TITĀNA OKSĪDS (IV): STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Titāna oksīds (IV) ir ciets neorganisks kristālisks balts, kura ķīmiskā formula ir TiO ₂ , tāpēc tas ir zināms arī kā titāna dioksīdu. Tas pastāv trīs kristāliskās formās: rutila, anatāze un brookāts. Lai arī dabā tas parasti ir krāsains tādu piemaisījumu dēļ kā dzelzs, hroms vai vanādijs, tīru TiO ₂ izmanto kā baltu pigmentu.

Starp tā īpašībām mēs varam izcelt, ka TiO ₂ šķīdība ir ļoti atkarīga no tā ķīmiskās un termiskās vēstures. Papildus tam, ka karsējot līdz augstām temperatūrām (900 ºC), tas kļūst ķīmiski inerts. Tās svarīgākie avoti ir ilmenīts (dzelzs un titāna oksīds), rutila un anatāze.

Titāna dioksīda pulveris. Sākotnējais augšupielādētājs bija Walkerma angļu Vikipēdijā.

To galvenokārt ražo tādā pakāpē, kas piemērota izmantošanai kā pigments, nodrošinot tās lieliskās gaismas izkliedes īpašības pielietojumos, kur nepieciešama balta necaurredzamība un spīdums.

Tas tiek ražots arī kā īpaši plāns materiāls lietojumiem, kur nepieciešama caurspīdība un maksimāla ultravioletā (UV) absorbcija. Piemēram, kā ādas sauļošanās līdzekļa sastāvdaļu. Tajos TiO ₂ darbojas kā filtrs, tādējādi bloķējot šo staru absorbciju.

Tā ķīmiskās inerces dēļ tas ir vēlamais baltais pigments. Tomēr Amerikas Savienoto Valstu Pārtikas un zāļu pārvalde jeb FDA ir noteikusi parametrus tā drošai lietošanai pārtikā un kosmētikā.

Titāna oksīda putekļu iedarbībai ir arī ierobežojums, jo, ieelpojot putekļus, tie var nogulsnēties plaušās.

Uzbūve

TiO ₂ ir trīs kristāliskas modifikācijas: rutila, anatāze un brookāts. Šīs visas kristāliskās šķirnes ir sastopamas dabā.

Rutila

Rutila kristalizējas in tetragonālā sistēma ar divām TiO ₂ vienībām uz vienu šūnu. Titāns ir koordinēts oktaedriski. Kalorimetriskie pētījumi parādīja, ka rutila ir visstabilāk kristāliskā forma.

Rutila kristāla struktūra. Pelēkas bumbiņas: titāna, rozā bumbiņas: skābeklis. Cietvielu avots: Wikipedia Commons

Anatase

Šī forma kristalizējas arī tetragonālajā sistēmā, bet anatāze rodas izteikti izkropļotu skābekļa atomu oktaedru formā attiecībā pret katru titāna atomu, divi no tiem ir salīdzinoši tuvāk. Tas ir 4 vienības TiO ₂ katram kristāliskā šūnā.

Anatāzes kristāla struktūra. Benjah-bmm27 Avots: Wikipedia Commons

Brookiet

Tas izkristalizējas ortorombiskajā sistēmā ar 8 TiO ₂ vienībām katrā kristāliskajā šūnā.

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Kristāliska cieta viela.

Mosa cietība

Rutila: 7-7,5.

Anatāze: 5,5-6.

Molekulārais svars

79,87 g / mol.

Kušanas punkts

Rutila: 1830-1850 ° C.

Anatāze: karsējot, tā kļūst rutila.

Blīvums

Rutila: 4 250 g / cm ³

Anatāze: 4,133 g / cm ³

Brookāts: 3,895 g / cm ³

Šķīdība

Nešķīst ūdenī un organiskos šķīdinātājos. Lēni izšķīst HF un karstā koncentrētā H ₂ SO ₄ . Nešķīst HCl un HNO ₃ .

pH

7.5.

Refrakcijas indekss

Rutila: 2,75 pie 550 nm.

Anatāze: 2,54 pie 550 nm.

Tam ir augstākais visu neorganisko pigmentu refrakcijas koeficients.

Citas īpašības

Temperatūrā virs 700 ° C anatāze ātri pārvēršas rutilā. TiO _2, kas kalcinēts 900 ° C temperatūrā, vāji izšķīst bāzēs, fluorūdeņražskābē un karstā sērskābē. Tam neuzbrūk vājās neorganiskās skābes vai organiskās skābes. Tas nav viegli reducējams vai oksidējams.

Anatāze un rutila ir platjoslas pusvadītāji, taču to elektriskā vadītspēja ir atkarīga no piemaisījumu un kristāla defektu klātbūtnes.

Nomenklatūra

-Titāna dioksīds

-Rutils

-Anatāze

-Brookita

-Titānija

Lietojumprogrammas

Baltie pigmenti

Vissvarīgākais titāna (IV) oksīda lietojums ir kā baltais pigments visdažādākajos izstrādājumos, ieskaitot krāsas, lakas, līmes, plastmasu, papīru un tipogrāfijas krāsas. Tas ir saistīts ar augsto refrakcijas indeksu un ķīmisko inerci.

Avots: Pexels.com

Titāna dioksīdam, ko izmanto kā balto pigmentu, jābūt augstas tīrības pakāpei. Tā necaurredzamība un spilgtums izriet no spējas izkliedēt gaismu. Tas ir gaišāks nekā dimants. Tikai rutilam un anatāzei ir labas pigmentācijas īpašības.

Plastmasas

Plastmasā TiO ₂ samazina trauslumu un plaisāšanu, kas var rasties gaismas iedarbības rezultātā.

Tas ir vissvarīgākais pigments āra PVC plastmasas izstrādājumu ražošanā, jo tas nodrošina materiāla aizsardzību pret UV stariem.

Optimālā kristāliskā forma šajā gadījumā ir rutila. Šajā pieteikumā rutilam jābūt ar cirkonija, silīcija dioksīda vai alumīnija pārklājumu, lai samazinātu TiO ₂ fotokatalītisko efektu PVC sadalīšanās procesā.

Citi lietojumi

Citos nolūkos ietilpst stiklveida emaljas, ko izmanto tēraudam un čugunam, kam tas piešķir necaurredzamību un izturību pret skābēm.

Tekstilrūpniecībā to izmanto dzijas vadotnēs, lai vērpšanas laikā tie viegli slīdētu. Berze starp vītnēm un vadotnēm rada statisku elektrību. Lai to izkliedētu, TiO ₂ jāsadedzina 1300 ºC temperatūrā, lai tam būtu lielāka elektrovadītspēja.

Pie citiem pielietojumiem pieder tipogrāfijas krāsu, gumijas, tekstilizstrādājumu, ādas, sintētisko šķiedru, keramikas, baltā cementa, grīdas segumu un jumta materiālu pigmentācija. Kā papīra pārklājums TiO ₂ padara to baltāku, gaišāku un necaurspīdīgāku.

To izmanto kosmētikā, lai palīdzētu segt ādas nepilnības, kā arī lai zobu pasta un ziepes būtu baltas.

Tas aizsargā pārtiku, dzērienus, piedevas un farmaceitiskos produktus no priekšlaicīgas degradācijas, ko izraisa gaismas iedarbība, pagarinot produkta kalpošanas laiku.

Tas ir stikla, keramikas un elektrokeramikas ražošanā. To izmanto elektrisko ķēžu elementos. To izmanto arī mehāniskā transportlīdzekļa izplūdes sistēmas skābekļa sensors.

Īpaši smalks TiO ₂ tiek izmantots kā sauļošanās līdzekļa sastāvdaļa, jo tas ir spēcīgs ultravioleto (UV) staru absorbētājs - gan UV-A, gan UV-B. UV-A stari izraisa grumbu un ādas novecošanos, un UV-B rada apdegumus un eritēmu.

TiO ₂ nanodaļiņas izmanto par ķīmisko reakciju katalizatoru nesējmateriālu.

Anatāze ir efektīvs fotokatalizators, kas oksidē organiskos savienojumus. Jo mazākas ir tā daļiņas, jo efektīvāka tā ir.

Atsauces

1. Kokvilna, F. Alberts un Vilkinsons, Džefrijs. (1980). Uzlabotā neorganiskā ķīmija. Džons Vilijs un dēli.
2. Kirk-Othmer (1994). Ķīmiskās tehnoloģijas enciklopēdija. 19. un 24. sējums. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
3. Fakti par ķīmisko drošību. (2019. gads). Titāna dioksīds. Atgūts no: chemicalsafetyfacts.org
4. Vipičs, Džordžs. (2015). PVC piedevas. PVC formulās (otrais izdevums). Atgūts no vietnes sciencedirect.com
5. Dennings, R. (2009). Vilnas izstrādājumu uzlabošana, izmantojot nanotehnoloģijas. Ar panākumiem vilnas tehnoloģijā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com
6. Nacionālā medicīnas bibliotēka. (2019. gads). Titāna dioksīds. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov