НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Реферат: Титан

Реферат: Титан

Магнитогорский лицей российской академии наук

кафедра химии и биологии

реферат

тема:

«ТИТАН»

Составил: Григоренко М.В.

Проверила: Мещерова Е.В.

Магнитогорск - 1998

оглавление

Общая характеристика. История открытия.........................................3

Нахождение в природе...........................................................4

Физические и химические свойства...............................................5

получение......................................................................7

Некоторые наиболее важные соединения...........................................8

ТИТАН ЧЕТЫРЁХХЛОРИСТЫЙ.........................................................8

ДВУОКИСЬ ТИТАНА................................................................9

Применение....................................................................10

Биологическая роль............................................................11

Литература....................................................................12

Общая характеристика. История открытия

Титан (Titanium), Ti,— химический элемент IV группы периодической системы

элементов Д. И. Мен­делеева. Порядковый номер 22, атомный вес 47,90. Состоит

из 5 устойчивых изотопов; получены также искус­ственно радиоактивные изотопы.

В 1791 году английский химик У. Грегор нашёл в песке из местечка Менакан

(Англия, Корнуолл) новую «зем­лю», названную им менакановой. В 1795 году

немецкий хи­мик М. Клаирот открыл в минерале рутиле неиз­вестную еще землю,

металл которой он назвал Титан [в греч. мифологии титаны — дети Урана (Неба)

и Геи (Земли)]. В 1797 году Клапрот доказал тождество этой земли с открытой

У. Грегором. Чистый титан выде­лен в 1910 году американским химиком Хантером

посредством восстановления четырёххлористого титана натрием в же­лезной

бомбе.

Нахождение в природе

Титан относится к числу наиболее распространённых в природе элементов, его

содержание в земной коре составляет 0,6% (весовых). Встречается главным образом

в ви­де двуокиси TiO2 или её соединений — титанатов. Известно свыше

60 минералов, в состав которых входит титан Он содержится также в поч­ве, в

животных и растительных организмах. Ильме­нит FeTiO3 и

рутил TiO2 служат основным сырьём для получения титана. В

качестве источника титана приобретают значение шлаки от плавки

титано-магнетитов и ильменита.

Физические и химические свойства

Титан существует в двух состояниях: аморфный — темносерый порошок, плотность

3,392—3,395г/см3, и кристаллический, плотность 4,5 г/см

3. Для кристаллического титана известны две модификации с точкой

перехода при 885° (ниже 885° устойчивая гексагональная фор­ма, выше —

кубическая); t°пл. ок. 1680°; t кип. выше 3000°. Титан

активно поглощает газы (водород, кислород, азот), которые делают его очень

хрупким. Технический металл поддаётся горячей обработ­ке давлением. Совершенно

чистый металл может быть прокатан на холоду. На воздухе при обыкновенной

температуре титан не изменяется, при накаливании образует смесь окиси Ti2

O3 и нитрида TiN. В токе кислорода при красном калении окисляется до

двуокиси TiO2. При высоких температурах реаги­рует с углеродом,

кремнием, фосфором, серой и др. Устойчив к морской воде, азотной кислоте,

влажному хлору, органическим кислотам и сильным щелочам. Рас­творяется в

серной, соляной и плавиковой кислотах, лучше всего — в смеси HF и HNO3

. Добавление к кислотам окислителя предохраняет металл от кор­розии при

комнатной температуре. В соединениях проявляет валентность 2, 3 и 4. Наиболее

устойчивы и имеют наибольшее практическое значение соединения Ti(IV). Наименее

устойчивы производные Ti(II). Соединения Ti(III) устойчивы в растворе и

являются сильными восстановителями. С кислородом титан даёт амфотерную

двуокись титана, закись Ti0 и окись Ti2O3, имеющие

основной характер, а также некоторые промежуточные окислы и перекись TiO3

. Галогениды четырёхвалентного титана, за исключением TiCl4 —

кристаллические тела, легкоплавкие и летучие в водном растворе гидрализованы,

склонны к образованию комплексных соединений, из которых в технологии и

аналитической практике имеет значение фтортитанат калия K2TiF6

. Важное значение имеют карбид TiC и нитрид TiN— металлоподобные вещества,

отличающиеся большой твёрдостью (карбид титан тверже карборунда),

туго­плавкостью (TiC, t°пл. 3140°; TiN, t°пл. 3200°) и хо­рошей

электропроводностью.

получение

Соединения титана получили применение в промышлен­ности в начале 20 в.

Организация производства титана относится к 1946 (в 1948 выплавлено 10 m, 72OO

т в 1954 и ок. 20000 т в 1955). Способ получония основан на

восстановлении четырёххлористого титана металлическим магнием в атмосфере

аргона или гелия. Компактный металл получается переплавкой в дуговых печах.

Компактный металл высокой чистоты образуется при термической диссоциации

тетраиодида титана. Большое значение приобрело восстановление TiCI4

натрием вместо магния.

Некоторые наиболее важные соединения

ТИТАН ЧЕТЫРЁХХЛОРИСТЫЙ

Титан четыреххлористый,— соеди­нение титана с хлором. Легкоподвижная бесцвет­ная

жидкость с резким запахом, плотность 1,73 г/см3 (при 20°); (t кип.

136,5°; t° пл.—23°. Во влажном воз­духе сильно дымит вследствие гидролиза.

Кипящей водой гидролизуется до титановой кислоты. Для титана четыреххлористого

характерно образование продуктов присоедине­ния, например TiCl4*6NH

3, TiCl4*8NH3, TiCl4*PCl3 и т.

д. При растворении титана четыреххлористого в НСl образуется ком­плексная

кислота H2[TiCl6], неизвестная в свобод­ном состоянии; её

соли Me2[TiCl6] хорошо кристал­лизуются и устойчивы на

воздухе. Важнейший исход­ный материал для получения титан четыреххлористого —

титановые шла­ки, а также ильменит и двуокись титана. Летучий титан

четыреххлористый очищают фракционированной перегонкой в ва­кууме. Титан

четыреххлористый — исходный продукт для промышлен­ного получения металлического

титана, его приме­няют также для образования антикоррозионных, термнчески

устойчивых плёнок.

ДВУОКИСЬ ТИТАНА

Двуокись титана, ТiO2, — соединение ти­тана с кислородом, в котором титан

четырёхвалентен. Белый порошок, желтый в нагретом состоянии. Встречается в

природе главным образом в виде минерала ру­тила, t°пл. выше

1850°. Плотностъ 3,9 — 4,25 г/см3. Практически

нерастворима в щелочах и кислотах, за исключением HF. В концентрированной Н

2SO4 растворяется лишь при длительном на­гревании. При

сплавлении двуокиси титана с едкими или угле­кислыми щелочами образуются

титанаты, которые легко гидролизуются с образованием на холоду ортотитановой

кислоты (или гидрата) Ti(OH)4, легко рас­творимой в кислотах. При

стоянии она переходит в мстатитановую кислоту (форма), имеющую

микрокристаллическую структуру и растворимую лишь в горя­чей концентрированной

серной и фтористоводородной кислотах. Большинство титанатов практически

нерастворимы в воде. Основные свойства двуокиси титана выра­жены сильнее

кислотных, но соли, в которых титан является катионом, также в значительной

мере гид­ролизуются с образованием двухвалентного радикала титанила TiO2

+. Последний входит в состав солей в качестве катиона (например,

сернокислый титанил TiOSO4*2H2O). Двуокись титана

является одним из важнейших соединений титана, служит исходным материа­лом для

получения других его соединений, а также частично металлического титана.

Используется главным образом как минеральная краска, кроме того, как

наполнитель в производстве резины и пластических металлов. Входит в состав

тугоплавких стекол, глазурей, форфоровых масс. Из нее изготов­ляют

искусственные драгоценные камни, босцветные и окрашенные.

Применение

Высокие механические и антикоррозион­ные свойства, значительная прочность (вдвое

проч­нее железа) при относительно небольшой плотности (значительно легче

железа) делают титан весьма цен­ным конструкционным металлом, благодаря чему он

весьма быстро получил большое значение в совре­менной технике. Основная масса

титана потребляется во­енной промышленностьюстью, главным образом, в

самолётостроении, (дви­гатели, в том числе и реактивные, бронированные ка­бины

и т. п.) и в судостроении. В пиротехнике используется способность титана

воспламеняться. В вакуумной тех­нике он применяется в качестве газопоглотителя.

Карбид титана входит в состав твёрдых сплавов и в угли дуговых ламп и

используется в качестве шли­фовального материала. Нитрид титана применяется для

шлифовки драгоценных камней. Растворы солей трёхвалентного титана (хлорида,

сульфата) применяются в качестве восстановителя в аналитической практике и в

текстильной промышленности (беление). Двойные оксалаты калия TiO(KC2

04)2*2Н20 или аммония использу­ются в качестве

протравы тканей, кожи, дерева. Сверхвысокая диэлектрическая постоянная титаната

ба­рия ВаТiO3 даёт возможность применять его для изготовления

электрических конденсаторов исключитель­но большой ёмкости.

Биологическая роль

Титан — постоянная со­ставная часть растительных и животных организ­мов. В

животных органиамах титан открыт английским химиком Г. Ризом в 1835, в

растительных — немецким химиком А. Адергольдом в 1852.

Растения поглощают титан из почв, концентрируя его в сотни и тысячи раз,

животные — из растительной пищи. Титан в организмах обычно содержится в

тысяч­ных — десятитысячных долях процента (на живой вес), причём растения

содержат его больше, чем жи­вотные. Среди растительных организмов наиболь­шее

количество титана найдено у водоросли Clado-phora glomerata (0,032% на живой

вес), среди живот­ных — у жука навозника обыкновенного (0,0049% на живой вес).

В органах человека среднее содержание титан дости­гает 0,02 мг на 100 г

свежего вещества; наиболее бо­гаты титаном селезёнка, надпочечники и щитовидная

желе­за. Доказано преимущественное накопление титана у млекопитающих животных и

птиц эпителиальными образованиями, например в рогах, волосах, перьях.

Повышенное содержание титана наблюдается в плацен­те; титан служит постоянной

составной частью молока (в т. ч. женского). Обмен титана в организме изучен не

достаточно, биологическая же роль остаётся пока невыясненной.

Литература

1. Большая Советская Энциклопедия. Второе издание, т. 42. Государственное

научное издательство «Большая Советская энциклопедия». М. 1956;

2. Химическая технология и металлургия титана. Сборник переводов, ч. 1—2,

M., 1954;

3. Титан и его сплавы. Сборник переводов, ч. 1—4, M., 1953—54