Əbədi, sirli, kosmik, gələcəyin materialı - bütün bunlar və bir çox başqa epitetlər müxtəlif mənbələrdə titana təyin edilmişdir. Bu metalın kəşf tarixi əhəmiyyətsiz deyildi: eyni zamanda, bir neçə alim elementi saf formada təcrid etmək üzərində işləmişdir. Fiziki-kimyəvi xassələrinin öyrənilməsi və tətbiqi sahələrinin müəyyən edilməsi prosesi bu günə qədər tamamlanmamışdır. Titan gələcəyin metalıdır, onun insan həyatındakı yeri hələ nəhayət müəyyən edilməyib ki, bu da müasir tədqiqatçılara yaradıcılıq və elmi tədqiqatlar üçün böyük imkanlar verir.
Xüsusiyyət
Titan kimyəvi elementi (Titan) D. İ. Mendeleyevin dövri cədvəlində Ti simvolu ilə göstərilmişdir. O, dördüncü dövrün IV qrupunun ikinci dərəcəli alt qrupunda yerləşir və seriya nömrəsi 22. Sadə maddə titan ağ-gümüş metaldır, yüngül və davamlıdır. Atomun elektron konfiqurasiyası aşağıdakı quruluşa malikdir: +22)2)8)10)2, 1S22S22P 6 3S23P63d24S 2. Müvafiq olaraq, titan bir neçə mümkün oksidləşmə vəziyyətinə malikdir: 2,3, 4, ən stabil birləşmələrdə tetravalentdir.
Titan - ərintisi, yoxsa metal?
Bu sual çoxlarını maraqlandırır. 1910-cu ildə amerikalı kimyaçı Hunter ilk saf titan əldə etdi. Metalın tərkibində yalnız 1% çirk var idi, lakin eyni zamanda onun miqdarı əhəmiyyətsiz oldu və xassələrini daha da öyrənməyə imkan vermədi. Alınan maddənin plastikliyi yalnız yüksək temperaturun təsiri altında əldə edildi, normal şəraitdə (otaq temperaturu) nümunə çox kövrək idi. Əslində, bu element alimləri maraqlandırmırdı, çünki onun istifadəsi perspektivləri çox qeyri-müəyyən görünürdü. Əldə etmək və araşdırmağın çətinliyi onun tətbiqi potensialını daha da azaldır. Yalnız 1925-ci ildə Hollandiyadan olan kimyaçılar İ.de Boer və A. Van Arkel, xassələri bütün dünyada mühəndis və konstruktorların diqqətini cəlb edən titan metalını aldılar. Bu elementin öyrənilməsi tarixi 1790-cı ildən başlayır, məhz bu zaman paralel olaraq, bir-birindən asılı olmayaraq, iki alim kimyəvi element kimi titanı kəşf edir. Onların hər biri metalı təmiz formada təcrid edə bilməyən maddənin birləşməsini (oksid) alır. Titanın kəşfçisi ingilis mineralog rahib Uilyam Qreqordur. İngiltərənin cənub-qərb hissəsində yerləşən kilsəsinin ərazisində gənc alim Menaken vadisinin qara qumunu öyrənməyə başladı. Bir maqnitlə aparılan təcrübələrin nəticəsi titan birləşməsi olan parlaq taxılların sərbəst buraxılması idi. Eyni zamanda Almaniyada kimyaçı Martin Heinrich Klaproth mineraldan yeni bir maddə təcrid etdi.rutil. 1797-ci ildə paralel olaraq açılan elementlərin oxşar olduğunu da sübut etdi. Titan dioksidi bir əsrdən artıqdır ki, bir çox kimyaçılar üçün sirr olaraq qalır və hətta Berzelius təmiz metal əldə edə bilmədi. 20-ci əsrin ən son texnologiyaları qeyd olunan elementin öyrənilməsi prosesini əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirdi və onun istifadəsinin ilkin istiqamətlərini müəyyənləşdirdi. Eyni zamanda, tətbiq dairəsi daim genişlənir. Yalnız saf titan kimi bir maddənin əldə edilməsi prosesinin mürəkkəbliyi onun əhatə dairəsini məhdudlaşdıra bilər. Ərintilərin və metalın qiyməti kifayət qədər yüksəkdir, ona görə də bu gün o, ənənəvi dəmir və alüminiumu əvəz edə bilməz.
Adın mənşəyi
Menakin - 1795-ci ilə qədər istifadə edilən titanın ilk adı. V. Qreqor ərazi mənsubiyyətinə görə yeni elementi belə adlandırdı. Martin Klaproth 1797-ci ildə elementə "titan" adını verir. Bu zaman onun kifayət qədər nüfuzlu kimyaçı A. L. Lavuazye başda olmaqla fransız həmkarları yeni kəşf edilmiş maddələri əsas xassələrinə uyğun adlandırmağı təklif etdilər. Alman alimi bu yanaşma ilə razılaşmadı, o, tamamilə əsaslı hesab edirdi ki, kəşf mərhələsində bir maddəyə xas olan bütün xüsusiyyətləri müəyyən etmək və onları adda əks etdirmək kifayət qədər çətindir. Bununla belə, etiraf etmək lazımdır ki, Klaproth tərəfindən intuitiv olaraq seçilmiş termin metala tam uyğundur - bu, müasir alimlər tərəfindən dəfələrlə vurğulanmışdır. Titan adının mənşəyi ilə bağlı iki əsas nəzəriyyə var. Metal elf kraliçası Titaniyanın şərəfinə belə təyin edilə bilər(german mifologiyasının xarakteri). Bu ad maddənin həm yüngüllüyünü, həm də gücünü simvollaşdırır. Əksər elm adamları yerin ilahəsi Gaia'nın güclü oğullarının titanlar adlandırıldığı qədim yunan mifologiyasının istifadəsi versiyasından istifadə etməyə meyllidirlər. Əvvəllər aşkar edilmiş elementin adı uran da bu versiyanın lehinə danışır.
Təbiətdə olmaq
İnsanlar üçün texniki cəhətdən qiymətli olan metallar arasında titan yer qabığında ən bol olan dördüncü yerdədir. Yalnız dəmir, maqnezium və alüminium təbiətdə böyük bir faizlə xarakterizə olunur. Titanın ən yüksək tərkibi baz alt qabığında, qranit təbəqəsində bir qədər azdır. Dəniz suyunda bu maddənin tərkibi aşağıdır - təxminən 0,001 mq / l. Titan kimyəvi elementi kifayət qədər aktivdir, ona görə də onu saf formada tapmaq mümkün deyil. Çox vaxt oksigenlə birləşmələrdə olur, halbuki dörd valentliyə malikdir. Titan tərkibli mineralların sayı 63-dən 75-ə qədər (müxtəlif mənbələrdə) dəyişir, halbuki tədqiqatın hazırkı mərhələsində alimlər onun birləşmələrinin yeni formalarını kəşf etməyə davam edirlər. Praktik istifadə üçün aşağıdakı minerallar böyük əhəmiyyət kəsb edir:
- İlmenit (FeTiO3).
- Rutil (TiO2).
- Titanit (CaTiSiO5).
- Perovskit (CaTiO3).
- Titanomagnetit (FeTiO3+Fe3O4) və s.
Bütün mövcud titan tərkibli filizlər bölünürallüvial və əsas. Bu element zəif miqrantdır, yalnız qaya parçaları və ya hərəkət edən lilli dib süxurları şəklində hərəkət edə bilər. Biosferdə ən çox titan miqdarı yosunlarda olur. Yer faunasının nümayəndələrində element buynuzlu toxumalarda, saçlarda toplanır. İnsan orqanizmi dalaqda, böyrəküstü vəzilərdə, plasentada, qalxanabənzər vəzdə titanın olması ilə xarakterizə olunur.
Fiziki xüsusiyyətlər
Titan polad kimi görünən gümüşü-ağ rəngə malik əlvan metaldır. 0 0C temperaturda onun sıxlığı 4,517 q/sm3 təşkil edir. Maddə qələvi metallar (kadmium, natrium, litium, sezium) üçün xarakterik olan aşağı xüsusi çəkiyə malikdir. Sıxlıq baxımından titan dəmir və alüminium arasında aralıq mövqe tutur, onun performansı hər iki elementdən daha yüksəkdir. Tətbiq sahəsini təyin edərkən nəzərə alınan metalların əsas xüsusiyyətləri məhsuldarlıq və sərtlikdir. Titan alüminiumdan 12 dəfə, dəmir və misdən 4 dəfə güclüdür, eyni zamanda daha yüngüldür. Təmiz bir maddənin plastikliyi və onun məhsuldarlığı digər metallarda olduğu kimi aşağı və yüksək temperaturda, yəni perçinləmə, döymə, qaynaq, yayma ilə emal etməyə imkan verir. Titanın fərqli bir xüsusiyyəti onun aşağı istilik və elektrik keçiriciliyidir, bu xüsusiyyətlər 500 0С-ə qədər yüksək temperaturda saxlanılır. Maqnit sahəsində titan paramaqnit elementdir, yoxdəmir kimi cəzb olunur və mis kimi kənara sövq edilmir. Aqressiv mühitlərdə və mexaniki stress altında çox yüksək antikorroziya performansı unikaldır. Dəniz suyunda 10 ildən çox qalma titan plitəsinin görünüşünü və tərkibini dəyişmədi. Bu halda dəmir korroziya ilə tamamilə məhv olacaq.
Titanın termodinamik xassələri
- Sıxlıq (normal şəraitdə) 4,54q/sm3.
- Atom nömrəsi 22-dir.
- Metal qrupu - odadavamlı, yüngül.
- Titanın atom kütləsi 47.0-dır.
- Qaynama temperaturu (0С) – 3260.
- Molar həcm sm3/mol – 10, 6.
- Titanın ərimə nöqtəsi (0С) – 1668.
- Xüsusi buxarlanma istiliyi (kJ/mol) – 422, 6.
- Elektrik müqaviməti (20 0С-də) Ohmsm10-6 – 45.
Kimyəvi xassələri
Elementin korroziyaya davamlılığının artması səthdə kiçik oksid təbəqəsinin əmələ gəlməsi ilə əlaqədardır. Titan metalı kimi bir elementin ətraf mühitində qazlarla (oksigen, hidrogen) kimyəvi reaksiyaların (normal şəraitdə) qarşısını alır. Onun xassələri temperaturun təsiri altında dəyişir. 600 0С-ə yüksəldikdə oksigenlə qarşılıqlı təsir reaksiyası baş verir, nəticədə titan oksidi əmələ gəlir (TiO2). Atmosfer qazlarının udulması vəziyyətində praktik tətbiqi olmayan kövrək birləşmələr əmələ gəlir, buna görə titan qaynaq və ərimə vakuum şəraitində aparılır. geri dönən reaksiyametalda hidrogenin həlli prosesidir, temperaturun artması ilə daha aktiv şəkildə baş verir (400 0С və yuxarıdan). Titan, xüsusilə onun kiçik hissəcikləri (nazik lövhə və ya məftil) azot atmosferində yanır. Qarşılıqlı kimyəvi reaksiya yalnız 700 0С temperaturda mümkündür, nəticədə TiN nitridi əmələ gəlir. Çox vaxt ərinti elementi kimi çoxlu metallarla yüksək sərt ərintilər əmələ gətirir. Halogenlərlə (xrom, brom, yod) yalnız katalizatorun (yüksək temperatur) iştirakı ilə və quru maddə ilə qarşılıqlı təsirə məruz qaldıqda reaksiya verir. Bu halda çox sərt odadavamlı ərintilər əmələ gəlir. Əksər qələvilərin və turşuların məhlulları ilə titan konsentratlaşdırılmış kükürd (uzun müddət qaynama ilə), hidrofluorik, isti üzvi (formik, oksalat) istisna olmaqla, kimyəvi cəhətdən təsirsizdir.
Depozitlər
İlmenit filizləri təbiətdə ən çox yayılmışdır - onların ehtiyatları 800 milyon ton qiymətləndirilir. Rutil yataqlarının yataqları daha təvazökardır, lakin ümumi həcmi - istehsalın artımını saxlamaqla - növbəti 120 il ərzində bəşəriyyəti titan kimi bir metal ilə təmin etməlidir. Hazır məhsulun qiyməti tələbatdan və istehsal səviyyəsinin artmasından asılı olacaq, lakin orta hesabla 1200 ilə 1800 rubl / kq arasında dəyişir. Daimi texniki təkmilləşdirmə şəraitində bütün istehsal proseslərinin maya dəyəri onların vaxtında modernləşdirilməsi ilə əhəmiyyətli dərəcədə azaldılır. Çin və Rusiya ən böyük titan filizləri, eləcə də mineral ehtiyatlarına malikdirYaponiya, Cənubi Afrika, Avstraliya, Qazaxıstan, Hindistan, Cənubi Koreya, Ukrayna, Seylon xammal bazasına malikdir. Yataqlar hasilatın həcminə və filizdəki titan faizinə görə fərqlənir, geoloji tədqiqatlar davam edir ki, bu da metalın bazar dəyərinin azalmasını və onun daha geniş istifadəsini nəzərdə tutmağa imkan verir. Rusiya ən böyük titan istehsalçısıdır.
Alın
Titan istehsalı üçün minimum miqdarda çirkləri olan titan dioksid ən çox istifadə olunur. İlmenit konsentratlarının və ya rutil filizlərinin zənginləşdirilməsi ilə əldə edilir. Elektrik qövs sobasında filizin istilik müalicəsi baş verir ki, bu da dəmirin ayrılması və titan oksidi olan şlakların əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunur. Dəmirsiz fraksiyanı emal etmək üçün sulfat və ya xlorid üsulu istifadə olunur. Titan oksidi boz bir tozdur (şəkilə bax). Titan metalı mərhələli emal yolu ilə əldə edilir.
Birinci faza şlakların koksla sinterləşdirilməsi və xlor buxarına məruz qalma prosesidir. Nəticədə alınan TiCl4 850 0C temperatura məruz qaldıqda maqnezium və ya natrium ilə azaldılır. Kimyəvi reaksiya nəticəsində əldə edilən titan süngər (məsaməli əridilmiş kütlə) təmizlənir və ya külçələrə əridilir. Sonrakı istifadə istiqamətindən asılı olaraq, ərinti və ya təmiz metal əmələ gəlir (çirklər 1000 0С-ə qədər qızdırılmaqla çıxarılır). Tərkibində 0,01% çirkli bir maddənin istehsalı üçün yodid üsulu istifadə olunur. Bu prosesə əsaslanırhalogenlə əvvəlcədən işlənmiş titan süngərdən buxarlanma, onun buxarları.
Tətbiq sahələri
Titanın ərimə nöqtəsi kifayət qədər yüksəkdir, bu, metalın yüngüllüyünü nəzərə alaraq, onu struktur material kimi istifadə etməyin əvəzsiz üstünlüyüdür. Buna görə də gəmiqayırma, aviasiya sənayesi, raket istehsalı və kimya sənayesində ən böyük tətbiqi tapır. Titan olduqca tez-tez artan sərtlik və istilik müqavimət xüsusiyyətlərinə malik müxtəlif ərintilərdə bir alaşımlı aşqar kimi istifadə olunur. Yüksək antikorroziya xüsusiyyətləri və ən aqressiv mühitlərə tab gətirmək qabiliyyəti bu metalı kimya sənayesi üçün əvəzolunmaz edir. Titan (onun ərintiləri) turşuların və digər kimyəvi aktiv maddələrin distillə edilməsində və daşınmasında istifadə olunan boru kəmərləri, çənlər, klapanlar, filtrlər hazırlamaq üçün istifadə olunur. Yüksək temperatur göstəriciləri şəraitində işləyən cihazların yaradılması zamanı tələb olunur. Titan birləşmələri davamlı kəsici alətlər, boyalar, plastik və kağızlar, cərrahi alətlər, implantlar, zərgərlik məmulatları, bitirmə materialları hazırlamaq üçün istifadə olunur və qida sənayesində istifadə olunur. Bütün istiqamətləri təsvir etmək çətindir. Müasir tibb, tam bioloji təhlükəsizliyə görə, tez-tez titan metalından istifadə edir. Qiymət indiyə qədər bu elementin tətbiqinin genişliyinə təsir edən yeganə amildir. Düzdür, titan gələcəyin materialıdır, bəşəriyyətin hansını keçəcəyini öyrənməkləyeni inkişaf mərhələsinə.
