Титан
From Wikipedia, the free encyclopedia
Remove ads
Титан — хемиски елемент со симбол Ti и атомски број 22. Тој е сјаен преоден метал со сребрена боја, мала густина и висока јачина. Титанот е отпорен на корозија во морска вода, царска вода и хлор.
_NIST_ASD_emission_spectrum.png)
Титанот бил откриен во Корнвол, Велика Британија , од Вилијам Грегор во 1791 година и бил именуван од Мартин Хајнрих Клапрот по титаните на старогрчката митологија. Елементот се појавува во рамките на голем број минерални наоѓалишта, главно рутил и илменит, кои се широко распространети во Земјината кора и литосфера, а се наоѓаат во речиси сите живи суштества, водни тела, карпи и почви.[3] Металот е изваден од неговите главни минерални руди преку процесите на Крол и Хантер. Најчесто соединение, титан диоксид , е популарен фотокатализатор и се користи во производството на бели пигменти.[4] Другите соединенија вклучуваат титан тетрахлорид (TiCl 4 ), компонента од екрани за чад и катализатори ; и титан трихлорид (TiCl 3), кој се користи како катализатор во производството на полипропилен.[3]
Титанот може да се легира со железо, алуминиум, ванадиум и молибден, меѓу другите елементи, за производство на силни, лесни легури за воздушната (авионски мотори, ракети и вселенски летала),воени, индустриски процеси (хемикаии и петрохемиски производи, бигор и хартија), автомобилски, агро-храна, медицински протези, ортопедски импланти, стоматолошки и ендодонтски инструментии фајлови, стоматолошки импланти, спортски стоки, накит, мобилни телефони и други апликации.[3]
Двете најкорисни својства на металот се отпорност на корозија и сооднос на силата-густина, највисок од секој метален елент.[5] Во неговата незаштитена состојба, титанот е силен како и некои челици, но помалку густа.[6] Постојат две алтропни форми.[3] и пет природни изотопи на овој елемнет, 46Ti до 50Ti, при што 48Ti е најзастапен (73.8%).[7] Иако тие имаат ист број валентни електрони и се во истата група во периодниот систем, титанот и циркониумот се разликуваат во многу хемиски и физички својства.
Remove ads
Особености
Физички својства
Како метал, титанот е препознатлив по својот сооднос од висока јачина и тежина.[3] Тој е силен метал со мала густина која е доста пластична (особено во средина без кислород),[3] сјајно и со метално-бела боја [8] Релативно високиот степен на топење (повеќе од 1,650 °C или 3,000 °F) го прави корисен како огноотпорен метал. Таа е парамагнетна и иа прилично ниска електична и топлинска спроводливост.[3]
Комерцијално чисти (99.2% чисти) степени од титанот имаат крајно затегнувачка цврстина од околу 434 MPa (63,000 psi), еднаква на онаа на чести, нискостепени челични легури, но се помалку густи. Титанот е 60% поцврст од алуминиумот, но повеќе од двапати посилен.[6] како најчесто користени 6061-T6 алуминиумски легури. Одредени титански легури(на примет, бета C) постигнуваат затегнувачки јажиња над 1,400 MPa (200,000 psi).[9] Сепак титанот губи сила кога се загрева на температура поголема од 430 °C (806 °F).[10]
Титанот и не е толку цврст како и степени на топлински третиран челик; тој е не-магнетен и сиромашен проводник на топлина и електрична енергија. Механизацијата бара мерки на претпазливост, бидејќи материјалот може да се изеде, освен ако не се користат остри алатки и соодветни алатки за ладење. Како челични конструкции, оние направени од титан имаат замор што го гарантира долговечноста кај некои апликации.[8]
Металот е диморфна алтропа од шестаголна α форма која се менува во форма на кубична (решетка) β центрирана во телото на температура од 882 °C (1,620 °F).[10] Специфичната топлина на α форма драматично се зголемува со тоа што се загрева до оваа транзициона температура, но потоа паѓа и останува прилично константна за β обликот независно од температурата.[10]
Како алуминиумот и магнезиумот, металот од титан и неговите легури веднаш оксидираат при изложеност на воздух. Титанот лесно реагира со кислород на 1,200 °C (2,190 °F) во воздух, и на 610 °C (1,130 °F) во чист кислород, формирајќи титан диоксид .[3] Меѓутоа, многу бавно реагира со вода и воздух на собна температура бидејќи создава пасвен оксиден слој кој го штити најголемиот дел од металот од понатамошна оксидација.[3] Најпрво кога се формира, овој заштитен слој е смо 1–2 nm дебел, но продолжува полека да расте ; достигнувајќи дебелина од 25 nm за четири години.[12]
Пацивноста на атмосферата му дава одлична отпорност на титанот од корозија, речиси еквивалентна на платина. Титанот е способен да го издржи нападот со разредени сулфурни и хлороводородни киселини, хлоридски раствори и повеќето органски киселини.[13] Сепак, титанот е кородиран од концентрирани киселини. Како што е наведено со неговиот негативен редокс потенцијал, титанот е термодинамички многу реактивен метал што гори во нормана атмосфера на пониски температиури од точката на топење. Топењето е можно само во интерна атмосфера или во вакуум. На 550 °C (1,022 °F), се комбинира со хлор.[13] Исто така реагира со другите халогени и апсорбира водород.[4]
Титанот е еден од ретките елементи што гори во чист азотен гас, реагира на 800 °C (1,470 °F) за да формира титан нитрид, што предизвикува расипување.[14] Поради својата висока реактивност со кислород, азот и некои други гасови, титанските филаменти се применуваат во титанските сублимациони пумпи како чистачи за овие гасови. Ваквите пумпи неверојатно и сигурно произведуваат екстремно ниски притисоци во ултра-високи вакуумски системи.
Појава
Титанот е деветтиот најзастапен елемент во Земјината кора (0.63% по маса)[16] и седмиот најзастапен метал. Тој е присутен како оксид во певеќето магматски карпи, во седиментни добиени од нив, во живи нешта и природни водни тела.[3][13] Од сите 801 магливи карпи анализирани од Геолошкиот топографски институт на САД, 784 содржеле титан. Неговиот процент во почвите се движи од 0.5 до 1.5%.[16]
Чести минерали кои содржат титан сеː аназа, бруцит, илменит, перовскит, рутил и титан (сфера).[12] Акаогиит е екстремно редок минерал кој се состои од титан диоксид.Од овие минерали, само рутил и илменит имаат економско значење, но дури и тешко се наоѓаат во високи концентрации.Околу 6,0 и 0,7 милиони тони на овие минерали во 2011 година биле минирани соодветно.[15] Значајни депозити на илменети кои носат титан, постојат во западниот дел на Австраија, Канада, Кина, Индија, Мозамбик, Нов Зеланд, Норвешка, Сиера Леоне, Јужна Африка, and Украина.[12] Во 2011 година се произведени околу 186.000 тони метален сунѓер, најмногу во Кина (60,000 т), Јапонија (56,000 т), Русија (40,000 т), САД (32,000 т) и Казахстан (20,700 т). Се проценува дека вкупните резерви на титан надминуваат 600 милиони тони.[15]
Концентрацијата на титанот е околу 4 пикомола во океанот. На100 °C, концентрацијата на титан во вода се проценува дека е помала од 10−7 M на pH 7. Идентитетот на титанските видови во воден раствор останува непознат поради неговата ниска ратворливост и недостаток на чувствителни спектроскопски методи, иако само оксидациската состојба 4+ е стабилна во воздухот. Нема докази за биолошка улога, иако се знае дека ретки организми се акумулираат високи концентрации на титан.
Титанот е содржан во метеорити, и е откриен во Сонцето и во ѕвездите од М-тип.[13] (најладниот тип) со температура на површината од 3,200 °C (5,790 °F).[17] Карпите вратени од Месечината за време на мисијата Аполо 17 се составени од 12.1% TiO2.[13] Исто така, се наоѓа во јагленов пепел, растенија па дури и на човечкото тело. Домашниот титан (чист метал)е многу редок.[18]
Изотопи
Природниот титан е составен од 5 стаблни изотопи: 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti, and 50Ti, со тоа што 48Ti е најзастапен (73.8% природна застапеност). Единаесет радиоизотопи се одликуваат, најстабилно битие 44Ti со полураспад од 63 години; 45Ti, 184.8 минути; 51Ti, 5.76 минути; и 52Ti, 1.7 минути.Сите други радиоактивни изотопи имаат полуживот од околу 33 секунди, а останатите помалку од пола секунда.[7]
Изотопите на титанот се движат во атомска тежина од 39,99 u (40Ti) до 57.966 u (58Ti). Примарната радиоактивност пред најзастапениот стабилен изотоп, 48Ti, е електронски зафат и примарниот режим понатака е бета-распад. Примарните производи за распад пред 48Ti се изотопите од елементот 21 (скандиум) и примарните производи по кои се изотопите од елементот 23 (ванадиум).[7]
Титанот станува радиоактивен при бомбардирање со деутони, што главно емитуваат позитрони и цврсти гама-зраци.[13]
Remove ads
Соединенија
На +4 оксидациониот број доминира титановата хемија,[19] но исто така се вообичаени и состојките во +3 оксидациониот број [20] Вообичаено, титанот прифаќа октаадрална координативна геометрија во своите комплекси, но тетрахедралниот TiCl4 е познат исклучок.Поради својата висока оксидација, соединанијата со титан (IV) покажуваат висок степен на ковалентно поврзување. За разлика од повеќето други транзициони метали, едноставни aquа Ti(IV) комплекси се непознати.
Оксиди, сулфиди и алкоксиди
Најважен оксид е TiO2,кој постои во три важни полиморфиː анатаза, брукит и рутил.Сите овие се бели дијамагнитни материи, иако минералните примероци може да се појават темни. Тие прифаќаат полимерни структури во кои Ti е опкружен со шест оксидни лиганди кои се поврзуваат со други Ti центри.
Терминот титанати обично се однесува на титан (IV) соединенија, како што е претставено со бариум титанат (BaTiO3). Со перовскитна структура, овој материјал покажува пиесоелектрични својства и се користи како трансдуцер во меѓупретворањето на звукот и електричната енергија .[3] Многу минерали се титанати, на пр. илменит (FeTiO3). Сафирот и рубинот го добиваат својот астеризам (ѕвездестиот сјај) од присуство на титан диоксид нечитотии[12]
Различни намалени оксиди (субоксиди) од титан се познати, главно намалени стехиометрии на титан диоксид добиени со атмосферско плазма прскање. Ti3O5, опишан како Ti(IV)-Ti(III) вие, е пурпурен полупроводник произведен со редукција на TiO2 со водород на високи температури, и се користи индустриски ког површините треба да бидат обложени со пареа од титан диоксидː исоарува како чист TiO, додека TiO2 испарува како мешавина од оксиди и депозитни премази со варијабилен рефлективен индекс. Исто така познат е TiO3,со структурата на корунда и, со структурата на карпестата сол, иако често нестехиометриски.[21]
Алкоксидите од титан(IV), подготвени со реакција на TiCl4 со алкохоли, се безбојни соединенија кои се претвораат во диоксид при реакција со вода. Тие се индустриски корисни за депонирање на цврст TiO2 преку процес на сол-гел. Титан изопропоксид се користи во синтеза на хирални органски соединенија преку епоксидација наречена Sharpless (шарплес).
Титан формира различни сулфиди, но само TiS2 привлече значаен интерес. Усвојува слоевит структура и се користи како катода во развојот на литиумските батерии. Бидејќи Ti (IV) е "тврд катјон", сулфидите од титан се нестабилни и имаат тенденција да се хидролизираат на оксидот со ослободување на водороден сулфид.
Нитриди и карбиди
Титан нитрид (TiN) е член на семејството на огноотпорни метални нитриди и експонати својства слични на двете ковалентни соединенија вклучувајќи гиː термодинамичка стабиност, екстремна цврстина, топлинска/електрична спроводливост и висока точка на топење. TiN има цврстина еднаква на сафирот и карборумот (9.0 на Mосовата скала),[22] и често се користи за премачкување на алатите за сечење, како што се рачни алатки.[23] Исто така се користи како златна декоративна завршница и како метален бариер во изработка на полуспроводници.[24] Титан карбид, кој исто така е многу цврст, може да се пронајде во алати за сечење.[25]
Халиди
Титан тетрахлорид (титан(IV) хлорид, TiCl4[26]) е безбојна испарлива течност (комерцијалните примероци се жолтеникави) кои во воздухот хидролизираат со спектакуларна емисија на бели обаци. Преку Крол процесот, TiCl4, се произведува во претворање на титански руди во титан диоксид, на пример, за употреба во бела боја.[27] Тој е широко користен во органската хемија како Луисова киселина, на пример во кондензацијата на Мукаијама алдол.[28] Во процесот на Ван Аркел, титанот тетраиодид (TiI4) е генериран во производство на метал со висока чистота на титан.
Tитаниум(III) и титан(II)исто така формираат стабилни хлориди. Значаен пример е титан(III) хлорид (TiCl3), кој се користи како катализатор за производство на полиолефини и редуцирачки реактанти во органската хемија.
Органометални комплекси
Благодарение на важната улога на титан соединенија како полимеризација катализатор, соединенија со Ti-C врски се интензивно изучува. Најчестиот органотитански комплекс е титан дихлорид ((C5H5)2TiCl2). Поврзани соединенија вклучуваат реагенс на Тебе и Петасис реагенс. Титан формира карбонилни комплекси, на пр. [ (C5H5)2Ti(CO)2] .[29]
Антиканцерна терапија
Следејќи го успехот на хемотерапија заснована на платина, титан (IV) комплексите беа меѓу првите неплатински соединенија кои биле тестирани за лекување на рак. Предноста на титанските соединенија лежи во нивната висока ефикасност и ниска токсичност. Во биолошките средини, хидролиза води до безбеден и инертен титандиоксид. И покрај овие предности, првите кандидатски соединенија не успеале клинички испитувања. Понатамошниот развој резултираше со создавање на потенцијално ефикасни, селективни и стабилни лекови засновани на титан. Нивниот начин на дејствување сè уште не е добро разбран.
Remove ads
Историја
Титан е откриен во 1791 година од страна на свештеникот и аматерски геолог, Вилијам Грегор, како вклучување на минерал во Корнвол, Велика Британија.[30] Грегор го препозна присуството на нов елемент во илменитот[4] кога пронашол црн песок од поток и забележал дека песокот бил привлечен од магнет.[30] Анализирајќи го песок, тој утврдил присуство на два метални оксиди: железен оксид (објаснувајќи ја привлечноста кон магнетот) и 45,25% од белиот метален оксид, тој не можеше да ги идентификува.[16] Сфаќајќи дека неидентификуваниот оксид содржел метал кој не се совпадна со ниту еден познат елемент, Грегор ги пријавил своите откритија до Кралското геолошко друштво на Корнвол и во германскиот научен весник Анали на Крел.[30][31][32]
Околу исто време, Франц-Јозеф Милер фон Рајхенштајн произведе слична супстанција, но не можеше да го идентификува.[4] Оксидот беше независно откриен во 1795 година од прускиот хемичар Мартин Хајнрих Клапрот во рутилите од Боиник (германско име Бијмоска), село во Унгарија (сега Бојнички во Словачка).[30][33] Клапрот открил дека содржи нов елемент и го именувал по Титаните од старогрчката митологија.[17] По сослушувањето за раното откритие на Грегор, тој добил примерок од манаканит и потврдил дека содржи титан.
Тековно познатите процеси за вадење на титан од неговите различни руди се макотрпни и скапи; не е можно да се намали рудата со загревање со јаглерод (како во топењето на железо), бидејќи титан се комбинира со јаглеродот за да се произведе титан карбид.[30] Чистата метален титан (99,9%) за првпат беше подготвена во 1910 година од страна на Метју А. Хантер во Политехничкиот институт Ренслерар со загревање на TiCl4 со натриум на 700-800 °C под голем притисок[34] во серија процес познат како Хантер процес.[13] Металото на титан не се користело надвор од лабораторијата до 1932 година кога Вилијам Џастин Крол докажал дека може да се произведе со намалување на титан тетрахлорид(TiCl4) со калциум.[35] Осум години подоцна тој го усовршувал овој процес со магнезиум, па дури и со натриум во она што станало познато како процес на Крол.[35] Иако истражувањето продолжува во поефикасни и поевтини процеси (на пример, FFC Кембриџ, Армстронг), процесот Крол сè уште се користи за комерцијално производство.[4][13]
Титан со многу висока чистота беше направен во мали количини кога Антон Едуард ван Аркел и Јан Хендрик де Боер го откриле јодидот или кристалниот бар, процес во 1925 година, реагирајќи со јод и распаѓајќи ги формираните пареи врз жешка филаментна чиста метал.
Во 1950-тите и 1960-тите години, Советскиот Сојуз пионер во употребата на титан во воени и подморници апликации[34] (Класа Алфа и Мајк)[36] како дел од програмите поврзани со Студената војна.[37] Од почетокот на 1950-тите, титан интензивно се користел во воената авијација, особено во авиони со високи перформанси, почнувајќи од авиони како F-100 Super Sabre и Lockheed A-12 и SR-71.
Препознавајќи ја стратегиската важност на титан,[38] Министерството за одбрана на САД ги поддржа раните напори за комерцијализација.[39]
Во периодот на Студената војна, титан се сметаше за стратешки материјал од страна на владата на САД, а голем резервен фонд на титан сунѓер беше задржан од страна на Националниот заштитен фонд за одбрана, кој беше конечно исцрпен во 2000-тите.[40] Според податоците од 2006 година, најголемиот светски производител на руски VSMPO-AVISMA, се проценува дека изнесува околу 29% од светскиот удел на пазарот.[41] До 2015 година, металот од титан сунѓер беше произведен во шест земји: Кина, Јапонија, Русија, Казахстан, САД, Украина и Индија. (во редот на излезот).[42][43]
Во 2006 година, Агенцијата за напредни истражувачки истражувања на САД (DARPA) додели 5.7 милиони долари кон конзорциум од две компании за да развие нов процес за правење метален прав со титан. Под топлина и притисок, прав може да се користи за создавање на силни, лесни предмети кои се движат од обложување на оклоп до компоненти за воздушната, транспортната и хемиската индустрија.[44]
Remove ads
Производство и изработка
Обработката на метален титан се јавува во четири главни чекори:[45] намалување на титанската руда во "сунѓер", порозна форма; топење на сунѓер, или сунѓер плус господар легура за да се формира инготи; примарна фабрикација, каде што инготот се претвора во општи мелнички производи како што се палка, бар, плоча, лист, лента и цевка; и средно производство на готови форми од мелни производи.
Бидејќи не може лесно да се произведе со намалување на неговиот диоксид,[8] титан метал се добива со редукција на TiCl4 со метали од магнезиум во процесот Крол. Сложеноста на оваа серија производство во процесот Крол објаснува релативно високата пазарна вредност на титан,[46] и покрај тоа што процесот на Крол е помалку скап од процесот на Хантер.[34] За да се произведе TiCl4 што се бара од процесот Крол, диоксидот е подложен на карботермично намалување во присуство на хлор. Во овој процес, хлорниот гас се пренесува преку мешавина од рутил или илменит во присуство на јаглерод. По екстензивно прочистување со фракционална дестилација, TiCl4 е намален со 800 °C стопен магнезиум во атмосфера на аргон.[3] Металото на титан може понатаму да се прочисти со процесот на Ван Аркел-де-Боер, кој вклучува топлинско разложување на титан тетраиодид.
А неодамна развиена серија производство метод, процесот FFC Кембриџ, консумира прашок од титан диоксид (рафинирана форма на рутил) како суровина и произведува метал од титан, или во прав или сунѓер. Процесот вклучува помалку чекори од процесот на Крол и трае помалку време.[47] Ако се користат мешани оксидни прав, производот е легура.
Чести титански легури се направени со редукција. На пример, кроротитан (рутил со додаден бакар е намален), титан од јаглеводород (илменит намален со кокс во електрична печка) и манганотитан (рутил со манган или манган оксид) се намалени.[48] 2 FeTiO3 + 7 Cl2 + 6 C → 2 TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 CO (900 °C) TiCl4 + 2 Mg → 2 MgCl2 + Ti (1.100 °C)
Околу педесет степени од титан и легури на титан се дизајнирани и моментално се користат, иако само неколку десетици се лесно достапни на комерцијално ниво.[49] ASTM International признава 31 степен на метан и легури на титан, од кои од една до четири одделенија се комерцијално чисти (нефокусирани). Овие четири се разликуваат во јачината на истегнување како функција на содржината на кислород, при што највисоката снага (најниска затегнувачка цврстина со содржина на кислород од 0,18%) и степен 4 е најниска (највисока затегнувачка јачина со содржина на кислород од 0,40% ).[12] Останатите оценки се легури, од кои секоја е наменета за специфични својства на еластичност, цврстина, цврстина, електрична отпорност, отпорност при лази, специфична отпорност на корозија и нивни комбинации.[50]
Освен спецификациите на ASTM, легурите на титан се произведуваат и за да ги задоволат воздухопловните и воените спецификации (SAE-AMS, MIL-T), ISO стандардите и спецификациите специфични за земјата, како и сопствените спецификации на крајните корисници за воздушната, медицински и индустриски апликации.[51]
Титанскиот прав се произведува со процес на производство на проток познат како Армстронг процес[52] што е слично на процесот на производство на серии Хантер. Поток од гас на титан тетрахлорид се додава во поток на стопен метален натриум; производите (сол натриум хлорид и честички од титан) се филтрираат од екстра натриумот.Титан потоа се одделува од солта со миење на вода. И натриумот и хлорот се рециклираат за производство и обработка на повеќе титан тетрахлорид.[53]
Целото заварување на титан мора да се направи во инертна атмосфера на аргон или хелиум за да се заштити од контаминација со атмосферски гасови (кислород, азот и водород).[10] Загадувањето предизвикува различни состојби, како што се расеаност, кои го намалуваат интегритетот на зглобните заварени споеви и доведуваат до заеднички дефект.
Комерцијално чист рамен производ (лист, плоча) може лесно да се формира, но обработката мора да го земе предвид фактот дека метал има "меморија" и има тенденција да се врати назад. Ова особено важи за одредени легури со висока јачина.[54][55] Титан не може да се залемени без претходно да се натопи во метал што може да лее.[56] Металот може да се машински со иста опрема и истите процеси како не’рѓосувачки челик.[10]
Remove ads
Апликации
Титан се користи во челик како легирање елемент (феро-титан) за да се намали големината на зрната и како дезоксидизер, а во не’рѓосувачки челик за да се намали содржината на јаглерод.[3] Титан често е легиран со алуминиум (за да се рафинира големината на зрната), ванадиум, бакар (за зацврстување), железо, манган, молибден и други метали.[57] Титанските производи (лист, плоча, вар, жица, ковани отпадоци, одлеаноци) наоѓаат примена во индустриски, воздушни, рекреативни и пазари во развој. Правниот титан се користи во пиротехниката како извор на светли запаливи честички.
Пигменти, адитиви и премази
_oxide.jpg)
Околу 95% од целата титанска руда е наменета за пречистување во титан диоксид(TiO2),интензивно бел постојан пигмент кој се користи во бои, хартија, паста за заби и пластика.[15] Исто така се употребува и во цемент, во скапоцени камења, како оптички нечистопен во хартија,[58] и зајакнувачки агент во графит композитни риболов и голф клубови.
TiO2 пигмент е хемиски инертен, се спротивставува на белеење на сончева светлина и е нетранспарентенː тој дава чиста и брилијантна бела боја на кафените или сивите хемикалии кои го сочинуваат поголемиот дел од пластика во домаќинството.[4] Во природата, ова соединение се наоѓа во минералните анатези, брукит и рутил.[3] Бојата направена со титан диоксид добро ги поднесува тешките температури и морските средини[4] Чистиот титан диоксид има многу висок показател на прекршување и на расејување со повисок степен од на дијамант[13] Покрај тоа што е многу важен пигмент, титан диоксид се употребува и во кремите за сончање[8]
Воздухопловна и морска
Бидејќи титанските легури имаат висока јачина на затегнувачка цврстина и густина,[3] висока отпорност на корозија[13] отпорност од замор, висока отпорност на пукнатини,[59] и способност да издржат умерено високи температури, тие се користат во авиони, оклопни бродови, поморски бродови, вселенски летала и проектили.[4][13] За овие апликации, титан е легиран со алуминиум, циркониум, никел,[60] ванадиум и други елементи за производство на различни компоненти, вклучувајќи ги и критичните структурни делови, огнени ѕидови, опрема за слетување, издувни канали (хеликоптери) и хидраулични системи. Всушност, околу две третини од сите произведени титан метал се користи во моторите и рамките на авионите.[61] Титанската легура 6AL-4V претставува речиси 50% од сите легури кои се користат во авионските апликации.[62]
Локхид А-12 и нејзиниот развој на СР-71 "Блекбурдот" беа две од првите авионски рамки каде што беше употребен титан, отворајќи го патот за многу поширока употреба во модерните воени и комерцијални авиони.Околу 59 тони се користат во Боинг 777, 45 во Боинг 747, 18 во Боинг 737, 32 во Ербас А340, 18 во Ербас А330 и 12 во Ербас А320. Ербасот А380 може да користи 77 метрички тони, вклучувајќи и околу 11 тони во моторите.[63] Во аеромоторните апликации, титан се користи за ротори, компресорски ножеви, компоненти на хидрауличниот систем и нафоли. Раната употреба во авионските мотори беше за Orenda Iroquois во 1950-тите.[64]:412
Бидејќи титанот е отпорен на корозија со морска вода, се користи за да се направат елитни шахти и разменувачи на топлина во растенијата за бигор;[13] грејачи за солена вода во аквариум,конец за ловење риби и ножеви за нуркачи.Титан се користи во куќиштата и компонентите на уредите за следење на океанот за науката и војската. Поранешниот Советски Сојуз развива техники за изработка на подморници со трупови од легури на титан[65] фалсификување на титан во огромни вакуумски цевки.[60]
Титан се користи во ѕидовите на јужното вселенско летало Јунона, за да се заштити електрониката на одборот.[66]
Индустриски
_mit_sichtbarer_Kristallstruktur.jpg)
Заварената титанкса цевка и процесна опрема (разменувачи на топлина, резервоари, процесни садови, вентили) се користат во хемиската и во петрохемиската индустрија првенствено за отпорност од корозија. Специфични легури се користат во апликации за нафта и гас на хидрометалургијата на никел за нивната висока јачина (на примерːлегура на титан бета С), отпорност на корозија или и двете.Индустријата за целулоза и хартија користи титан во процесна опрема изложена на корозивни медиуми, како што е натриум хипохлорит или гас за влажен хлор (во криењето).[67] Други апликации вклучуваат ултразвучно заварување, бран лемење,,[68] и цели на распрскување.[69]
Титан тетрахлорид (TiCl4), безбојна течност, е важен како полупроизвод во процесот на изработка на TiO2 и исто така се користи за производство на катализатор на Циглер-Натта. Титан тетрахлорид исто така се користи за иридиумско стакло и, поради тоа што силно гасови во влажен воздух, се користи за правење чад екрани.[8]
Потрошувачки и архитектонски
Метал на титан се користи во автомобилските апликации, особено во трки за автомобили и мотоцикли, каде што малата тежина, висока јачина и цврстина се критични.[70] Металот е генерално премногу скап за пазарот на општата потрошувачка, иако некои подоцнежни модели Корвети се произведени со издувни гасови од титан,[71] и моторот со супер мотори на Корвета Z06 LT4 користи лесни, цврсти засилувачи на титан за поголема цврстина и отпорност на топлинаио.[72]
Титан се користи во многу спортски производи: тениски рекети, голф-клубови, шахти на лакрос-стап; крикет, хокеј, лакрос и скари за фудбалски шлемови и рамки и компоненти за велосипеди. Иако не е мејнстрим материјал за производство на велосипеди, титанските велосипеди ги користат тркачки тимови и авантуристички велосипедисти.[73]
Титанските легури се користат во рамки на спектакли кои се прилично скапи, но многу издржливи, долготрајни, мала тежина и не предизвикуваат алергии на кожата. Многу патници користат титанска опрема, вклучувајќи садови за садови, прибор за јадење, фенери и шатори. Иако малку поскапи од традиционалните алтернативи на челик или алуминиум, титаниските производи можат да бидат значително полесни без да ја загрозат силата. Титанските потковици од челик ги претпочитаат фармерите, бидејќи се полесни и потрајни.[74]
.jpg)
Титан повремено се користи во архитектурата. На 42,5 метри (139 стапки) споменикот на Јуриј Гагарин, првиот човек кој патува во вселената(55°42′29.7″N 37°34′57.2″E), како и на 110 метри (360 стапки) споменикот на освојувачите на просторот на врвот на Музејот на Космонаути во Москва се направени од титан за привлечна боја на металот и асоцијација со ракети.[75][76] Музејот на Гугенхајм Билбао и Библиотеката Мирлениум Cerritos беа првите згради во Европа и Северна Америка, соодветно, за да бидат обложени со титански панели.[61] Титан плашт беше користен во зградата Фредерик В. Хамилтон во Денвер, Колорадо.[77]
Поради супериорната јачина на титан и малата тежина во однос на другите метали (челик, не'рѓосувачки челик и алуминиум) и поради неодамнешните достигнувања во техниките за обработка на метали, неговата употреба стана пошироко распространета во производството на огнено оружје. Примарните намени вклучуваат пиштолски рамки и цилиндри на револвер. Од истите причини, се користи во телото на лаптоп компјутерите (на пример, во AppleBook линијата на Apple).[78]
Некои алати за лесни и корозивни отпорни алатки, како што се лопати и рефлектори, се направени од титан или легури на титан.
Накит
Поради својата издржливост, титан стана популарен за дизајнерски накит (особено, титан прстени).[74] Нејзината инертност го прави добар избор за оние со алергии или оние кои ќе носат накит во средини, како што се базени за пливање. Титан е исто така легиран со злато за да се произведе легура која може да се продава како 24-каратно злато, бидејќи 1% легиран Ti не е доволен за да побара помала марка. Добиената легура е приближно тврда колку 14-каратно злато и е потрајна од чистото 24-каратно злато.
Издржливоста на титан, малата тежина и отпорноста од корозијата го прават тоа корисно за кутии за часовници.[74] Некои уметници работат со титан за производство на скулптури, декоративни предмети и мебел.[79]
Титан може да биде елоксиран да ја менува дебелината на слојот на површинскиот оксид, предизвикувајќи оптички пречки и различни светли бои.[80] Со оваа боја и хемиска инертност, титан е популарен метал за пирсинг на телото.[81]
Титан има помала употреба во посветен не-циркулирачки монети и медали. Во 1999 година, Гибралтар ја издаде првата титанска монета за прославата на милениумот.[82] Голд Коуст титаните, австралиски рагби лига тим, додели медал од чист титан на нивниот играч на годината.[83]
Медицински
Бидејќи титанот е биокомпатибилен (не-токсичен и не е отфрлен од телото), тој има многу употреба во медицината, вклучувајќи ги и хируршките помагала и импланти, како што се хип топки и приклучници (замена за зглобови) и забни импланти кои можат да останат на место до 20 години.[30] Титан често е легиран со околу 4% алуминиум или 6% Al и 4% ванадиум.[84]
Титан има вродена способност да се осети, што овозможува употреба во стоматолошки импланти кои можат да траат повеќе од 30 години. Овој имот е исто така корисен за апликации за ортопедски импланти.[30] Овие имаат корист од понискиот модул на еластичност на титан (Јангов модул) за да бидат поблиску совпаѓаат со оној на коските кои таквите уреди се наменети за поправка. Како резултат на тоа, скелетните оптоварувања се подеднакво споделени помеѓу коските и имплантите, што доведува до помала инциденца на деградација на коските поради стрес-заштитен и перипротетски фрактури на коските кои се јавуваат на границите на ортопедските импланти. Сепак, вкочанетоста на титанските легури е уште повеќе од двапати поголема од коската, така што соседната коска има значително намалено оптоварување и може да се влоши.[85][86]
Бидејќи титанот е неферромагнетен, пациентите со титан импланти можат безбедно да имаат испитување во кои е вклучена и магнетна резонанца (погодно за долгорочни импланти). Подготовката на титанот за имплантација во телото вклучува подложување на плазма лак со висока температура која ги отстранува атомите на површината, со што се добива свеж титан кој веднаш се оксидира.[30]
Титан се користи и за хируршки инструменти кои се користат во видео-хирургијата, како и за инвалидски колички, патерици и други производи каде што се пожелни висока јачина и мала тежина.
Наночестичките на титан диоксид се користат во електрониката и испораката на лекови и козметика.
Складирање на јадрен отпад
Поради тоа што е отпорен на корозија, контејнерите направени од титан се изучуваат за долгорочно складирање на јадрен отпад. Контејнерите траат повеќе од 100.000 години со што се минимализираат материјалните дефекти. Титан "стреа", исто така, може да се стави над контејнери од други видови за подобрување на нивната долговечност.
Remove ads
Биоремедијација
Габичните видови самовилско карамфилче и хиполома каноиди можат да биоконвертираат титан во титан загадени почви.[87]
Мерки на внимателност
Титан е нетоксичен дури и во големи дози и не игра природна улога во човечкото тело.[17] Проценето количество од 0,8 милиграми титан голтаат луѓето секој ден, но повеќето минуваат без да се апсорбираат во ткивата.[17] Меѓутоа, понекогаш био-акумулира во ткива кои содржат силициум диоксид. Една студија укажува на можна врска помеѓу титанот и жолтиот синдром на ноктите. Непознат механизам во растенијата може да користи титан за да го стимулира производството на јаглехидрати и да го поттикне растот. Ова може да објасни зошто повеќето растенија содржат околу 1 дел на милион (ppm) титан, прехранбени растенија имаат околу 2 ppm, а коњска опашка и коприва содржат до 80 ppm.[17]
Како прашок или во форма на метални струготини, металот од титан претставува значителна опасност од пожар и, кога се загрева во воздух, постои опасност од експлозија.[88] Водата и јаглерод диоксидот се неефективни за гаснење на титански оган; Наместо тоа, мора да се користат агенси за сув прав од класа D.[4]
Кога се користи во производството или ракувањето со хлор, титанот не треба да биде изложен на сув гас од хлор, бидејќи може да резултира со пожар од титан-хлор.[89] Дури и влажниот хлор претставува опасност од пожар кога екстремните временски услови предизвикуваат неочекувано сушење.
Титанот може да се запали кога свежа, не-оксидирачка површина доаѓа во контакт со течен кислород.[90] Свежиот метал може да биде изложен кога оксидираната површина е изгребана со тврд предмет, или кога механичките напори предизвикуваат пукнатина. Ова претставува ограничување на неговата употреба во течните кислородни системи, како што се оние во воздушната индустрија. Бидејќи нечистите титанските цевки можат да предизвикаат пожари кога се изложени на кислород, титан е забранет во гасните кислородни системи за дишење. Челични цевки се користат за системи со висок притисок (3.000 p.s.i.) и алуминиумски цевки за низок притисок.
Remove ads
Титанот како тема во уметноста и во популарната култура
- „Титанско експозе“ (Titanium Exposé) - песна на американската рок-група „Соник Јут“ (Sonic Youth) од 1990 година.[91]
Наводи
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads