التكوين الإلكتروني لذرة جميع العناصر. تركيب وخصائص ذرات العناصر الكيميائية. التيتانيوم. الجمع مع الكربون والتيتانيوم يشكل كربيد. من التيتانيوم وكربيدات التنجستن مع إضافة الكوبالت ، يتم الحصول على سبائك قريبة من الماس في الصلابة.
التيتانيوم هو عنصر من عناصر المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الرابعة. صيغته الإلكترونية هي كما يلي:
+ 22Тi 1s2 | 2s22p6 | 3s23p63d2 | 4s2
مثل العديد من عناصر d الأخرى ، في ذرة التيتانيوم Ti ، لا تكون إلكترونات مستوى الطاقة الخارجية فقط متحركة ، ولكن أيضًا إلكترونان من المستوى الفرعي d. لذلك ، يُظهر التيتانيوم في المركبات حالات الأكسدة + 2 و +4 (نادرًا +3).
التواجد في الطبيعة
أهم المعادن التي تحتوي على التيتانيوم هي: مغنطيس تيتان FeTiO3 * nFe3O4, ألمنيت FeTiO3, روتيل TiO2وإلخ.
تنتشر خامات التيتانيوم على نطاق واسع نسبيًا ، لكن محتواها من التيتانيوم منخفض.
إيصال
نظرًا لعدم وجود خامات التيتانيوم الغنية في قشرة الأرض ، يجب تخصيبها. للحصول على التيتانيوم ، يتم معالجة مركز الخام المخصب بالكلور في وجود الكربون:
TiO2 + 2Cl2 + 2C = TiCl4 + 2CO
ثم يتم تقليل التيتانيوم من كلوريد التيتانيوم (IV) بالصوديوم أو المغنيسيوم:
إيصال
يحتوي التيتانيوم الناتج على شوائب. لعزل التيتانيوم النقي ، يسخن الخليط الناتج في فراغ. في هذه الحالة ، يتبخر كلوريد المغنيسيوم والمغنيسيوم. تتم إعادة صهر التيتانيوم المنطلق والحصول على معدن مضغوط قابل للطرق. نظرًا لاستخدام المغنيسيوم المعدني الباهظ الثمن في عملية الإنتاج هذه ، فإن تكلفة التيتانيوم مرتفعة نسبيًا.
^ الخصائص الفيزيائية
التيتانيوم معدن أبيض فضي. خفيف نسبيًا - أثقل قليلاً من الألمنيوم ، لكنه أقوى بثلاث مرات. حرارية (1665 درجة مئوية). في ظل الظروف العادية ، لديها قوة وصلابة عالية. قابل لأنواع مختلفة من المعالجة.
^ الخواص الكيميائية
التيتانيوم ، مثل الألمنيوم ، معدن نشط إلى حد ما. ومع ذلك ، نظرًا لتشكيل طبقة أكسيد واقية كثيفة على سطح المعدن ، فإنها تتمتع بمقاومة عالية جدًا للتآكل ، تتجاوز مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ. في الظروف الطبيعيةلا يتأثر التيتانيوم بأكسجين الهواء أو مياه البحر أو حتى الماء الريجي. في حرارة عاليةيزيد نشاطها الكيميائي. لذلك ، على سبيل المثال ، يتفاعل التيتانيوم مع الكلور:
يحتوي هذا المربع الموجود على اليسار على جميع المعلومات التي تحتاج إلى معرفتها حول عنصر واحد. يخبرك بكتلة ذرة واحدة وعدد القطع الموجودة بداخلها ومكان وضعها على الجدول الدوري. قد يكون لديك طريقة سهلة لمعرفة عدد الإلكترونات في ذرة محايدة ، لكن وضع هذه الإلكترونات يصبح أكثر تعقيدًا. لنلقِ نظرة على ترتيب الإلكترونات في عناصر عنصر الفترة الرابعة والترتيبات الأكثر تعقيدًا لعناصر الانتقال. إذا كنت تعتقد أن هذا مبالغ فيه قليلاً ، فارجع إلى الخلف وانظر إلى العناصر 1-18 ، وهي مؤسسات أكثر وضوحًا قليلاً.
الخواص الكيميائية
في درجات الحرارة العالية يتفاعل مع الأكسجين:
طلب
يستخدم التيتانيوم وسبائكه ، بسبب خفته وقوته ومقاومته للحرارة والتآكل ، في تصنيع قطع غيار الطائرات والمركبات الفضائية والصواريخ والغواصات وخطوط الأنابيب والمراجل. ضغط مرتفع، أجهزة مختلفة للصناعات الكيماوية. يستخدم التيتانيوم على نطاق واسع في شكل صفائح لطلاء هيكل السفينة ، مما يوفر قوة عالية ومتانة في مياه البحر.
هذا العنصر هو أحد العناصر الانتقالية التي لا تضع إلكترونات إضافية في الغلاف الخارجي ، ولكن في الغلاف السفلي. يحتوي الصف الرابع من الجدول الدوري على معادن انتقالية من سكانديوم إلى زنك. إنه ليس مجرد معدن ، إنه معدن انتقالي. لكونه معدنًا انتقاليًا ، فلديه تكوين إلكتروني خاص. يضيف الإلكترون التالي إلى الغلاف الثالث ، وليس إلى الغلاف الرابع الخارجي. يحتوي على العديد من المركبات الطبيعية مع الهالوجينات والأكسجين. نظرًا لوجود التيتانيوم بأربعة إلكترونات إضافية ، فهو مرن جدًا ويشكل الكثير من المركبات.
التيتانيوم ، مثل التنتالوم ، لا يؤثر على الأنسجة الحية في الجسم ، لذلك يستخدم في الجراحة لتثبيت العظام معًا في حالة الكسور.
التيتانيوم الأبيض له قوة إخفاء عالية ، والمكون الرئيسي منها هو أكسيد التيتانيوم (IV) TiO2.
إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه
سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.
نشر على http://www.allbest.ru/
معهد موسكو للطيران
(جامعة البحوث الوطنية)
تطبيق العنصر ومركباته
يسمح هذا الهيكل الإلكتروني للتيتانيوم بتكوين حلول صلبة مع العديد من العناصر البديلة مثل الكربون والنيتروجين بعامل حجم يصل إلى 20٪. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تعتبر من المواد المهمة صناعيا ولها عدد كبير منتطبيقات في أدوات القطع وأجزاء الماكينة ، خاصةً الطلاءات. اكتسبت هذه المواد بسرعة أهمية تجارية كبيرة في أسواق أستراليا وأوروبا وأمريكا الشمالية وآسيا.
المواد الصلبة موجودة في كثير أشكال مختلفةأو مراحل. يمكن أن يكون عدد هذه الأطوار كبيرًا حتى بالنسبة للمواد النقية ، على سبيل المثال ، يمكن أن يوجد الجليد في عدة مراحل صلبة ، وللمعدن الذي لا يقل أهمية عن الحديد أربع مراحل صلبة. على الأنظمة التي بها أكثر من واحد الأنواع الكيميائيةيمكن أن يكون عدد المراحل أكثر. في كثير من الأحيان ، حتى في الأنظمة التجارية الهامة ، لا يتوفر توافر البيانات التي تغطي النطاق الكامل للتركيزات ودرجات الحرارة. يرجع ذلك إلى حقيقة أن خصائص المواد تعتمد بشكل كبير على الطبيعة والكمية والكمية والشكل المراحل الممكنةالتي تحدث ويمكن أن تتغير بسبب التغيرات في الكميات المحددة ، فمن الأهمية بمكان لأي تطبيق أن يعرف الشروط التي قد يوجد بها أي نظام في الأشكال المختلفة الممكنة.
الموضوع: تركيب وخصائص الذرات العناصر الكيميائية. التيتانيوم
الطالب: Baiturina R.R.
موسكو 2016
محتوى
- 2. أن تكون في الطبيعة
- 3. الإيصال
- 6.1 خصائص الهيدروكسيدات
- المؤلفات
1. التيتانيوم. الخصائص العامة. تاريخ الاكتشاف
التيتانيوم (التيتانيوم) ، Ti ، - عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة للنظام الدوري للعناصر D.I. مندليف. رقم سري 22 ، الوزن الذري 47.90. يتكون من 5 نظائر مستقرة ؛ كما تم الحصول على النظائر المشعة صناعياً.
في عام 1791 ، وجد الكيميائي الإنجليزي دبليو جريجور في الرمال من مدينة ميناكان (إنجلترا ، كورنوال) "أرضًا" جديدة أطلق عليها اسم ميناكان. في عام 1795 ، اكتشف الكيميائي الألماني M. Klairot في معدن الروتيل أرضًا لا تزال غير معروفة ، أطلق على المعدن منها اسم Titan [باليونانية. الأساطير ، الجبابرة هم أبناء أورانوس (الجنة) وغايا (الأرض)]. في عام 1797 ، أثبت كلابروث هوية هذه الأرض بتلك التي اكتشفها دبليو جريجور. تم عزل التيتانيوم النقي في عام 1910 من قبل الكيميائي الأمريكي هانتر عن طريق تقليل رباعي كلوريد التيتانيوم بالصوديوم في قنبلة حديدية.
على مر السنين ، تراكمت كمية كبيرة من المعلومات من عدد كبير من الأنظمة ؛ لتسجيل مثل كمية ضخمةالبيانات ، من المعتاد تسمية عدد وتكوين المراحل الموجودة كدالة لدرجة الحرارة والضغط والتكوين بشكل خاص. تسمى هذه الرسوم البيانية مخططات الطور أو مخططات البناء أو مخططات التوازن. هذا اللقب مشتق من حقيقة أن مثل هذه المخططات تجعل من الممكن إظهارها عظممراحل مستقرة في ظل ظروف التوازن.
يتطلب مصطلح "شروط التوازن" بعض التطوير. بالمعنى الدقيق للكلمة ، فإن حالة توازن النظام هي حالة لا تتغير فيها خصائص هذا النظام بمرور الوقت ما لم يتم تطبيق قيد. في هذا المعنى الأخير ، عادةً ما يعني التحديد تغيرًا في درجة الحرارة أو الضغط أو التركيب ، ولكنه قد يشير أيضًا إلى تطبيق القوى الميكانيكية والكهربائية والمغناطيسية ، إلخ. ومع ذلك ، في الممارسة العملية ، يتم تعديل تعريف التوازن ليأخذ في الاعتبار السرعات النسبية العمليات الممكنة، والتي يمكن إدخالها في النظام عن طريق تغيير درجة الحرارة أو التركيب أو الضغط.
2. أن تكون في الطبيعة
التيتانيوم هو أحد أكثر العناصر شيوعًا في الطبيعة ، ومحتواه في قشرة الأرض 0.6٪ (وزن). يحدث بشكل رئيسي في شكل ثاني أكسيد TiO2 أو مركباته - تيتانات. يوجد أكثر من 60 معدنًا معروفًا ، بما في ذلك التيتانيوم ، وهو موجود أيضًا في التربة ، في الكائنات الحية الحيوانية والنباتية. إلمنيت FeTiO 3 و الروتيليعمل TiO2 كمواد خام رئيسية لإنتاج التيتانيوم. كمصدر للتيتانيوم ، أصبحت الخبث الناتجة عن الصهر مهمة مغنتيت التيتانيوموالإلمنيت.
تم اتباع نهج تجريبي بشكل أساسي في كل من تعريف واستخدام مخططات الطور ، على الرغم من أن لديهم بشكل عام أساس ديناميكي حراري قوي. في الأساس ، وفقًا لـ على الأقليمكن حساب مخططات التوازن من خلال العلاقات الديناميكية الحرارية. ومع ذلك ، في الممارسة العملية ، يتم استخدام بدائل بسيطة نسبيًا بشكل أساسي لأن النظرية الدقيقة للحالات العامة معقدة نوعًا ما ، ولكن أيضًا العديد من البيانات الديناميكية الحرارية المطلوبة غير متوفرة.
يتم إنشاء معظم مخططات الطور وفقًا لشروط التوازن ، والتي يستخدمها المهندسون والعلماء لفهم العديد من جوانب سلوك المواد والتنبؤ بها. تتضمن مخططات الطور الأكثر شيوعًا درجة الحرارة والتركيب. تتيح المعلومات التي يمكن الحصول عليها من مخططات الطور: معرفة المراحل الموجودة في التراكيب ودرجات الحرارة المختلفة في ظل ظروف التبريد البطيء. تحديد قابلية الذوبان في الحالة الصلبة وفي توازن عنصر واحد داخل آخر.
3. الإيصال
المادة الخام لإنتاج التيتانيوم هي خامات التيتانيوم المغنتيت ، حيث يتم عزل مركز الإلمنيت الذي يحتوي على 40.45٪ TiO2 و 30٪ FeO و 20٪ Fe2O3 و 5.7٪ صخر النفايات. يرجع اسم هذا المركز إلى وجود معدن الإلمنيت FeO-TiO2 فيه.
يتم إذابة تركيز الإلمنيت في خليط مع الفحم ، أنثراسايت ، حيث يتم تقليل أكاسيد الحديد والتيتانيوم. يتم كربنة الحديد الناتج ، ويتم الحصول على الحديد الزهر ، وتمر أكاسيد التيتانيوم السفلية إلى الخبث. يُسكب الحديد الزهر والخبث بشكل منفصل في قوالب. المنتج الرئيسي لهذه العملية - خبث التيتانيوم - يحتوي على 80.90٪ TiO2 ، 2.5٪ FeO والشوائب SiO2 ، A12O3 ، CaO ، إلخ. منتج ثانوي لهذه العملية - الحديد الخام - يستخدم في إنتاج المعادن.
أوجد درجة الحرارة التي تبدأ عندها السبيكة ، المبردة في ظل ظروف التوازن ، في التصلب ودرجة الحرارة التي يحدث عندها التصلب. تعرف على درجة الحرارة التي تبدأ عندها في الذوبان في مراحل مختلفة. من ناحية أخرى ، فإن دراسة الروابط التي تتكون في مركب يجعل من الممكن تحديد العديد من خصائصه. تعتمد الطريقة التي يتم بها توصيل عنصرين على اعتبارات مثل الكهربية وحجم الذرة ، بالإضافة إلى التكافؤ الإلكتروني. هذه هي الخصائص التي تحدد هيكلها وقياس كائناتها.
يخضع خبث التيتانيوم الناتج للمعالجة بالكلور في أفران خاصة. في الجزء السفلي من الفرن ، يتم وضع فوهة الفحم ، والتي تسخن عند مرورها من خلالها. التيار الكهربائي. يتم إدخال قوالب خبث التيتانيوم في الفرن ، ويتم إدخال الكلور من خلال الأنابيب إلى الفرن. عند درجة حرارة 800. 1250 درجة مئوية ، في وجود الكربون ، يتشكل رباعي كلوريد التيتانيوم ، وكذلك كلوريدات CaC12> MgC12 ، إلخ:
الرابطة هي قوة جذب تحمل ذرات الجزيء أو البلورة معًا. تتميز ، على وجه الخصوص ، بطولها وطاقتها. طبيعة الرابطة هي وظيفة التكوين الإلكتروني للعناصر المكونة ، ونوع المدارات المتاحة ، وقطبية القناة. تتكون الرابطة المعدنية بين أيونات فلز معدنية وتعتمد بشكل كبير على نقطة الانصهار وعلى المجموعة التي ينتمي إليها المعدن.
سيتم مناقشة موضوع الروابط بمزيد من التفصيل لاحقًا. من ناحية أخرى ، يتم دراسة الوصلات التي يتم تكوينها في كل من المركبات المتعلقة بهذا المستند ، والتي تقوم على أساس خاص بها الخصائص الفيزيائيةومنحهم تطبيقات صناعية مختلفة. الشكل 1. خليط من الأطوار الصلبة والسائلة خليط من مرحلتين صلبتين. قام باحثون مختلفون بعمل مخططات حالة لهذه المادة.
TiO2 + 2C + 2C12 = TiCl + 2CO
يتم فصل رباعي كلوريد التيتانيوم وتنقيته من الكلوريدات المتبقية بسبب الاختلاف في درجة غليان هذه الكلوريدات عن طريق التصحيح في تركيبات خاصة. التيتانيوم من رباعي كلوريد التيتانيوماستعادة في المفاعلات عند درجة حرارة 950.1000 درجة مئوية. يتم تحميل خنزير المغنيسيوم في المفاعل ؛ بعد ضخ الهواء وملء تجويف المفاعل بالأرجون ، يتم إدخال رباعي كلوريد التيتانيوم المبخر فيه. يحدث تفاعل بين المغنيسيوم السائل ورباعي كلوريد التيتانيوم
تسمح هياكلها الخلالية بدمج الروابط الأيونية التساهمية والمعدنية ، وبالتالي فهي تجمع بين الخصائص الفيزيائية للسيراميك و الخواص الكهربائيةالمعادن مثل الصلابة العالية والتوصيل الحراري العالي. تشير خصائص وخصائص نيتريد التيتانيوم إلى أن هذه المادة هي أكثر من مجرد محلول بسيط من ذرات النيتروجين في شبكة معدنية انتقالية. لاحظ فرق كبيربين نيتريد التيتانيوم والمادة المضيفة ، مما يشير إلى وجود روابط التيتانيوم والنيتروجين دون ظهور روابط النيتروجين والنيتروجين.
TiC12 = Ti + 2MgC12.
يعتبر إنتاج التيتانيوم عملية معقدة تقنيًا. ثاني أكسيد التيتانيوم TiO2 مركب كيميائي قوي. معدن التيتانيوم (tPL = 1725 ° C) له نشاط عالي. يتفاعل بعنف مع النيتروجين عند درجة حرارة 500-600 درجة مئوية والأكسجين الجوي عند 1200-1300 درجة مئوية ، ويمتص الهيدروجين ، ويتفاعل مع الكربون ، إلخ. الطريقة الأكثر استخدامًا للمغنيسيوم الحراري ، يتم تنفيذها وفقًا لما يلي مخطط تكنولوجي: خام التيتانيوم® صهر خبث التيتانيوم لإنتاج رباعي كلوريد التيتانيوم TiCl4 ® اختزال التيتانيوم بالمغنيسيوم.
بشكل عام ، تم الإبلاغ عن الترابط بين هاتين المادتين ليكون مزيجًا من ثلاثة أنواع من الروابط: رابطة أيونية ناتجة عن نقل الإلكترون للتيتانيوم إلى النيتروجين ، لأن الأخير يتمتع بقدرة كهربائية أعلى. رابطة معدنية ذات كثافة محدودة من الحالات عند مستوى طاقة فيرمي. عندما تحدث رابطة تساهمية يتم فيها فصل الإلكترونات ، يكون هناك تداخل بين وظائف الموجة لكل منها.
يعتمد لون مشتقات التيتانيوم بشدة على طبيعة الهالوجين الموجود فيها.
يحدث انتقال الإلكترونات من التيتانيوم إلى النيتروجين لأن النيتروجين له قدرة كهرسلبية أكبر من التيتانيوم ، فإن الإلكترونات المشاركة في الروابط تقضي وقتًا أطول بالقرب من غلاف ذرة النيتروجين أكثر من التيتانيوم ، كما هو موضح في. بالنظر إلى أن النيتروجين له تكافؤ 5 وتيتانيوم التكافؤ 4 ، لدينا 9 إلكترونات لتشكيل الروابط.
ذرة عنصر كيميائي التيتانيوم
4. الخصائص الفيزيائية والكيميائية
يوجد التيتانيوم في حالتين: غير متبلور - مسحوق رمادي داكن ، كثافة 3.392-3.395 جم / سم 3 ، وبلوري ، كثافة 4.5 جم / سم 3. بالنسبة للتيتانيوم البلوري ، يُعرف تعديلين بنقطة انتقال عند 885 درجة (أقل من 885 درجة ، شكل سداسي ثابت ، أعلى - مكعب) ؛ ر ر ر حوالي 1680 درجة ؛ t ° kip أعلى من 3000 درجة. يمتص التيتانيوم الغازات بنشاط (الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين) ، مما يجعله شديد الهشاشة. المعدن التقني يفسح المجال للمعالجة بالضغط الساخن. يمكن درفلة المعدن النقي تمامًا على البارد. في الهواء عند درجة الحرارة العادية ، لا يتغير التيتانيوم ؛ عند تسخينه ، فإنه يشكل خليطًا من أكسيد Ti 2 O 3 ونتريد TiN. في تيار من الأكسجين عند درجة حرارة حمراء ، يتأكسد إلى ثاني أكسيد TiO2. في درجات الحرارة العالية ، يتفاعل مع الكربون ، السيليكون ، الفوسفور ، الكبريت ، إلخ. مقاومة لمياه البحر ، حمض النيتريكوالكلور الرطب والأحماض العضوية والقلويات القوية. يذوب في أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك والهيدروفلوريك ، والأفضل من ذلك كله - في خليط من HF و HNO 3. عند إضافة عامل مؤكسد إلى الأحماض ، يحمي المعدن من التآكل درجة حرارة الغرفة. هاليدات تيتانيوم رباعي التكافؤ ، باستثناء TiCl4 - أجسام بلورية ، منصهر ومتطاير في محلول مائي ، متحلل بالماء ، عرضة لتكوين مركبات معقدة ، منها فلوروتيتات البوتاسيوم K 2 TiF6 مهمة في التكنولوجيا والممارسة التحليلية. إن كربيد TiC و TiN nitride لهما أهمية كبيرة - المواد الشبيهة بالمعادن التي تتميز بصلابة عالية (كربيد التيتانيوم أصعب من الكربيدوم) ، حرارية (TiC ، t ° pl \ u003d 3140 ° ؛ TiN ، t ° pl \ u003d 3200 ° ) والتوصيل الكهربائي الجيد.
تميل العناصر إلى ملء مستوى طاقتها الأخير من أجل أن تكون متوازنة ولهذا السبب تتشكل المركبات. تكوين رابطة أيونية بين التيتانيوم والنيتروجين. تظل سحابة الإلكترون أقرب إلى النيتروجين لفترة أطول. الشكل 4. تكوين الروابط الأيونية بين التيتانيوم والنيتروجين. يتم الاحتفاظ بسحابة الإلكترون بالقرب من النيتروجين لفترة طويلة.
يحتوي التيتانيوم الناتج على شوائب. لعزل التيتانيوم النقي ، يسخن الخليط الناتج في فراغ. في هذه الحالة ، يتبخر كلوريد المغنيسيوم والمغنيسيوم. تتم إعادة صهر التيتانيوم المنطلق والحصول على معدن مضغوط قابل للطرق. نظرًا لأن عملية الإنتاج هذه تستخدم معدن المغنيسيوم باهظ الثمن ، فإن تكلفة التيتانيوم مرتفعة نسبيًا.
خلفية الأيونات غير المتحركة داخل سحابة الإلكترون. الشكل 5. خلفية الأيونات الثابتة في سحابة إلكترونية. الرقم الإجمالييوجد 10 مدارات للمركب ، ويشغل كل مدار إلكترونان لهما دوران متعاكس. تشبه حالة الروابط بين التيتانيوم والكربون حالة التيتانيوم والنيتروجين. التيتانيوم والكربون مرتبطان بحكم موقعهما في الجدول الدوري ؛ يحتل الكربون المجموعة الرئيسية والتيتانيوم ، وهو نفس الموضع في سلسلة الانتقال. لكل منها أربعة إلكترونات تكافؤ ، ولكن عندما تتحد لتشكل روابط ، فإنها تحقق نتائج مختلفة.
5. الهيكل الإلكترونيذرة
الصيغة الإلكترونية للتيتانيوم هي: 1s 2 | 2s 2 2p 6 | 3s 2 3p 6 3d 2 | 4s 2.
الرقم التسلسلي للتيتانيوم في النظام الدوري للعناصر الكيميائية D.I. Mendeleev - 22. يشير رقم العنصر إلى شحنة ساحة ، وبالتالي ، فإن التيتانيوم له شحنة نووية +22 ، وكتلة نواة تبلغ 47.87. التيتانيوم في الفترة الرابعة ، في مجموعة فرعية ثانوية. يشير رقم الفترة إلى عدد طبقات الإلكترون. يشير رقم المجموعة إلى عدد إلكترونات التكافؤ. تشير مجموعة فرعية جانبية إلى أن التيتانيوم ينتمي إلى العناصر d.
يحدث التهجين عند ذرة الكربون. لدراسة هذه الروابط ، يجب تغيير تكوين الحالة الأساسية إلى حالة بها أربعة إلكترونات ، كل منها في مدار منفصل ولكل منها دورانها الخاص المنفصل عن الإلكترونات الأخرى. يحدث هذا التغيير نتيجة لتشكيل المدارات الذرية الهجينة. بعض هذه الاختلافات هي أن الكربيدات صلبة وهشة ، في حين أن التيتانيوم مرن وقابل للطرق للغاية. تكون القدرة الكهربية للكربون أكبر بكثير من تلك الموجودة في التيتانيوم ، لذا فإن الرابطة الأيونية ترجع إلى انتقال الإلكترونات من أحدهما إلى الآخر ، مما يؤدي إلى تفاعل إلكتروستاتيكي.
يحتوي التيتانيوم على إلكترونين تكافؤين في المدار s للطبقة الخارجية واثنين من إلكترونات التكافؤ في المدار d للطبقة الخارجية.
الأرقام الكمية لكل إلكترون تكافؤ:
توزيع إلكترونات التكافؤ حسب مستويات الطاقة:
في الحالة المثارة ، يقفز إلكترون واحد من المدار 4s إلى 3d ، مكونًا تساويًا يساوي أربعة:
مع الهالوجينات والهيدروجين ، يشكل Ti (IV) مركبات من النوع TiX 4 ، لها sp 3> q 4 من نوع التهجين.
التيتانيوم معدن. هو العنصر الأول في مجموعة د. الأكثر استقرارًا وشائعًا هو Ti +4. توجد أيضًا مركبات ذات حالات أكسدة منخفضة - Ti 0 ، Ti -1 ، Ti +2 ، Ti +3 ، ولكن تتأكسد هذه المركبات بسهولة عن طريق الهواء أو الماء أو الكواشف الأخرى إلى Ti +4. يتطلب فصل أربعة إلكترونات الكثير من الطاقة ، لذلك فإن أيون Ti +4 غير موجود بالفعل ، وعادةً ما تشتمل مركبات Ti (IV) على روابط تساهمية. Ti (IV) يشبه في بعض النواحي العناصر - Si و Ge و Sn و Pb ، خاصة مع Sn.
6. خواص مركبات التيتانيوم
أكاسيد التيتانيوم:
Ti (IV) - TiO2 - ثاني أكسيد التيتانيوم. له طابع مذبذب. الأكثر استقرارًا وله أكبر قيمة عملية.
Ti (III) - Ti 2 O 3 - أكسيد التيتانيوم. له طابع أساسي. إنه مستقر في المحلول وهو عامل اختزال قوي ، مثل مركبات Ti (III) الأخرى.
TI (II) - TiO2 - أكسيد التيتانيوم. له طابع أساسي. أقل استقرارًا.
ثاني أكسيد التيتانيوم ، TiO2 ، هو مركب من التيتانيوم مع الأكسجين ، حيث يكون التيتانيوم رباعي التكافؤ. مسحوق أبيض ، أصفر عند تسخينه. يحدث في الطبيعة بشكل رئيسي في شكل الروتيل المعدني ، درجة حرارة أعلى من 1850 درجة. الكثافة 3.9 - 4.25 جم / سم 3. غير قابل للذوبان عمليا في القلويات والأحماض ، باستثناء HF. في H 2 SO 4 المركز يذوب فقط بالتسخين لفترات طويلة. عندما يندمج ثاني أكسيد التيتانيوم مع قلويات كاوية أو كربونية ، تتشكل تيتانات ، والتي تتحلل بسهولة مع تكوين حمض أورثوتانيك (أو هيدرات) Ti (OH) 4 في البرد ، وقابل للذوبان بسهولة في الأحماض. عند الوقوف ، يتحول إلى حمض mstatitanic (شكل) ، الذي له بنية الجريزوفولفين وهو قابل للذوبان فقط في أحماض الكبريتيك والهيدروفلوريك المركزة الساخنة. معظم التيتانات غير قابلة للذوبان عمليا في الماء. تكون الخصائص الرئيسية لثاني أكسيد التيتانيوم أكثر وضوحًا من الخصائص الحمضية ، ولكن الأملاح التي يكون فيها التيتانيوم كاتيونًا يتم تحللها أيضًا إلى حد كبير مع تكوين ثنائي التكافؤ من التيتانيوم TiO 2 +. يتم تضمين الأخير في تكوين الأملاح كاتيون (على سبيل المثال ، تيتانيل كبريتات TiOSO 4 * 2H 2 O). ثاني أكسيد التيتانيوم هو أحد أهم مركبات التيتانيوم ؛ فهو بمثابة المادة الأولية لإنتاج مركبات التيتانيوم الأخرى ، وكذلك التيتانيوم المعدني جزئيًا. يستخدم بشكل أساسي كطلاء معدني ، ولكنه يستخدم أيضًا كحشو في إنتاج المعادن المطاطية والبلاستيكية. مشمول في تكوين الزجاج المقاوم للحرارة ، والزجاج ، وكتل البورسلين. وهي مصنوعة من اصطناعية الأحجار الكريمة، عديم اللون ومصبوغ.
ثاني أكسيد التيتانيوم غير قابل للذوبان في الماء ويخفف الأحماض المعدنية (باستثناء الهيدروفلوريك) والمحاليل القلوية المخففة.
يذوب ببطء في حامض الكبريتيك المركز:
TiO 2 + 2H 2 SO 4 \ u003d Ti (SO4) 2 + 2H 2 O
مع بيروكسيد الهيدروجين فإنه يشكل حمض أورثوتانيك H4TiO4:
TiO 2 + 2H 2 O 2 \ u003d H 4 TiO 4
في المحاليل القلوية المركزة:
TiO 2 + 2NaOH \ u003d Na 2 TiO 3 + H 2 O
عند تسخينه ، يشكل ثاني أكسيد التيتانيوم مع الأمونيا نيتريد التيتانيوم:
2TiO 2 + 2NH 3 \ u003d 2TiN + 3H 2 O + O 2
في محلول مشبع من بيكربونات البوتاسيوم:
TiO 2 + 2KHCO 3 \ u003d K 2 TiO 3 + H 2 O + 2CO 2
عندما تنصهر مع أكاسيد ، هيدروكسيدات وكربونات ، تتشكل تيتانات وأكاسيد مزدوجة:
TiO 2 + BaO = BaO TiO 2 (BaTiO 3)
TiO 2 + BaCO 3 \ u003d BaO TiO2 + CO 2 (BaTiO 3)
TiO 2 + Ba (OH) 2 \ u003d BaO TiO 2 (BaTiO 3)
هيدروكسيدات التيتانيوم:
H 2 TiO 3 - P.R. = 1.0 10 -29
H 2 TiO 4 - P.R. = 3.6 10 -17
TIO (OH) 2 - P.R. = 1.0 10 -29
Ti (OH) 2 - P.R. = 1.0 10 -35
هيدروكسيد Ti (IV) - Ti (OH) 4 أو H 4 TiO 4 - حمض أورثوتانيك على ما يبدو غير موجود على الإطلاق ، والراسب الذي يترسب عند إضافة القواعد إلى محاليل أملاح Ti (IV) هو شكل رطب من TiO2 . تذوب هذه المادة في قلويات مركزة ، ويمكن عزل تيتانات الماء من الصيغة العامة من هذه المحاليل: M 2 TiO 3 nH 2 O و M 2 Ti 2 O 5 nH 2 O.
يتميز التيتانيوم بتكوين معقد مع الأحماض المائية المقابلة وخاصة مع أملاحها. أكثر المشتقات المعقدة نموذجية مع الصيغة العامة Me 2 TiG 6 (حيث Me هو معدن أحادي التكافؤ). تتبلور جيدًا وتخضع للتحلل المائي أقل بكثير من هاليدات TiG4 الأولية. يشير هذا إلى استقرار الأيونات المعقدة TiH 6 في المحلول.
يعتمد لون مشتقات التيتانيوم بشدة على طبيعة الهالوجين المتضمن فيها:
يزداد ثبات أملاح الأحماض المعقدة من نوع H 2 EG 6 بشكل عام في سلسلة Ti-Zr-Hf وينخفض في سلسلة الهالوجين F-Cl-Br-I.
تعتبر مشتقات العناصر ثلاثية التكافؤ نموذجية إلى حد ما بالنسبة للتيتانيوم. يمكن الحصول على أكسيد أرجواني داكن Ti 2 O 3 (درجة انصهار 1820 درجة مئوية) عن طريق تكليس TiO2 إلى 1200 درجة مئوية في تيار من الهيدروجين. يتكون Blue Ti 2 O 3 كمنتج وسيط عند 700-1000 درجة مئوية.
Ti 2 O 3 غير قابل للذوبان عمليا في الماء. يتكون هيدروكسيده على شكل راسب بني داكن بفعل القلويات على محاليل أملاح التيتانيوم ثلاثية التكافؤ. يبدأ في الترسب من المحاليل الحمضية عند درجة الحموضة = 4 ، وله خصائص أساسية فقط ولا يذوب في فائض من القلويات. ومع ذلك ، تم الحصول على التيتانيوم المعدني (Li ، Na ، Mg ، Mn) المنتج من HTiO 2 بالوسائل الجافة. يُعرف أيضًا بتركيبة "برونز التيتانيوم" ذات اللون الأزرق والأسود Na0.2TiO 2.
يتأكسد هيدروكسيد التيتانيوم (III) بسهولة بواسطة الأكسجين الجوي. إذا لم تكن هناك مواد أخرى يمكن أن تتأكسد في المحلول ، بالتزامن مع أكسدة Ti (OH) 3 ، يتشكل بيروكسيد الهيدروجين. في وجود Ca (OH) 2 (ارتباط H 2 O 2) ، يستمر التفاعل وفقًا للمعادلة:
2Ti (OH) 3 + O 2 + 2H 2 O \ u003d 2Ti (OH) 4 + H 2 O 2
يتم اختزال أملاح نترات Ti (OH) 3 إلى أمونيا.
يمكن الحصول على مسحوق TiCl3 البنفسجي عن طريق تمرير خليط من أبخرة TiCl4 مع الهيدروجين الزائد عبر أنبوب مسخن إلى 650 درجة مئوية. يتسبب التسخين في تساميها (مع تكوين جزئي لجزيئات ثنائي كلوريد Ti 2 Cl 6) ثم تفككها وفقًا للمخطط:
2TiCl 3 \ u003d TiCl 4 + TiCl 2
ومن المثير للاهتمام ، أنه حتى في ظل الظروف العادية ، يتم تقليل رابع كلوريد التيتانيوم تدريجياً النحاس المعدني، وتشكيل مركب أسود من تكوين CuTiCl 4 (أي СuCl · TiCl 3).
يتكون ثلاثي كلوريد التيتانيوم أيضًا بفعل الهيدروجين على TiCl4 في وقت العزل (Zn + حمض). في هذه الحالة ، يتحول المحلول عديم اللون إلى خاصية أيونات Ti 3+ ليلكي، ويمكن عزل هيدرات بلورية من التركيبة TiCl 3 · 6H 2 O منه ، كما يُعرف أيضًا هيدرات بلورية خضراء غير مستقرة من نفس التركيبة ، والتي يتم إطلاقها من محلول HCl مشبع من TiCl 3. تتوافق بنية كلا الشكلين ، بالإضافة إلى هيدرات بلورية CrCl 3 المماثلة ، مع الصيغ Cl 3 و Cl 2H 2 O. عند الوقوف في وعاء مفتوح ، يصبح محلول TiCl 3 تدريجيًا عديم اللون بسبب أكسدة Ti 3+ إلى Ti 4+ بواسطة الأكسجين الجوي وفقًا للتفاعل:
4TiCl 3 + O 2 + 2H 2 O \ u003d 4TiOCl 2 + 4HCl.
يعتبر Ti3 + أيون واحدًا من عوامل الاختزال القليلة جدًا التي تقلل بسرعة (في وسط حمضي) بيركلورات إلى كلوريدات. في وجود البلاتين ، يتأكسد Ti 3+ بالماء (مع تطور الهيدروجين).
يحتوي Ti 2 (SO 4) 3 اللامائي اللون الاخضر. إنه غير قابل للذوبان في الماء ، ومحلوله في حمض الكبريتيك المخفف له اللون البنفسجي المعتاد لأملاح Ti 3+. من كبريتات التيتانيوم ثلاثية التكافؤ ، يتم إنتاج الأملاح المعقدة ، بشكل أساسي من أنواع Me 12H 2 O (حيث Me هو Cs أو Rb) و Me (مع محتوى متغير من ماء التبلور اعتمادًا على طبيعة الكاتيون).
حرارة تكوين TiO (درجة انصهار 1750 درجة مئوية) هي 518 كيلو جول / مول. يتم الحصول عليها في شكل كتلة مدمجة صفراء ذهبية عن طريق تسخين خليط مضغوط من TiO2 + Ti في فراغ إلى 1700 درجة مئوية. بطريقة شيقةتكوينه هو التحلل الحراري (في فراغ عالي عند 1000 درجة مئوية) من تيتانيل نتريل.
مشابه في المظهر لمعدن ، يتم الحصول على TiS ذو اللون البني الغامق عن طريق تكليس TiS 2 في تيار هيدروجين (في هذه الحالة ، يتم تكوين كبريتيدات بتركيبة وسيطة مبدئيًا ، على وجه الخصوص Ti 2 S 3). يُعرف أيضًا TiSe و TiTe وتركيب السيليسيد Ti 2 Si.
تتشكل كل TiG 2 عن طريق تسخين هاليدات TiG 3 المقابلة دون وصول الهواء بسبب تحللها وفقًا للمخطط:
2TiG 3 = TiG 4 + TiG 2
عند درجات حرارة أعلى إلى حد ما ، تخضع هاليدات TiG 2 للتفكيك وفقًا للمخطط: 2TiG 2 \ u003d TiG 4 + Ti
يمكن أيضًا الحصول على ثنائي كلوريد التيتانيوم عن طريق اختزال TiCl4 بالهيدروجين عند 700 درجة مئوية. إنه قابل للذوبان بدرجة عالية في الماء (والكحول) ، ومع الأمونيا السائلة فإنه يعطي الأمونيا الرمادية TiCl 2 4NH 3. يمكن الحصول على محلول TiCl2 عن طريق اختزال TiCl4 مع ملغم الصوديوم. نتيجة للأكسدة بواسطة الأكسجين الجوي ، يتحول المحلول عديم اللون لـ TiCl 2 إلى اللون البني بسرعة ، ثم يتحول إلى اللون البنفسجي (Ti 3+) ، وفي النهاية يصبح عديم اللون مرة أخرى (Ti 4+). يتم الحصول عليها عن طريق عمل القلويات على محلول TiCl2 ، مما يجعل من السهل للغاية أكسدة الراسب الأسود لـ Ti (OH) 2.
6.1 طبيعة الهيدروكسيدات
بسبب خفته ومقاومته الحرارية والميكانيكية والتآكل ، يعتبر التيتانيوم مادة هيكلية مهمة. سبائك التيتانيوم عند درجة حرارة 300-350 درجة مئوية أقوى 10 مرات من سبائك الألومنيوم. بالنسبة للتيتانيوم ، فإن حالة الأكسدة الأكثر تميزًا هي +4 ، لكن مركبات Ti (III) وغالبًا ما تكون Ti (II) معروفة أيضًا. وهكذا ، تُعرف أكاسيد TiO و Ti 2 O 3 و TiO 2 بالتيتانيوم. التيتانيوم في الحالة الثنائية وثلاثية التكافؤ لديه قدرة اختزال عالية. في السنوات الاخيرةيجري العمل حاليًا لإيجاد طرق للحصول على مركبات التيتانيوم (II) والتيتانيوم (III) وتثبيتهما.
هيدروكسيد التيتانيوم (IV) هو أكثر هيدروكسيدات التيتانيوم استقرارًا. لون أبيض TiO 2 nH 2 O. اعتمادًا على شروط الاستلام ، قد يحتوي على كميات متغيرةمجموعات OH مرتبطة بذرة التيتانيوم ، والمياه الهيكلية ، والمخلفات الحمضية ، والكاتيونات الممتزة. يتكون هيكل الهيدروكسيدات نتيجة لعمليات معقدة من التحلل المائي والتكثيف المتعدد. هيدروكسيد التيتانيوم ، الذي يسمى أحيانًا "حمض التيتانيوم" ، والذي يتكون أثناء التحلل المائي لرابع كلوريد التيتانيوم في محلول مائي من الأمونيا ، عبارة عن جزيئات معقدة من التكوين 3+. على ال المرحلة القادمةيحدث التحلل المائي ، التكثيف المتعدد لـ 3+ أيونات مع تكوين مشتقات هيدروكسو وأوكسو قليل القسيمات. يشار أحيانًا إلى حمض التيتانيوم المترسب حديثًا باسم حمض ألفا تيتانيك. يتم وصف تركيبته الإجمالية تقريبًا بواسطة الصيغة TiO 2 · 2H 2 O أو Ti (OH) 4. عندما تترسب في البرد ، فإنها تحتوي على رقم ضخممجموعات الهيدروكسو وبالتالي فهي أكثر تفاعلية ، مذبذبة ، ويتم التعبير عن كل من الخصائص الأساسية والحمضية بشكل ضعيف للغاية.
يخضع Ti (OH) 4 (شكل ألفا) لعملية تقادم تحدث بسرعة كبيرة حتى في درجة حرارة الغرفة. تحدث الشيخوخة بسبب تحول جسور الهيدروكسيل إلى جسور أوكسول. هذه العملية تسمى الأكسدة. يتم تعزيزه من خلال زيادة درجة الحرارة ، وزيادة تركيز أملاح التيتانيوم ، وبيئة قلوية و تخزين طويل المدىالمحلول. يحتوي بوليمر oxol (حمض بيتا تيتانيك TiO 2 nH 2 O ، n = 1 أو H 2 TiO 3) على عدد أصغر من مجموعات OH وجزيئات الماء ، ويكتسب بنية إطار بسبب روابط Ti-O-Ti الإضافية بين الجزيئات الكبيرة المختلفة وبالتالي يختلف في الخمول الكيميائي - لا يتفاعل مع محاليل الأحماض والقلويات.
هيدروكسيد التيتانيوم (III) Ti (OH) 3 - راسب رمادي بنفسجي ، غير قابل للذوبان في الماء ، له خصائص أساسية فقط ، أي لا يذوب في القلويات ، يتفاعل مع الأحماض ، مكونًا الأملاح المقابلة: 2Ti (OH) 3 + H 2 SO 4 = Ti 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O.
تكون مركبات Ti (III) غير مستقرة وتؤدي إلى اختزال العوامل. لذلك ، يتأكسد هيدروكسيد التيتانيوم (III) وأملاحه بسهولة بواسطة الأكسجين الجوي:
4Ti (OH) 3 + O 2 + (n - 6) H 2 O \ u003d 4TiO 2 nH 2 O.
يتم تكوين هيدروكسيد التيتانيوم (II) Ti (OH) 2 على شكل راسب أسود عندما يتم معالجة هاليدات التيتانيوم (II) بالقلويات. عامل الاختزال النشط. يتأكسد بسهولة في وجود الماء مع تطور الهيدروجين:
2Ti (OH) 2 + 2H 2 O \ u003d 2Ti (OH) 3 v + H 2 أو Ti (OH) 2 + 2H 2 O \ u003d H 4 TiO 4 v + H 2.
تجريبيا عن طريق التحلل المائي لـ TiOSO 4 ماء ساخنتم الحصول على هيدروكسيد التيتانيوم (IV) على شكل راسب أبيض: TiOSO 4 + (x + 1) H 2 O = TiO 2 xH 2 Ov + H 2 SO 4.
لقد ثبت تجريبياً أن هيدروكسيد التيتانيوم (IV) يظهر خصائص مذبذبة ، أساسية بشكل أساسي: Ti (OH) 4 + 2H 2 SO 4 = H 2 + 2H 2 O.
عند التفاعل مع القلويات ، لا يذوب الراسب. هذا يرجع إلى حقيقة أن الخصائص الحمضية لهيدروكسيد التيتانيوم (IV) يتم التعبير عنها بشكل ضعيف للغاية ، وفي ظروف تجربة معملية تعليمية ، لا يمكن دائمًا اكتشافها حتى في Ti (OH) 4 المترسب حديثًا. للحصول على مركبات Ti (III) ، تمت إضافة هيدروكسيد التيتانيوم (IV) المركز إلى الناتج حامض الكبريتيكوغبار الزنك:
2Ti (OH) 4 + Zn + 4H 2 SO 4 = Ti 2 (SO 4) 3 + ZnSO 4 + 8H 2 O
عند إضافة القلويات ، يجب أن يترسب راسب هيدروكسيد التيتانيوم الرمادي البنفسجي (III): Ti 2 (SO 4) 3 + 6NaOH \ u003d 2Ti (OH) 3 v + 3Na 2 SO 4.
ومع ذلك ، سقط راسب أبيض ، أي يتكون هيدروكسيد التيتانيوم (IV). يفسر ذلك من خلال حقيقة أن مركبات Ti (III) غير مستقرة ، وتؤدي إلى اختزال العوامل ، وتتأكسد بسرعة في الهواء. لقد ثبت تجريبياً أن هيدروكسيدات التيتانيوم في حالات الأكسدة المنخفضة في المحاليل المائية غير مستقرة ، وفي وجود الأكسجين يستحيل الحصول على هيدروكسيدات التيتانيوم (III) و (II) من مركبات التيتانيوم (IV).
7. تطبيق العنصر ومركباته
نظرًا لمقاومته العالية للتآكل بشكل استثنائي ، يعتبر التيتانيوم مادة ممتازة لتصنيع المعدات الكيميائية. لكن الخاصية الرئيسية للتيتانيوم ، والتي تساهم في زيادة استخدامه في التكنولوجيا الحديثة ، هي المقاومة العالية للحرارة لكل من التيتانيوم نفسه وسبائكه مع الألمنيوم والمعادن الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع هذه السبائك بمقاومة للحرارة - القدرة على الحفاظ على خصائص ميكانيكية عالية في درجات حرارة عالية. كل هذا يجعل سبائك التيتانيوم مواد ذات قيمة عالية جدًا لصناعة الطائرات والصواريخ. على الرغم من متانة التيتانيوم العالية نسبيًا ، فإن استخدامه في الهندسة الكيميائية له ما يبرره تمامًا ، لأنه يؤتي ثماره مع عمر خدمة المعدات المصنوعة منه. لم يعد بإمكان العديد من مجالات التكنولوجيا الاستغناء عن التيتانيوم.
التيتانيوم أثقل قليلاً من الألمنيوم ، لكنه أقوى بثلاث مرات. هذا يفتح آفاق لاستخدام التيتانيوم في مناطق مختلفةهندسة. ويكفي أن نشير إلى أن استخدام أجزاء مصنوعة من التيتانيوم وسبائكه في المحركات الاحتراق الداخلييسمح بتقليل وزن هذه المحركات بحوالي 30٪.
تسببت الإمكانيات الواسعة لاستخدام التيتانيوم في التكنولوجيا في التطور السريع لإنتاجه. في عام 1948 الأول التيتانيوم الصناعيبكمية 2.5 طن عام 1954 الإنتاج العالميمن هذا المعدن بلغ 7000 طن ، وفي عام 1957 وصل إلى 30000 طن ، ولم يتم ملاحظة معدلات النمو هذه في إنتاج أي معدن آخر.
التيتانيوم المعدني يشبه الفولاذ. التيتانيوم الخالص مصنوع بالفعل في البرد. يتم استخدامه لإنتاج الكربيدات المقاومة للحرارة. للأغراض الصناعية ، تم الحصول على الفيروتيتانيوم منذ فترة طويلة ، وإضافته بكميات صغيرة (0.1 ٪) إلى الفولاذ الخاص يزيد ليونة ويزيد من قوة الشد.
تتميز سبائك الألمنيوم بقابلية اللحام الجيدة ؛ قوتهم أعلى بكثير من التيتانيوم النقي. ومع ذلك ، فإن هذه السبائك لا تستجيب بشكل جيد لتشوه البلاستيك الساخن. لتحسين قابلية تصنيع السبائك أثناء التشكيل والدرفلة ، يتم إدخال المنغنيز والموليبدينوم والكروم الفاناديوم وعناصر أخرى في تكوينها. تؤدي زيادة محتوى الألمنيوم في سبائك التيتانيوم إلى زيادة مقاومة الحرارة.
تستخدم سبائك التيتانيوم لتصنيع مجموعة واسعة من المنتجات شبه المصنعة. المطروقات والطوابع والألواح مصنوعة من سبائك VT-1 و 3A1 ؛ من سبيكة OT-4 - صفائح من سبيكة VT3 - مطروقات. يتم استخدام سبيكة VT-6 المقاومة للحرارة أنواع مختلفةمنتجات شبه جاهزة.
في الانتاج اسفنجة التيتانيوموعندما تتم معالجتها إلى منتجات نهائية ، تتولد كمية كبيرة من النفايات. كقاعدة عامة ، تكون النفايات عبارة عن إسفنجة وميض بحجم جسيم يبلغ 3 + 0 مم وقلنسوة بحجم جسيم يبلغ 5 + 0 مم. تشمل النفايات أيضًا أجزاء الإسفنج التي يتم إزالتها عندما المعالجة الأوليةالكتلة: طبقة علوية وسفلية وإسفنج من نقاط تلامس الكتلة مع جدران المفاعل. عندما يتم رفض جزء من الإسفنج الفحص العينيعلى الحزام الناقل.
ما يقرب من 2/3 من إجمالي كمية النفايات مشروطة ، ولكن بها زيادة المحتوىالأكسجين والنيتروجين والشوائب الأخرى. إذا كانت النفايات ملوثة بالشوائب فقط من السطح ، فيمكن بعد المعالجة المناسبة استخدامها للشحن في تصنيع الأقطاب الكهربائية الاستهلاكية.
لم تجد النفايات الملوثة فوق المقطع العرضي بأكمله للشريط استخدامًا رشيدًا في الصناعة. القطع الصغيرة ، التي لا يمكن ضمان تجميعها بشكل واضح عن طريق السبائك بسبب صعوبة التحكم في التكوين ، تنتمي أيضًا إلى نفايات دون المستوى المطلوب. يمكن أن يؤدي الاستخدام الرشيد لمخلفات التيتانيوم ومعالجتها إلى زيادة كبيرة في عدد المنتجات دون زيادة قدرة المصانع التي تنتج التيتانيوم.
الطريقة الأكثر عقلانية لاستخدام النفايات القياسية التي يتم الحصول عليها أثناء معالجة اسفنجة التيتانيوم وسبائك وألواح ومنتجات الصب هي إعادتها إلى إعادة الصهر. اذا كان العملية التكنولوجيةتسير عملية الصب بشكل جيد ، ثم لا تختلف جودة المعدن من النفايات عمليًا عن جودة معدن المسبوكات. إذا تم اعتبار الصب مناسبًا ، فيمكن استخدام نفاياته لإعادة الصهر.
يمكن استخدام الإسفنج دقيق الحبيبات لصنع مرشحات من السيراميك والمعدن لتنقية المغنيسيوم. يمكن استخدام غربلة الإسفنج التيتانيوم من الأجزاء الصغيرة لتصنيع أنواع مختلفة من الأجزاء المعدنية والسيراميك وشريط التيتانيوم بالضغط بواسطة مساحيق الدرفلة.
في الوقت الحاضر ، تستخدم الصناعة على نطاق واسع طريقة منع تآكل المعدن الأساسي عن طريق الفيلم أو الطلاء المنتشر بمعدن آخر أكثر مقاومة في هذه البيئة. تعد مقاومة التيتانيوم العالية للتآكل في العديد من البيئات واحدة من أكثر صفاته قيمة. في بعض الحالات ، يكون لطلاء التيتانيوم خصائص تآكل أعلى من التيتانيوم ، على وجه الخصوص ، تحت تأثير أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك.
يمكن أن تستخدم الصناعة الكيميائية كميات كبيرة من نفايات التيتانيوم ، ومعالجتها بطريقة أو بأخرى بعض المنتجات: ثنائي كلوريد التيتانيوم وثلاثي كلوريد ، وهيدريد التيتانيوم ، وكلوريد التيتانيوم المحتوي على ذوبان ، إلخ.
يتم استخدام كميات كبيرة من نفايات التيتانيوم دون المستوى القياسي في المعادن الحديدية لإزالة أكسدة الفولاذ. نظرًا لارتفاع تكلفة نفايات التيتانيوم ، لا يمكن اعتبار استخدامها في تعدين المعادن الحديدية أمرًا منطقيًا.
مركبات التيتانيوم
في درجة حرارة عاليةيتحد التيتانيوم مع الهالوجينات والأكسجين والكبريت والنيتروجين وعناصر أخرى. هذا هو أساس استخدام سبائك التيتانيوم مع الحديد ( الفيروتيتانيوم) كمادة مضافة للصلب. يتحد التيتانيوم مع النيتروجين والأكسجين الموجودين في الفولاذ المصهور وبالتالي يمنع إطلاق الأخير أثناء تصلب الفولاذ - الصب متجانس ولا يحتوي على فراغات.
الجمع مع الكربون والتيتانيوم يشكل كربيد. من التيتانيوم وكربيدات التنجستن مع إضافة الكوبالت ، يتم الحصول على سبائك قريبة من الماس في الصلابة.
ثاني أكسيد التيتانيوم TiO2 هو مادة بيضاء حرارية ، غير قابلة للذوبان في الماء والأحماض المخففة. هو - هي - أكسيد مذبذب، ولكن يتم التعبير عن الخصائص الأساسية والحمضية بشكل ضعيف.
وجدت في الطبيعة الروتيل(تناغم مكعب) ، وغالبًا ما يكون في الشكل أناتاس(تيتراغونال سينغوني) و بروكيتا(التناغم المعيني). في الروتيل ، يُحاط كل أيون Ti 4+ بستة أيونات O2 ، وكل O 2 - أيون محاط بثلاثة أيونات Ti 4+. في الشكلين البلوريين الآخرين ، يكون الجيران المباشرون للأيونات متماثلين.
ثاني أكسيد التيتانيوم النقي عديم اللون. في الطبيعة ، عادة ما تكون ملوثة بأكاسيد الحديد وبالتالي فهي ملونة.
غير قابل للذوبان تماما في الماء والأحماض المخففة. في حامض الكبريتيك المركز الدافئ ، يذوب ببطء مع احتمال تكوين كبريتيت التيتانيوم Ti (SO 4) 2 ، والتي ، مع ذلك ، لا يمكن عزلها في شكل نقينظرًا لسهولة انتقاله بسبب التحلل المائي في كبريتات تيتانيل ( TiO) SO 4. هذا قابل للذوبان في ماء باردالملح ، عند تسخينه ، يتحلل أيضًا لتكوين H 2 SO 4 وثاني أكسيد التيتانيوم المائي ، ما يسمى في-تيتانيومأو حمض ميتاتانيك. تشير السهولة التي يحدث بها هذا التحلل المائي إلى الخصائص الأساسية الضعيفة لهيدروكسيد التيتانيوم. يعطي كبريتات التيتانيوم مع الكبريتات الفلزات القلوية(التي تضاف إلى حمض الكبريتيك المستخدم في إذابة ثاني أكسيد التيتانيوم) الأملاح المزدوجة ، مثل K 2 ، أكثر مقاومة للتحلل المائي من الكبريتات البسيطة.
تترسب هيدروكسيدات وكربونات الفلزات القلوية من محاليل الكبريتات في ثاني أكسيد التيتانيوم الجيلاتيني المميَه البارد ، ما يسمى ب- حمض التيانيك، والذي يختلف عن β-titanium في تفاعل أعلى (على سبيل المثال ، يذوب β-titanic acid في القلويات ، حيث يكون β-titanium غير قابل للذوبان). لا يمكن عزل هيدروكسيد التيتانيوم رباعي التكافؤ ، أو في الواقع حمض التيتانيوم Ti (OH) 4 ، حيث إنه مشابه لأحماض السيليك والقصدير. ب - وج - أحماض التيتانيوم ، وهي مشتقات مجففة إلى حد ما من هيدروكسيد التيتانيوم (IV) ، قابلة للمقارنة تمامًا مع أحماض b - و b-tin.
يتحول المحلول المحايد أو المحمض من كبريتات التيتانيل ، بالإضافة إلى أملاح التيتانيوم الأخرى ، إلى اللون البرتقالي الداكن مع بيروكسيد الهيدروجين (تفاعل الكشف عن بيروكسيد الهيدروجين). الأمونيا تترسب من هذه المحاليل حمض البيروكسوتيتانيك H 4 TiO 5 أصفر - بني ، له الصيغة Ti (OH) 3 O-OH.
يستخدم TiO 2 في صناعة الزجاج المقاوم للحرارة ، والزجاج ، والمينا ، والأواني الزجاجية للمختبرات المقاومة للحرارة ، وكذلك لتحضير الطلاء الزيتي الأبيض مع قوة إخفاء عالية ( التيتانيوم الأبيض).
يتم الحصول على انصهار TiO2 مع BaCO 3 تيتانات الباريومباتيو 3. هذا الملح يحتوي على نسبة عالية جدا السماحيةبالإضافة إلى ذلك ، لديه القدرة على التشوه تحت تأثير الحقل الكهربائي. تُستخدم بلورات تيتانات الباريوم في المكثفات الكهربائية عالية السعة وصغيرة الحجم ، وفي المعدات فوق الصوتية ، وفي التقاطات ، وفي الأجهزة المائية الصوتية.
كلوريد التيتانيوم(IV) TiCl4 ، الذي يتم الحصول عليه بنفس طريقة SiCl 4 ، هو سائل عديم اللون مع درجة غليان 136 درجة مئوية ونقطة انصهار تبلغ -32 درجة مئوية ، ويتحلل بالماء لتشكيل TiO2 و 4 HCl. مع هاليدات الفلزات القلوية ، يعطي كلوريد التيتانيوم (IV) كلوريد مزدوج يحتوي على 2 - أيون معقد. فلوريد التيتانيوم(IV) يتم عزل TiF4 كمسحوق أبيض بنقطة انصهار تبلغ 284 درجة مئوية ؛ كما أنه يتحلل بالماء بسهولة ويتشكل مع HF سداسي فلوروتيتانيوم(IV) حمض H 2 TiF6 مثل حمض سداسي فلوروسيليسيك.
لا مائي كلوريد التيتانيوم(III) يتم الحصول على TiCl3 كمسحوق أرجواني عن طريق تمرير بخار TiCl4 مع H 2 عبر أنبوب نحاسي مسخن إلى حوالي 700 درجة مئوية. في شكل محلول مائي (أرجواني) يتم الحصول عليه عن طريق اختزال TiCl 4 بوصة حامض الهيدروكلوريكبالزنك أو كهربائيا. يتم الحصول أيضًا على كبريتات التيتانيوم (III). من محلول مائي من كلوريد التيتانيوم (III) يتبلور سداسي هيدرات الأرجواني TiCl 3؟ 6H 2 O.
كلوريد التيتانيوم(II) يتم الحصول على TiCl 2 باللون الأسود عن طريق التحلل الحراري لـ TiCl 3 عند 700 درجة مئوية في جو هيدروجين:
عديم اللون المحلول المائييتأكسد هذا الكلوريد سريعًا في الهواء ، بينما يتحول أولاً إلى اللون الأرجواني ، ثم يصبح عديم اللون مرة أخرى بسبب تكوين مركب Ti (III) أولاً ثم مركب Ti (IV).
كربونات التيتانيوم وأوكسي كاربيدات وأوكسي نيتريد.لقد وجد أن طبيعة الاعتماد على انحلال الأطوار الخلالية المقاومة للصهر (TPI) - كربيدات التيتانيوم والنتريدات والأكاسيد - على التركيبة ترتبط بالتغير في درجة معدنية روابط Ti-Ti في TiC- سلسلة TiN-TiO ، وهي: مع زيادة درجة فلزية المراحل في هذا الاتجاه تقل مقاومتها الكيميائية في HCl و H 2 SO 4 ، بينما تزداد في HNO 3. نظرًا لأن الكربيدات والنتريد وأول أكسيد التيتانيوم تتميز بقابلية كاملة للذوبان المتبادل ، فمن المتوقع أن يظهر تفاعل محاليلها الصلبة مع الأحماض نمطًا مشابهًا.
ومع ذلك ، فإن البيانات المتاحة في الأدبيات حول اعتماد درجة انحلال TiC x O y و TiN x O y على التركيبة في الأحماض المعدنية لا تتفق مع هذا الافتراض. وبالتالي ، فإن قابلية ذوبان TiC x O y (جزء<56 мкм) в конц. HCl отсутствует вообще (20?C, 6 ч и 100?С, 3 ч), а в H 2 SO 4 - отсутствует при 20?C (6 ч), но монотонно возрастает от 3% (TiC 0.30 O 0.78) до 10% (TiC 0.86 O 0.12) при 100?C (3 ч). Степень растворения TiC x O y (фракция 15-20 мкм) в 92% -ной H 2 SO 4 (100?C, 1 ч), напротив, уменьшается с ростом содержания углерода от 16% (TiC 0.34 O 0.66) до 2% (TiC 0.78 O 0.22). Степень растворения TiC x O y в конц. HCl (د= 1.19 جم / سم) في ظل نفس الظروف تصل إلى 1-2٪ ، دون الكشف عن أي اعتماد على تركيبة المرحلة. درجة انحلال TiN x O y بالتركيز. HNO 3 منخفض (2.5 - 3.0٪) ولا يعتمد على تركيبة أوكسينيتريد (20 درجة مئوية ، 6 ساعات). من ناحية أخرى ، تختلف درجة انحلال TiN x O y في HNO3 تحت نفس الظروف على مدى واسع جدًا: من 98٪ لـ TiC 0.88 O 0.13 إلى 4.5٪ لـ TiC 0.11 O 0.82. من الصعب قول أي شيء محدد عن طبيعة العلاقة بين درجة الذوبان وتكوين كربونات التيتانيوم في أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك. درجة انحلال TiC x O y في HCl منخفضة جدًا (0.3٪) ولا تعتمد على تركيبة الكربونيتريد (60 درجة مئوية ، 6 ساعات). ومع ذلك ، في conc. H 2 SO 4 هو ترتيب من حيث الحجم أعلى (3.0-6.5٪) ويتميز بحد أدنى (2٪) لعينة من التركيبة TiC 0.67 O 0.26.
تسمح لنا البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها بتأكيد أن طبيعة اعتماد انحلال TiC x N y و TiC x O y و TiN x O y على التركيبة في HCl و H 2 SO 4 و HNO 3 محددة تمامًا و ، علاوة على ذلك ، على غرار ما تم إنشاؤه سابقًا لـ TiC x و TiN x و TiO x. هذا يعني أن أسباب الاختلاف النوعي لهذه التبعيات في حمض الهيدروكلوريك و H2SO4 ، من ناحية ، وفي HNO3 ، من ناحية أخرى ، يجب أن تكون شائعة لجميع المركبات المدروسة لنظام TI-C-N-O ، أي يتم تحديدها من خلال درجة معدنية رابطة Ti-Ti وقدرة التخميل لنواتج التفاعل الناتجة.
تيتانات الليثيوم و الزنكيحتوي كل من Li 2 ZnTi 3 O 8 و Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 على هيكل إسبينيل مكعب بتوزيع مختلف للكاتيونات على المواضع. لقد ثبت أن هذه المركبات عبارة عن إلكتروليتات صلبة موصلة للليثيوم. في Li 2 ZnTi 3 O 8 ، يتم ترتيب الكاتيونات من الليثيوم والتيتانيوم في مواضع ثماني السطوح بنسبة 1: 3 ، يتم توزيع نصف ذرات الليثيوم والزنك إحصائيًا على مواقع رباعي السطوح: (Li 0.5 Zn 0.5) O 4. يمكن كتابة الصيغة الكيميائية البلورية لـ Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 كـ (Zn) O 4. بناءً على تحليل أطياف الأشعة تحت الحمراء ورامان ، تم اقتراح طريقة أخرى لتوزيع ذرات الليثيوم والزنك في بنية هذه الإسبينيل: الليثيوم له تنسيق رباعي السطوح ، في حين أن الزنك والتيتانيوم لهما تنسيق ثماني السطوح. لوحظ أيضًا تشويه قوي لـ TiO 6 ثماني الوجوه: على سبيل المثال ، في Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 ، تكون بيئة أيونات Ti 4+ قريبة من خمسة تنسيق. يتم تفسير الموصلية الأيونية المنخفضة لهذه التيتانات في درجات حرارة مرتفعة من خلال التنسيق رباعي السطوح لذرات الليثيوم.
في مثال إسبنيل الهاليد Li 2 MX 4 (M = Mg 2+، Mn 2+، Fe 2+؛ X = Cl -، Br -) وجد أن التركيب الموجب وتوزيع ذرات الليثيوم على المواضع له قوة قوية. تأثير على التوصيل الكهربائي. نظرًا لعدم وجود وجوه مشتركة في بنية الإسبينيل بين نفس المواضع الكاتيونية ، فإن العديد من المواضع المختلفة تشارك في النقل الأيوني. لوحظت قيم عالية للتوصيل الأيوني في إسبينيل الكلوريد نتيجة لاضطراب بنية المركبات المرتبطة بانتقال ذرات الليثيوم عند درجات حرارة مرتفعة من مواضع التتراهدرا 8 أفي مواقع اوكتاهدرا حرة 16 مع. في هذه الحالة ، تم تحويل هيكل الإسبنيل إلى هيكل من نوع كلوريد الصوديوم. كانت إحدى الطرق المفيدة لدراسة اضطراب بنية إسبينيل الكلوريد هي دراسة أطياف رامان للمركبات في درجات حرارة عالية.
المؤلفات
1. ن. جلينكا. الكيمياء العامة - L: الكيمياء ، 1981 ، - 720 صفحة ؛
2. K. Nenitescu. كيمياء عامة - م: مير ، 1968 ، 816 ص ؛
3. ن. احمدوف. الكيمياء العامة وغير العضوية - M: المدرسة العليا ، 743 ثانية ؛
4. V. زيلييف ، أ. شتين. "التفاعل بين كربونات التيتانيوم ، وكربيدات الأوكسي نيتريد وأوكسي نيتريد مع الأحماض المعدنية المركزة" ، مجلة الكيمياء غير العضوية ، العدد 48 ، العدد 8 (أغسطس 2003) ، الصفحة 1402 ؛
5. أ. لينيدوف ، لوس أنجلوس Perelyaeva et al. "التحقيق في اضطراب الإسبينيل Li 2 x Zn 2-3 x Ti 1+ x O 4 (x = 0.33، 0.5) بواسطة Raman الطيفي: الارتباط مع الموصلية الأيونية" ، مجلة الكيمياء غير العضوية ، المجلد. 48 العدد 11 (تشرين الثاني 2003) ص 1841.
6. م. جودنيفا ، د. Motov ، كيمياء مجموعة التيتانيوم الفرعية - L.: Nauka ، 1980 ، - 175s .؛
7. Sergeev V.V. ، Galitsky NV ، إلخ. تعدين التيتانيوم - M: Metallurgy ، 1971 ، - 320s.
8. إد. جاليتسكي ب. التيتانيوم وسبائكه في الهندسة الكيميائية - M: Mashinostroenie ، 1968 - 340s.
استضافت على Allbest.ru
...وثائق مماثلة
تاريخ اكتشاف العنصر ووجوده في الطبيعة. طرق الحصول على المعادن من الخامات المحتوية على أكاسيدها. استعادة ثاني أكسيد التيتانيوم بالفحم والهيدروجين والسيليكون والصوديوم والمغنيسيوم. الخصائص الفيزيائية والكيميائية. استخدام التيتانيوم في التكنولوجيا.
الملخص ، تمت الإضافة 01/24/2011
الخصائص العامة للتيتانيوم كعنصر كيميائي للمجموعة الرابعة من النظام الدوري D.I. مندليف. الخصائص الكيميائية والفيزيائية للتيتانيوم. تاريخ اكتشاف التيتانيوم بواسطة دبليو جريجور عام 1791. الخصائص الرئيسية للتيتانيوم وتطبيقاته في الصناعة.
التقرير ، تمت الإضافة بتاريخ 04/27/2011
تاريخ وخصائص القصدير. أصل اسم التيتانيوم وتعديلاته المتآصلة وخواصه الكيميائية والفيزيائية. الخصائص الرئيسية التي تسمح باستخدام هذا المعدن. استخدام التيتانيوم وسبائكه في الصناعات.
الملخص ، تمت إضافة 2014/05/27
الخصائص العامة للعناصر الكيميائية للمجموعة الرابعة من الجدول الدوري ووجودها في الطبيعة ومركباتها مع غير المعادن الأخرى. الحصول على الجرمانيوم والقصدير والرصاص. الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمعادن مجموعة التيتانيوم الفرعية. نطاقات الزركونيوم.
عرض تقديمي ، تمت إضافة 2014/04/23
تعديلات طبيعية متعددة الأشكال لثاني أكسيد التيتانيوم وخصائصه الفيزيائية والكيميائية وتطبيقاته. أساسيات تحسين التحفيز الضوئي. ثاني أكسيد التيتانيوم مخدر بالكربون. المواد المستخدمة في تصنيع ثاني أكسيد التيتانيوم. إجراء التوليف.
ورقة مصطلح ، تمت إضافتها في 12/01/2014
التيتانيوم كمعدن ، عنصر من المجموعة الرابعة من النظام الدوري ، خواصه الفيزيائية والكيميائية. وصف المخطط التكنولوجي للإنتاج في متجر المعادن. استعادة رباعي كلوريد التيتانيوم بالمغنيسيوم. حساب الأبعاد الهيكلية للجهاز.
ورقة مصطلح ، تمت إضافتها في 11/14/2013
خواص الموليبدينوم ومركباته. تاريخ اكتشاف العنصر. التركيب الإلكتروني للذرة وموقعها في النظام الدوري للعناصر الكيميائية D.I. مندليف. الخواص الكيميائية والفيزيائية للموليبدينوم وأكاسيده وهيدروكسيداته.
ورقة مصطلح ، تمت الإضافة 06/24/2008
النظام الدوري للعناصر الكيميائية. هيكل الذرات والجزيئات. الأحكام الرئيسية لنظرية التنسيق. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للهالوجينات. مقارنة خصائص مركبات الهيدروجين. نظرة عامة على خصائص المركبات p- و s- و d- العناصر.
محاضرة ، أضيفت في 06/06/2014
الخصائص الفيزيائية والكيميائية والتركيب الإلكتروني لذرة القصدير ومركباته مع الهيدروجين والهالوجين والكبريت والنيتروجين والكربون والأكسجين. أكاسيد وهيدروكسيدات القصدير. عمليات الأكسدة والاختزال. الخصائص الكهروكيميائية للمعادن.
ورقة مصطلح ، تمت إضافتها في 07/06/2015
معلومات عن الكربون تعود إلى العصور القديمة وتوزيعه في الطبيعة. وجود الكربون في القشرة الأرضية. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للكربون. إنتاج واستخدام الكربون ومركباته. قدرة امتصاص الكربون المنشط.
