Տիտան

Տիտան, քիմիական նշանը՝ Ti, պարբերական համակարգի 4 պարբերության 4 խմբի տարր, կարգահամարը՝ 22, ատոմական զանգվածը՝ 47,90։ d-տարր է, ատոմի արտաքին էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է 3s²Зр⁶3d²4s²։ К և L թաղանթները լրացված են։

Անվան այլ կիրառումների համար տե՛ս՝ Տիտան (այլ կիրառումներ)

22 Սկանդիում ← Տիտան → Վանադիում Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգ 22Ti
Պարզ նյութի արտաքին տեսք
Բարձր մաքրությամբ տիտանի բյուրեղներ
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Տիտան / Titanium (Ti), Ti, 22
Ատոմային զանգված (մոլային զանգված)	47,867[1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	[Ar] 3d2 4s2
Ատոմի շառավիղ	147 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ	132 պմ
Իոնի շառավիղ	(+4e)68 (+2e)94 պմ
Էլեկտրաբացասականություն	1,54 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ	−1,63
Օքսիդացման աստիճաններ	2, 3, 4, 0
Իոնացման էներգիա (առաջին էլեկտրոն)	657,8(6,82) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան	1933±20 Կ
Եռման ջերմաստիճան	3560 Կ
Մոլյար ջերմունակություն	25,1[2] Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ	10,6 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք	վեցանկյուն
Բյուրեղացանցի տվյալներ	a=2,951 с=4,697 (α-Ti)
Դեբայի ջերմաստիճան	380 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն	(300 Կ) 21,9 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար	CAS գրանցման համար?

22	Տիտան
Ti 47,867
3d24s2

Բնական տիտանը բաղկացած է ⁴⁶Ti (7,95 %), ⁴⁷Ti (7,75 %), ⁴⁸Ti (73,45 %), ⁴⁹Ti (5,51 %) և ⁵⁰Ti (5,34 %) կայուն իզոտոպներից։ Ստացվել են ⁴¹Ti (T_1/2 = 0,09 վ,β⁺), ⁴³Ti (0,6վ, β⁺), ⁴⁴Ti (48,2 տարի), ⁴⁵Ti (3,1 ժամ, β⁺), ⁵¹Ti (5,8 ր, β) և ⁵²Ti (49 ր, β) ռադիոակտիվ իզոտոպները։

Տիտանը բաց մոխրագույն, արծաթափայլ մետաղ է, հալման ջերմաստիճանը՝ 1668 °С, եռմանը՝ 3330 °С, խտությունը 4505 կգ/մ³ (α-ձև 20 °С)։

Պատմություն

Մաքուր, անխառնուրդ տիտան հաջողվել է ստանալ նրա միացությունների հայտնագործումից միայն 100 տարի հետո։ 18-րդ դարի վերջին, միմյանցից անկախ, տիտանի օքսիդ ստացել են անգլիացի գիտնական Վ. Գրեգորը (1790 թվականին) և գերմանացի քիմիկոս Մ. Կլապրոտը (1795 թվականին)։

1825 թվականին շվեդ քիմիկոս և հանքաբան Հ. Բերցելիուսին հաջողվել է ստանալ մետաղական տիտան։ 1925 թվականին ստացել են մաքուր տիտան՝ տիտանի յոդիդի տաքացմամբ (նիդերլանդացի քիմիկոսներ Ա․ վան Արկել և Հ․ դի Բուր)։ Տիտանի պարունակությունը երկրակեղևում 0,57% է (տարածվածությամբ 9-րդ տարրն է)։

Ամերիկացի քիմիկոս Մ․ Հանտերը (1910) ստացավ մաքուր (99 %) տիտան, որը պլաստիկ է միայն բարձր ջերմաստիճաններում։

Անվանում

Վերջինս էլ հենց նոր տարրն անվանել է տիտան՝ հին հունական դիցաբանության տիտանների՝ Ուրանոս (Երկինք) աստծու և Գեայի (Երկիր) աստվածուհու զավակների անվան նմանությամբ։

Բնության մեջ

Տիտանը բաց մոխրագույն, արծաթափայլ մետաղ է։ Երկրի ընդերքում կա տիտանի 67 տեսակի հանքաքար։ Բնության մեջ հանդիպում է միացությունների ձևով, որոնցից կարևոր են ռուտիլը (տիտանի օքսիդ), իլմենիտը, պերովսկիտը և տիտանիտը։ Տիտանը կազմում է երկրակեղևի զանգվածի 0,57 %-ը (տարածվածությամբ 9-րդ տարրն է)։ Հայտնի են տիտանի 67 միներալները, որոնցից կարևոր են՝ ռուտիլը՝ TiO₂, իլմենիտը՝ FeTiO₃, պերովսկիտը՝ СаTiO₃։ Տիտանը երկրի վրա դանդաղ տեղաշարժվող տարր է։ Մշտապես առկա է բուսական և կենդանական հյուսվածքներում․ բույսերում՝ 10⁻⁴%, կենդանիների օրգանիզմում մինչև 2-20•10⁻³ %։ Մարդն օրական ընդունում է 0,85 մգ տիտան, որն արտազատվում է մեզի և կղանքի հետ։

Հանքավայրեր

Տիտանի խոշոր հանքավայրեր կան Կանադայում, ԱՄՆ-ում, Նորվեգիայում, Շվեյցարիայում, Եգիպտոսում, Ռուսաստանում, Ավստրալիայում, Բրազիլիայում, Հնդկաստանում, Ղազախստան^[3], Ուկրաինա (40.2 %)^[4] և այլ երկրներում։

Ստացում

Բյուրեղային տիտան (99,995 % մաքրությամբ, քաշը ≈283 գ, երկարությունը ≈14 սմ, տրամագիծը ≈25 մմ), պատրաստված է գործարանում տիտանի յոդիդի տաքացմամբ, Ա․ վան Արկելի և Հ․ դի Բուրի եղանակով

Տիտանի ստացման հումքը տիտանի հանքանյութերն են։

${\displaystyle {\mathsf {TiO_{2}+2C+2Cl_{2}\rightarrow TiCl_{4}+2CO}}}$

${\displaystyle {\mathsf {TiCl_{4}+2Mg\rightarrow 2MgCl_{2}+Ti}}}$

Տիտանի համաշխարհային տարեկան արտադրությունը 1948 թվականին 2 տ էր, 1975 թվականին՝ 50 000 տ, այժմ՝ 30 000 տ/տարի (առանց ԽՍՀՄ-ի)։ Տիտանը թեթև, ամուր և կոռոզիակայուն կառուցվածքային մետաղ է։ Հարաբերական ամրությամբ նրա համաձուլվածքները գերազանցում են երկաթի, նիկելի և այլ համաձուլվածքներին, իսկ կոռոզիակայունությամբ՝ մոտենում են ազնիվ մետաղներին։

Ֆիզիկական հատկություններ

Տիտանը բաց մոխրագույն, արծաթափայլ մետաղ է, հալման ջերմաստիճանը՝ 1668 °С^[5], եռմանը՝ 3330 °С, խտությունը 4505 կգ/մ³ (α-ձև 20 °С)։ 882,5 °С-ից բարձր ջերմաստիճաններում կայուն է β ձևը (4320 կգ/մ³, 900 °С), 0,38± 0,01 К և ցածր ջերմաստիճաններում գերհաղորդիչ է։ Մաքուր տիտանը կռելի է սովորական ջերմաստիճաններում։

Քիմիապես ակտիվ անցումային տարր է։ Միացու¬ թյուններում ցուցաբերում է +4, ավելի հազվադեպ՝ +3 և +2 օքսիդացման աստիճաններ։ Օքսիդի նուրբ շերտով պատվելու պատճառով կայուն է օդում (մինչև 500-550 °С), ծովաջրում, աղաթթվի, ծծմբական թթվի, ալկալիների նոսր, նաև քլորիդների լուծույթներում։ Ազոտական թթվում պասսիվանում է։

Տիտանը թեթև, ամուր, պլաստիկ, դժվարահալ, կոռոզիակայուն մետաղ է։ Օքսիդի նուրբ շերտով պատվելու շնորհիվ քիմիապես կայուն է։ Տիտանը և նրա համաձուլվածքները կարելի է ենթարկել կռման, ծավալային և թերթային դրոշմման, գլոցման, մամլման։ Տիտանի համաձուլվածքներն իրենց ամրությամբ գերազանցում են երկաթի, նիկելի և այլ համաձուլվածքները, իսկ կոռոզիակայունությամբ նման են ազնիվ մետաղներին։

Քիմիական հատկություններ

Լուծվում է ֆտորջրածնական թթվում, ալկալիների և գերօքսիդների հալույթներում։ Հեշտությամբ կլանում է H₂, N₂ և O₂, առաջացնելով ներդրման պինդ լուծույթներ, նաև հիդրիդ՝ TiH_x (x=0,5-2), նիտրիդ և օքսիդներ։ Տիտանը այրվում է թթվածնում, փոշին՝ նաև հալոգեններում ու ազոտում։ Հայտնի են TiO, Ti₂O₃, TiO₂ և այլ օքսիդները։ TiO₂-ը և նրա հիդրատը՝ nTiO₂•mH₂O, ամֆոտեր են։

TiO₂, նրա հիդրատը և տիտանատները լուծվում են ծծմբական թթվում, առաջացնելով տիտանիլսուլֆատ՝ TiOSO₄։ Տիտանի նիտրիդը՝ TiN_x (x;=0,56-1), կոռոզիակայուն, կարծր և դժվարահալ (~3000 °C) նյութ է։ Տաքացնելիս տիտանը միանում է հալոգենների (100-200 °C), հալկոգենների, ֆոսֆորի, ածխածնի, բորի հետ։

Տիտանի սուլֆիդները կիսահաղորդիչներ են։ Հայտնի են տիտանի կարբիտը՝ TiC (հալվում 3140 °C), սիլիցիդները՝ Ti₅Si₃, TiSi, և բորիդները՝ TiB, Ti₂B₅։ Գործնական նշանակություն ունեն նաև ֆտորտիտանատները՝ Na₂TiF₆, K₂TiF₆։ տիտանը միահալվում է բոլոր (բացառությամբ ալկալիական և հողալկալիական) մետաղների հետ։

${\displaystyle {\mathsf {TiO_{2}+K_{2}CO_{3}\rightarrow K_{2}TiO_{3}+CO_{2}}}}$

Կիրառություն

Տիտանե ժամացույցներ

Մաքուր տիտանե գլան

Տիտանի օքսիդն օգտագործվում է բարձրորակ սպիտակ ներկ պատրաստելու համար, նաև որպես գունանյութ և լցանյութ՝ ռետինի, պլաստմասսաների, թղթի, արհեստական մանրաթելերի, կաշվի և մետաղաձուլական արդյունաբերության մեջ։

Տիտանն օգտագործվում է ինքնաթիռաշինության, հրթիռաշինության և նավաշինության մեջ։ Տեխնիկական տիտանն օգտագործում են քիմիական արդյունաբերության մեջ՝ սարքեր պատրաստելու, պողպատը լեգիրելու, գեղարվեստական իրեր և հուշարձաններ տիտանապատելու, իսկ մաքուր տիտանը՝ վիրաբուժական գործիքներ պատրաստելու համար և էլեկտրատեխնիկայում։ Տիտանը համեմատաբար քիչ թունավոր տարր է։ Տիտանի օքսիդը օգտագործվում է բարձրորակ սպիտակ ներկ պատրաստելու համար, նաև որպես գունանյութ և լցանյութ ռետինի, պլաստմասսաների, թղթի, արհեստ, մանրաթելերի, կաշվի և մետալուրգիական արդյունաբերության մեջ։

Համաձուլվածքներ

Տիտանի համաձուլվածքները բնութագրվում են բարձր ամրությամբ -250 °C-ից մինչև 300-600 °C ջերմաստիճանային տիրույթում, կոռոզիակայունությամբ, ոչ մեծ խտությամբ։ Այդ հատկությունների շնորհիվ տիտանի համաձուլվածքները լայնորեն կիրառվում են ավիա- և հրթիռաշինության, էներգամեքենաշինության, նավաշինության, քիմիական արդյունաբերության մեջ և այլուր։ Տիտանը և նրա համաձուլվածքները կարելի է ենթարկել կռման, ծավալային և թերթային դրոշմման, գլոցման, մամլման, քարշման։

Սպառող շուկաներ վերլուծություն

2005 թվականին Titanium Corporation ընկերությունը հրապարակեց աշխարհում տիտանի գները.

• 60 % - ներկ,
• 20 % - պլաստմասա,
• 13 % - թուղթ,
• 7 % - մեքենաշինություն։

Գներ

Կախված է մաքրությունից, մեկ կիլոգրամի համար 15-25 $:

Սև տիտանի մաքրությունը հիմնականում որոշվում է իր կարծրությամբ։ Առավել տարածված են TG100 և TG110 ապրանքանիշները։

Ռուսաստանում տիտանի գները 2012 թվականին կազմել են 1200-1500 ռուբլի/կգ։

Տես նաև

• Տիտանի երկօքսիդ
• Պարբերական աղյուսակ