Титан був відкритий у Корнуоллі, Великобританія, Вільямом Грегором у 1791 році і названий Мартіном Генріхом Клапротом на честь титанів грецької міфології. Елемент зустрічається в ряді родовищ корисних копалин, головним чином рутилу та ільменіту, які широко поширені в земній корі і літосфері; він зустрічається майже у всіх живих істотах, а також у водоймах, скелях і ґрунтах. Метал видобувається з основних мінеральних руд процесами Кролла і Хантера. Найпоширеніша сполука, діоксид титану, є популярним фотокаталізатором і використовується у виробництві білих пігментів. Інші сполуки включають тетрахлорид титану (TiCl4), компонент димових завіс і каталізаторів; і трихлорид титану (TiCl3), який використовується як каталізатор у виробництві поліпропілену.
Титан можна легувати із залізом, алюмінієм, ванадієм та молібденом, серед інших елементів, для виробництва міцних легких сплавів для аерокосмічної (реактивні двигуни, ракети та космічні кораблі), військових, промислових процесів (хімічні та нафтохімічні, опріснювальні установки, целюлоза, і папір) автомобільна, сільськогосподарська (фермерська), медичні протези, ортопедичні імплантати, стоматологічні та ендодонтичні інструменти та файли, зубні імплантати, спортивні товари, ювелірні вироби, мобільні телефони та інші програми.
Дві найбільш корисні властивості металу - це корозійна стійкість і відношення міцності до щільності, що є найвищим серед усіх металевих елементів. У нелегованому стані титан такий же міцний, як і деякі сталі, але менш щільний. Існує дві алотропні форми і п’ять ізотопів, що зустрічаються в природі, від 46Ti до 50Ti, причому 48Ti є найбільш поширеним (73,8%).
Фізичні властивості
Як метал, титан відомий своїм високим співвідношенням міцності до ваги. Це міцний метал з низькою щільністю, досить пластичний (особливо в середовищі без кисню), блискучий і металево-білого кольору. Відносно висока температура плавлення (1668 градусів або 3,034 градуси F) робить його корисним як тугоплавкий метал. Він парамагнітний і має досить низьку електро- та теплопровідність порівняно з іншими металами. Титан є надпровідним при охолодженні нижче його критичної температури 0,49 К.
Комерційно чисті (99,2% чистоти) марки титану мають граничну міцність на розрив приблизно 434 МПа (63,000 psi), що дорівнює міцності звичайних низькосортних сталевих сплавів, але менш щільні. Титан на 60 відсотків щільніший за алюміній, але більш ніж вдвічі міцніший, ніж найчастіше використовуваний алюмінієвий сплав 6061-T6. Деякі титанові сплави (наприклад, Бета С) досягають міцності на розрив понад 1400 МПа (200,000 psi). Однак титан втрачає міцність при нагріванні вище 430 градусів (806 градусів F).
Титан не такий твердий, як деякі сорти термічно обробленої сталі; він немагнітний і погано проводить тепло і електрику. Механічна обробка вимагає запобіжних заходів, оскільки матеріал може жовчитися, якщо не використовуються гострі інструменти та належні методи охолодження. Як і сталеві конструкції, конструкції з титану мають межу втоми, що гарантує довговічність у деяких випадках.
Метал являє собою диморфний алотроп гексагональної форми, який змінюється на тіло-центровану кубічну (решітчасту) форму при 882 градусах (1620 градусів F). Питома теплоємність форми різко збільшується, коли вона нагрівається до цієї температури переходу, але потім падає і залишається досить постійною для форми незалежно від температури.
Хімічні властивості
Подібно до алюмінію та магнію, поверхня металу титану та його сплавів окислюється відразу після впливу повітря, утворюючи тонкий непористий пасивуючий шар, який захищає основний метал від подальшого окислення або корозії. Коли він вперше утворюється, цей захисний шар має товщину лише 1–2 нм, але він продовжує повільно рости, досягаючи товщини 25 нм за чотири роки. Цей шар надає титану чудову стійкість до корозії, майже еквівалентну платині.
Титан здатний протистояти впливу розведеної сірчаної і соляної кислот, розчинів хлоридів і більшості органічних кислот. Однак титан піддається корозії концентрованими кислотами. Як свідчить його негативний окислювально-відновний потенціал, титан є термодинамічно дуже реакційноздатним металом, який горить у звичайній атмосфері при нижчих температурах, ніж температура плавлення. Плавлення можливе тільки в інертній атмосфері або у вакуумі. При температурі 550 градусів (1022 градуса F) він з’єднується з хлором. Він також реагує з іншими галогенами і поглинає водень.
Титан легко реагує з киснем при температурі 1200 градусів (2190 градусів F) у повітрі і при 610 градусах (1130 градусів F) у чистому кисні, утворюючи діоксид титану. Титан є одним із небагатьох елементів, які горять у чистому газоподібному азоті, реагуючи при 800 градусах (1470 градусів F), утворюючи нітрид титану, що викликає крихкість. Через його високу реакційну здатність з киснем, азотом та багатьма іншими газами титан, який випаровується з ниток, є основою для титанових сублімаційних насосів, в яких титан служить поглиначем цих газів шляхом хімічного зв’язування з ними. Такі насоси недорого створюють надзвичайно низькі тиски в системах надвисокого вакууму.
Поява
Титан є дев’ятим за поширеністю елементом у земній корі (0,63 відсотка за масою) і сьомим за поширеністю металом. Він присутній у вигляді оксидів у більшості магматичних гірських порід, в осадах, що походять з них, у живих істотах і в природних водоймах. З 801 типів магматичних порід, проаналізованих Геологічною службою США, 784 містили титан. Його частка в ґрунтах становить приблизно 0,5-1,5 відсотка.
Поширеними титановмісними мінералами є анатаз, брукіт, ільменіт, перовскіт, рутил і титаніт (сфен). Акаогіїт - надзвичайно рідкісний мінерал, що складається з діоксиду титану. З цих мінералів економічне значення мають лише рутил та ільменіт, але навіть їх важко знайти у високих концентраціях. У 2011 році було видобуто близько 6.0 та 0,7 мільйонів тонн цих корисних копалин відповідно. Значні титаноносні родовища ільменіту існують у Західній Австралії, Канаді, Китаї, Індії, Мозамбіку, Новій Зеландії, Норвегії, Сьєрра-Леоне, Південній Африці та Україні. У 2020 році було вироблено близько 210,000 тонн титанових губок, переважно в Китаї (110,000 т), Японії (50000 т), Росії (33,{{ 15}} т) і Казахстан (15,000 т). Загальні запаси анатазу, ільменіту та рутилу перевищують 2 млрд. тонн.
Концентрація титану в океані становить близько 4 пікомолярів. При 100 градусах концентрація титану у воді оцінюється як менше 10-7 М при pH 7. Ідентичність видів титану у водному розчині залишається невідомою через його низьку розчинність і відсутність чутливих спектроскопічних методів, хоча тільки 4 плюс ступінь окислення стабільний на повітрі. Немає доказів біологічної ролі, хоча відомо, що рідкісні організми накопичують високі концентрації титану.
Титан міститься в метеоритах, і його було виявлено на Сонці та в зірках типу М (найхолодніший тип) з температурою поверхні 3200 градусів (5790 градусів F). Камені, привезені з Місяця під час місії Аполлон-17, складаються з 12,1% TiO2. Самородний титан (чистий металік) зустрічається дуже рідко.
Якщо ви хочете дізнатися більше новин про Titanium,будь ласка, натисніть тут.
Зв'яжіться з нами: zhangjixia@bjygti.com
