) del titanio es 132 pm, el radio iónico es 68 pm (4), 76 pm (2), el peso atómico es 47.86, el volumen atómico es 10.65 cm3 /mol, la densidad es 4,507 g/cm3, la dureza es 4,0 grados y el punto de fusión es 1660 grados, el punto de ebullición es 3287 grados. El metal titanio es de color blanco plateado y su tipo de estructura cristalina es cristal metálico y sistema de cristal hexagonal. Parece acero, tiene la resistencia específica más alta, es resistente a temperaturas altas y bajas, puede mantener una alta resistencia en el rango de -250 grados a 500 grados y también es resistente al desgaste. El metal puro tiene buena ductilidad y plasticidad y puede prensarse para formar placas y alambres. Sin embargo, cuando hay impurezas, se vuelve duro y quebradizo. La resistencia mecánica del titanio es muy alta, 3 veces la del aluminio y 6 veces la del magnesio, y casi no hay fatiga del metal. Después de que el metal titanio se somete a vibraciones mecánicas o eléctricas, su propia vibración tiene el tiempo de atenuación más largo en comparación con el acero, el cobre y otros metales o aleaciones. Tiene buenas propiedades de conductividad eléctrica y transferencia de calor, no es magnético, pero puede convertirse en un superconductor a una temperatura baja de -272.74 grados. El titanio líquido disuelve casi todos los metales y puede formar aleaciones con muchos metales.
Propiedades químicas del titanio.
La configuración electrónica de valencia del titanio es 3d24s2, electronegatividad 1,5, primera afinidad electrónica 37,7 kJ/mol, primera energía de ionización 659 kJ/mol, potencial de electrodo estándar -0.86V, número de oxidación 4, 3, 2 , 0, -1. Estados de valencia comunes 3 y 4 A temperatura ambiente, el titanio es relativamente estable en el aire y el agua, no interactúa con el oxígeno ni los halógenos y no se corroe con ácidos diluidos, álcalis diluidos ni agua de mar. Sin embargo, cuando la temperatura aumenta, la actividad química aumenta rápidamente. Cuando la temperatura es superior a 600 grados, puede combinarse directamente con varios elementos no metálicos como oxígeno, nitrógeno, carbono, azufre y halógeno. Además de la formación de compuestos ordinarios, también se pueden formar compuestos de relleno, especialmente compuestos volátiles y fácilmente hidrolizables con cloro.
Además, el titanio es soluble en ácido clorhídrico concentrado caliente, ácido sulfúrico, ácido fosfórico y ácido fluorhídrico para formar sales de titanio. En términos generales, cuanto mayor sea la concentración de ácido, más rápida será la velocidad de disolución. Cuatro soluciones calientes de ácidos orgánicos concentrados también pueden corroer el metal titanio. Son el ácido oxálico, el ácido fórmico, el ácido tricloroacético y el ácido trifluoroacético. El titanio también puede sufrir corrosión con tricloruro de aluminio. El efecto de corrosión de los compuestos anteriores sobre el titanio se debe principalmente a su capacidad para corroer la película de óxido extremadamente fina sobre la superficie del titanio. La inercia del titanio se debe al efecto protector de esta película de óxido. Agregar ácido nítrico y otros oxidantes a la solución corrosiva generalmente puede ralentizar la corrosión del titanio, porque los oxidantes pueden regenerar la película de óxido y pasivar la superficie del titanio. El polvo de titanio es muy reactivo y puede arder en el aire.
Extracción de titanio
El titanio metálico tiene una fuerte afinidad con el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno a altas temperaturas, por lo que el titanio no se puede extraer directamente de sus óxidos mediante reacciones de reducción. La extracción de titanio del mineral huésped requiere los procesos Kroll o Hunter. La ecuación de reacción es la siguiente:
(destilación al vacío de 1000 grados para eliminar Mg y MgCl2, lingote de fusión por arco)
Hay cuatro pasos principales en el procesamiento del metal titanio:
Restaurar el mineral de titanio en una "esponja" (forma respirable);
Para hacer lingotes, derrita el cuerpo de la esponja (o agregue una aleación intermedia al cuerpo de la esponja) para formar un lingote;
Fabricación preliminar, conversión de lingotes de acero en productos mecánicos generales como palanquillas, barras, placas, láminas, flejes y tuberías;
Procesamiento, fabricación, procesamiento profundo y conformado de productos mecánicos.
principales usos del titanio
①Los buques de guerra y submarinos fabricados de titanio no son magnéticos y no serán detectados ni rastreados por minas magnéticas. Son capaces de soportar la presión de aguas profundas y pueden navegar a una profundidad de 4.500 metros que los submarinos comunes no pueden alcanzar.
②Utilizando la dureza, elasticidad y resistencia a la corrosión de la aleación de acero de titanio, se pueden fabricar cascos de barcos y submarinos, y la alta resistencia específica y la resistencia a altas temperaturas de la aleación de acero de titanio (que aún tiene una gran resistencia a una temperatura alta de 550 grados) se pueden usar para construir. aeronave. , tanques, cohetes, satélites y naves espaciales. Se estima que la producción de un Boeing 777 requiere 59 toneladas de titanio, la producción de un Boeing 747 requiere 44 toneladas de titanio y la producción de un Boeing 737 requiere 18 toneladas de titanio.
③Utilizando las características de la aleación de hierro y titanio para absorber hidrógeno a temperatura ambiente y liberar hidrógeno a alta temperatura, se puede utilizar como un pequeño almacén de almacenamiento de hidrógeno para un fácil acceso. Además, se puede utilizar como captador en la fabricación de tubos de electrones y tubos de imagen, como fuente de hidrógeno en la fabricación de espuma metálica y como sello para pulvimetalurgia y cermets.
④La "mejor aleación con memoria de forma" hecha de partes iguales de titanio y níquel tiene una gran capacidad de tensión con memoria de forma, buena capacidad de recuperación y una larga vida útil de la memoria. Comúnmente utilizado en antenas de naves espaciales y componentes de conexión de tuberías. También se utiliza en la fabricación de equipos médicos, equipos eléctricos, manipuladores y robots, así como en tratamientos ortopédicos y ortopedia médica.
⑤ Las cerámicas piezoeléctricas hechas de titanato de bario, titanato de plomo, titanato de praseodimio de plomo y otros materiales no solo pueden convertir la energía mecánica en energía eléctrica, sino que también se utilizan en encendedores piezoeléctricos, fuentes de alimentación móviles de rayos X y dispositivos de detonación de artillería; También pueden convertir la energía mecánica en energía eléctrica. La energía eléctrica se convierte en vibraciones ultrasónicas, que se utilizan para explorar peces submarinos, limpieza ultrasónica, pruebas médicas ultrasónicas y pruebas no destructivas de metales. También se utiliza mucho en equipos de automatización.
⑥El titanio se denomina "metal biofílico". No es tóxico y es resistente a la corrosión por las secreciones humanas. Se lleva bien con la piel, los músculos, los músculos y los huesos del cuerpo. Aunque es un cuerpo extraño, no provoca una respuesta inmune y, a menudo, se utiliza como metal artificial en medicina. Para usos esqueléticos, el titanio líquido también se puede utilizar para reparar huesos dañados.
⑦El dióxido de titanio puro es un pigmento excelente comúnmente conocido como "blanco de titanio", y el fotocatalizador de dióxido de titanio es un material activo a nanoescala. Se recubre la superficie del sustrato y se seca para formar una película delgada, que produce un fuerte efecto catalítico bajo la acción de la luz. La función de degradación puede degradar eficazmente los gases tóxicos y nocivos del aire.
