Propiedades químicas del titanio

El titanio puede reaccionar con muchos elementos y compuestos a temperaturas más altas. Varios elementos se pueden dividir en cuatro categorías según sus diferentes reacciones con el titanio:

Categoría 1: los halógenos y los elementos del grupo oxígeno forman compuestos de enlace iónico y valeroso con el titanio;

La segunda categoría : elementos de transición, hidrógeno, berilio, boro, carbono y nitrógeno y titanio para formar compuestos intermetálicos y soluciones sólidas finitas;

La tercera categoría: circonio, hafnio, vanadio, grupo cromo, elementos escandio y forma de titanio soluciones sólidas infinitas;

Categoría 4: Los gases inertes, los metales alcalinos, los metales alcalinotérreos, los elementos de tierras raras (excepto el escandio), el actinio, el torio, etc. no reaccionan con el titanio o básicamente no se produce ninguna reacción. Cuando se calienta con compuestos HF y fluoruro, el gas fluoruro de hidrógeno reacciona con el titanio para generar TiF4. La fórmula de reacción es

Ti 4HF=TiF4 2H2 135,0 kcal

El fluoruro de hidrógeno líquido sin agua puede ser. encontrado en Se forma una densa película de tetrafluoruro de titanio en la superficie del titanio, lo que puede evitar que el HF se infiltre en el interior del titanio. El ácido fluorhídrico es el disolvente más fuerte del titanio. Incluso el ácido fluorhídrico con una concentración de 1 puede reaccionar violentamente con el titanio:

2Ti 6HF=2TiF3 3H2

El fluoruro anhidro y su solución acuosa no reaccionan con él a bajas temperaturas. El titanio reacciona, y sólo el fluoruro fundido reacciona significativamente con el titanio a altas temperaturas. HCl y cloruro El gas cloruro de hidrógeno puede corroer el titanio metálico. El cloruro de hidrógeno seco reacciona con el titanio a >300 °C para generar TiCl4:

Ti 4HCl=TiCl4 2H2 94,75 kcal

Concentración lt; El ácido clorhídrico al 5 % no reacciona con el titanio a temperatura ambiente, pero el ácido clorhídrico al 20 % reacciona con el titanio a temperatura ambiente para formar TiCl3 púrpura:

2Ti 6HCl=2TiCl3 3H2

Cuando el la temperatura es larga Cuando es alta, incluso el ácido clorhídrico diluido corroerá el titanio. Varios cloruros anhidros, como los iones de magnesio, manganeso, hierro, níquel, cobre, zinc, mercurio, estaño, calcio, sodio, bario y NH4 y sus soluciones acuosas, no reaccionan con el titanio en estos cloruros. Tiene muy buena estabilidad. El ácido sulfúrico y el sulfuro de hidrógeno de titanio tienen reacciones obvias con un 50% de ácido sulfúrico. A temperatura normal, aproximadamente un 40% de ácido sulfúrico corroe el titanio más rápidamente. Cuando la concentración es superior al 40%, la velocidad de corrosión se ralentiza cuando alcanza el 60%. El 80% alcanza el ritmo más rápido. El ácido diluido calentado o el ácido sulfúrico concentrado al 50% pueden reaccionar con el titanio para producir sulfato de titanio:

Ti H2SO4=TiSO4 H2

2Ti 3H2SO4=Ti2(SO4)3 3H2

El titanio puede reducir el ácido sulfúrico concentrado calentado para generar SO2:

2Ti 6H2SO4=Ti2(SO4)3 3SO2 6H2O 202 kcal

El titanio reacciona con sulfuro de hidrógeno a temperatura ambiente Se forma una película protectora en su superficie para evitar una mayor reacción entre el sulfuro de hidrógeno y el titanio. Pero a altas temperaturas, el sulfuro de hidrógeno reacciona con el titanio para producir hidrógeno:

Ti H2S=TiS H2 70 kcal

El titanio en polvo comienza a reaccionar con el sulfuro de hidrógeno a 600 °C para formar titanio. sulfuro, el producto de reacción es principalmente TiS a 900°C y Ti2S3 a 1200°C. El ácido nítrico y el agua regia. El titanio con una superficie densa y lisa es muy estable al ácido nítrico. Esto se debe a que el ácido nítrico puede formar rápidamente una fuerte película de óxido en la superficie del titanio. se puede combinar con ácido nítrico diluido secundario en caliente que reacciona:

3Ti 4HNO3 4H2O=3H4TiO4 4NO

3Ti 4HNO3 H2O=3H2TiO3 4NO

Ácido nítrico concentrado por encima de 70 También se puede utilizar °C. Reacciona con titanio:

Ti 8HNO3=Ti(NO3)4 4NO2 4H2O

A temperatura ambiente, el titanio no reacciona con el agua regia. Cuando la temperatura es alta, el titanio puede reaccionar con el agua regia para formar TiCl2. Ti 8HNO3=Ti(NO3)4 4NO2 4H2O ⑾ En resumen, las propiedades del titanio están muy relacionadas con la temperatura, su forma de existencia y la pureza.

El titanio metálico denso es bastante estable por naturaleza, pero el titanio en polvo puede provocar una combustión espontánea en el aire. La presencia de impurezas en el titanio afecta significativamente las propiedades físicas, químicas, mecánicas y la resistencia a la corrosión del titanio. En particular, algunas impurezas intersticiales pueden distorsionar la red de titanio y afectar diversas propiedades del titanio. El titanio tiene muy poca actividad química a temperatura ambiente y puede reaccionar con algunas sustancias como el ácido fluorhídrico. Sin embargo, cuando la temperatura aumenta, la actividad del titanio aumenta rápidamente, especialmente a altas temperaturas, el titanio puede reaccionar violentamente con muchas sustancias. El proceso de fundición del titanio generalmente se lleva a cabo a altas temperaturas superiores a los 800°C, por lo que debe operarse al vacío o bajo la protección de una atmósfera inerte. Propiedades físicas del metal titanio El metal titanio (Ti) es un metal gris. El número atómico es 22 y la masa atómica relativa es 47,87. La disposición de los electrones fuera del núcleo en la subcapa es 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2. La actividad del metal es entre magnesio y aluminio y no es estable a temperatura ambiente, por lo que solo existe en estado químico en la naturaleza. Los compuestos comunes de titanio incluyen ilmenita (FeTiO3), rutilo (TiO2), etc. El titanio tiene un alto contenido en la corteza terrestre, ocupando el noveno lugar con 5600 ppm, que es 0,56 cuando se convierte en porcentaje. La densidad del titanio puro es 4,54 × 103 kg/m3, el volumen molar es 10,54 cm3/mol y su dureza es pobre. La dureza de Mohs es solo de aproximadamente 4, por lo que tiene buena ductilidad. El titanio tiene buena estabilidad térmica, con un punto de fusión de 1660±10 ℃ y un punto de ebullición de 3287 ℃. Propiedades químicas del metal titanio: El metal titanio tiene una capacidad reductora extremadamente fuerte en ambientes de alta temperatura. Puede combinarse con oxígeno, carbono, nitrógeno y muchos otros elementos, y también puede capturar oxígeno de algunos óxidos metálicos (como el óxido de aluminio). A temperatura ambiente, el titanio se combina con el oxígeno para formar una película de óxido extremadamente delgada y densa. Esta película de óxido no reacciona con el ácido nítrico, el ácido sulfúrico diluido, el ácido clorhídrico diluido y el rey de los ácidos: el agua regia. Reacciona con ácido fluorhídrico, ácido clorhídrico concentrado y ácido sulfúrico concentrado. El elemento titanio fue descubierto en 1789. En 1908, Noruega y Estados Unidos comenzaron a utilizar el método del ácido sulfúrico para producir dióxido de titanio. En 1910, se utilizó el método del sodio para producir esponja de titanio por primera vez en el laboratorio. , DuPont en los Estados Unidos utilizó el método del magnesio para producir toneladas de esponja de titanio. Esto marca el comienzo de la producción industrial de esponja de titanio, es decir, titanio.

La industria del titanio en China comenzó en la década de 1950. En 1954, el Instituto General de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing inició una investigación sobre el proceso de preparación de la esponja de titanio. En 1956, el país incluyó el titanio como metal estratégico en el plan de desarrollo de 12 años. En 1958, se realizó una prueba industrial de la esponja de titanio. se llevó a cabo en la fábrica de aluminio Fushun, estableciendo el primer taller de producción de esponjas de titanio A de China, y el primer taller de prueba de producción de materiales de procesamiento de placas y tiras de titanio de China se estableció en la fábrica de procesamiento de metales no ferrosos de Shenyang.

En las décadas de 1960 y 1970, bajo la planificación unificada del país, se construyeron más de 10 unidades de producción de esponja de titanio, representadas por Zunyi Titanium Factory, en 1967, el primer material de procesamiento de varillas y tubos de titanio de China; taller de pruebas de producción y el segundo taller de pruebas de producción de placas y tiras de titanio, y fueron los principales responsables de las tareas de producción y desarrollo de prueba del primer submarino nuclear nacional, el primer destructor de misiles guiados y materiales de titanio para la aviación en ese momento. Cuando se completó y puso en funcionamiento la planta de procesamiento de metales no ferrosos de Baoji, Luoyang Copper Processing transfirió los datos del proceso al Instituto de Investigación de metales no ferrosos de Beijing. Según la división profesional del Ministerio de Metalurgia, ya no se hizo cargo del desarrollo y la producción de prueba de materiales de titanio. al Instituto de Investigación de No Ferrosos de Beijing, al Instituto de Aluminio y Magnesio de Shenyang, a la Planta de Aluminio de Fushun, a la Planta de Procesamiento de Metales No Ferrosos de Shenyang, a la Planta de Procesamiento de Aleaciones Ligeras del Noreste, a la Planta de Procesamiento de Cobre de Luoyang y a otras unidades que ayudaron principalmente en la construcción de la Planta de Procesamiento de Metales No Ferrosos de Baoji y de Baoji Precious. A partir de entonces, según la clasificación de la industria, las plantas de procesamiento de metales Baoji Nonferrous Metals Processing Plant y el Baoji Precious Metals Institute son los principales responsables de la producción, el desarrollo y la producción de prueba de la mayoría de los materiales de procesamiento de titanio nacionales. Al mismo tiempo, China se ha convertido en el cuarto país con un sistema industrial completo de titanio, después de Estados Unidos, la ex Unión Soviética y Japón.

Alrededor de 1980, la producción de esponja de titanio en China alcanzó las 2.800 toneladas. Sin embargo, debido a la falta de conocimiento de la mayoría de la gente en ese momento sobre el metal de titanio, el alto precio de los materiales de titanio también limitó su aplicación. Titanio. La producción de materiales procesados ​​con titanio fue de sólo 200 toneladas, la industria del titanio de China está en problemas.

En estas circunstancias, iniciado por el camarada Fang Yi, entonces Viceprimer Ministro del Consejo de Estado, y apoyado por los camaradas Zhu Rongji y Yuan Baohua, en julio de 1982 se creó un grupo líder nacional interministerial para la promoción de aplicaciones de titanio para coordinar el desarrollo del titanio. industria y promoción 20 Desde la década de 1980 hasta principios de la de 1990, la producción y venta de esponjas de titanio y materiales de procesamiento de titanio en China estuvieron en auge, y la industria del titanio se desarrolló rápida y constantemente.

En resumen, la industria del titanio de China ha pasado aproximadamente por tres períodos de desarrollo: el período pionero en los años 1950, el período de construcción en los años 1960 y 1970, y el período de desarrollo inicial en los años 1980 y 1990. En el nuevo siglo, gracias al rápido y sostenido desarrollo de la economía nacional, la industria del titanio de China también ha entrado en un período de rápido crecimiento.

El titanio es resistente a la corrosión, por lo que se utiliza a menudo en la industria química. En el pasado, las piezas de los reactores químicos que contenían ácido nítrico caliente estaban fabricadas de acero inoxidable. El acero inoxidable también teme al fuerte agente corrosivo: el ácido nítrico caliente. Cada seis meses, todas estas piezas deben reemplazarse. Aunque el costo de usar titanio para fabricar estas piezas es más caro que el de las piezas de acero inoxidable, se puede usar de forma continua durante cinco años, lo que es mucho más rentable.

En electroquímica, el titanio es un metal de tipo válvula unidireccional con un potencial muy negativo. Normalmente es imposible utilizar titanio como ánodo para la descomposición.

La mayor desventaja del titanio es que es difícil de refinar. Principalmente porque el titanio tiene una gran capacidad para combinarse a altas temperaturas y puede combinarse con oxígeno, carbono, nitrógeno y muchos otros elementos. Por lo tanto, la gente tiene cuidado de evitar que estos elementos "ataquen" al titanio durante la fundición o fundición. Al fundir titanio, por supuesto, está estrictamente prohibido acercarse al aire y al agua, e incluso está prohibido el uso de crisoles de alúmina comúnmente utilizados en metalurgia, porque el titanio robará oxígeno de la alúmina. La gente usa tetracloruro de magnesio y titanio para interactuar en un gas inerte: helio o argón para refinar el titanio.

La gente aprovecha la gran capacidad del titanio para combinarse a altas temperaturas. Al fabricar acero, el nitrógeno se disuelve fácilmente en el acero fundido. Cuando el lingote de acero se enfría, se forman burbujas en el lingote de acero, lo que afecta la calidad del mismo. el acero. Por lo tanto, los trabajadores siderúrgicos añaden titanio metálico al acero fundido, lo que hace que se combine con nitrógeno y se convierta en escoria-nitruro de titanio, que flota en la superficie del acero fundido, haciendo que el lingote de acero sea relativamente puro.

Cuando un avión supersónico vuela, la temperatura de sus alas puede alcanzar los 500°C. Si se utiliza una aleación de aluminio relativamente resistente al calor para fabricar las alas, no podrá soportar temperaturas entre 100 y 200 grados Celsius. Se debe utilizar un material ligero, resistente y resistente a altas temperaturas para reemplazar la aleación de aluminio. , y el titanio puede cumplir estos requisitos. El titanio también puede resistir la prueba de más de 100 grados bajo cero. A esta baja temperatura, el titanio todavía tiene buena tenacidad y no se vuelve quebradizo.

Utilizando la fuerte absorción de aire por parte del titanio y el circonio, se puede eliminar el aire y crear un vacío. Por ejemplo, utilizando una bomba de vacío hecha de titanio, el aire se puede bombear a sólo una parte por diez billones. El óxido de titanio es dióxido de titanio, el TiO2 natural es rutilo y el TiO2 puro es un polvo blanco como la nieve, que es el mejor pigmento blanco, comúnmente conocido como blanco de titanio. Es blanco cuando está frío y amarillo claro cuando está caliente. En el pasado, la gente extraía mineral de titanio principalmente para obtener dióxido de titanio. El blanco de titanio tiene una fuerte adherencia y no es propenso a cambios químicos. Siempre es blanco y es una pintura blanca excelente. Tiene un alto índice de refracción, coloración fuerte, gran poder cubriente y propiedades químicas estables. Otras pinturas blancas, como el ZnO blanco de zinc y el 2PbCO3·Pb(OH)2 blanco de plomo, no tienen estas excelentes propiedades del blanco de titanio. Lo que es especialmente valioso es que el dióxido de titanio no es tóxico. Tiene un alto punto de fusión y se utiliza para fabricar vidrio refractario, vidriados, esmaltes, arcilla, recipientes experimentales resistentes a altas temperaturas, etc.

El dióxido de titanio es la cosa más blanca del mundo. 1 gramo de dióxido de titanio puede pintar de blanco una superficie de más de 450 centímetros cuadrados. Es 5 veces más blanco que el pigmento blanco comúnmente utilizado: el blanco de bario y zinc, por lo que es el mejor pigmento para preparar pintura blanca. La cantidad de dióxido de titanio que se utiliza como pigmento en el mundo alcanza los cientos de miles de toneladas al año. Se puede agregar dióxido de titanio al papel para hacerlo blanco y opaco. El efecto es 10 veces mayor que el de otras sustancias. Por lo tanto, se debe agregar dióxido de titanio al papel para billetes y al papel artístico. Además, para aclarar el color del plástico y suavizar el brillo del rayón, a veces se añade dióxido de titanio. En la industria del caucho, el dióxido de titanio también se utiliza como relleno para el caucho blanco.

El tetracloruro de titanio es muy interesante. Es un líquido incoloro en condiciones normales (punto de fusión -25°C, punto de ebullición 136,4°C). Tiene un olor acre y emite humo blanco en aire húmedo. —Se hidroliza y se convierte en un hidrogel blanco de dióxido de titanio. En agua, se hidroliza fuertemente en metatitanato H?TiO?. En el ejército, la gente utiliza el extraño temperamento del tetracloruro de titanio como aerosol artificial. Especialmente en el océano, hay mucho vapor de agua. Una vez que se libera tetracloruro de titanio, el humo espeso es como una Gran Muralla blanca que bloquea la vista del enemigo. En la agricultura, la gente utiliza tetrafluoruro de titanio para prevenir las heladas.

El TiCl? es un cristal de color púrpura y su solución acuosa puede utilizarse como agente reductor. Ti3 tiene propiedades reductoras más fuertes que Sn2.

El cristal de titanato de bario tiene esta característica: cuando cambia de forma bajo presión, generará corriente eléctrica, y volverá a cambiar de forma cuando se le aplique electricidad. Por lo tanto, la gente pone titanato de bario en ondas ultrasónicas y, cuando se presiona, genera una corriente eléctrica. La fuerza de las ondas ultrasónicas se puede medir por el tamaño de la corriente eléctrica que genera. Por el contrario, al pasar corriente de alta frecuencia a través de él, se pueden generar ondas ultrasónicas. El titanato de bario se utiliza en casi todos los instrumentos ultrasónicos. Además, el titanato de bario tiene muchos usos. Por ejemplo: los trabajadores del ferrocarril lo pusieron debajo de los rieles para medir la presión cuando pasaba un tren; los médicos lo usaron para hacer un registrador de pulso. El detector submarino de titanato de bario es un ojo submarino agudo que no sólo puede detectar bancos de peces, sino también arrecifes submarinos, icebergs, submarinos enemigos, etc.

A la hora de fundir titanio, se requieren pasos complejos. Convierta la ilmenita en tetracloruro de titanio, colóquela en un tanque de acero inoxidable sellado, llénelo con gas argón y haga reaccionar con el magnesio metálico para obtener "titanio esponjoso". Esta "esponja de titanio" porosa no se puede utilizar directamente. Deben fundirse hasta convertirse en líquido en un horno eléctrico antes de poder convertirlos en lingotes de titanio. ¡Pero hacer una estufa eléctrica así no es fácil! Además del hecho de que el aire en el horno eléctrico debe bombearse limpio, lo que es aún más problemático es que es imposible encontrar un crisol que contenga titanio líquido, porque generalmente los materiales refractarios contienen óxidos y el oxígeno que contienen será absorbido. lejos por el titanio líquido. Más tarde, la gente finalmente inventó un horno eléctrico de "crisol de cobre refrigerado por agua". Sólo la parte central de este horno eléctrico está caliente y el resto está frío. Después de que el titanio se funde en el horno eléctrico, fluye hacia la pared del crisol de cobre enfriado por agua e inmediatamente se condensa en lingotes de titanio. Con este método ya se pueden producir bloques de titanio que pesan varias toneladas, pero su coste es imaginable. El titanio fue descubierto por el químico británico Gregor R W (1762-1817) en 1791 mientras estudiaba la ilmenita y el rutilo. Cuatro años más tarde, en 1795, el químico alemán Klaproth M H (1743-1817) también descubrió este elemento al analizar el rutilo rojo producido en Hungría. Abogó por el método de denominación del uranio (descubierto por Klapprot en 1789) y llamó a este nuevo elemento "Titanio", citando el nombre de los Titanes en la mitología griega. El nombre chino es titanio según su transliteración.

El titanio descubierto por Gregor y Klapprot en aquella época era dióxido de titanio en polvo, no titanio metálico. Debido a que el óxido de titanio es extremadamente estable y el titanio metálico puede combinarse directa y violentamente con oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, carbono, etc., es difícil preparar titanio elemental. No fue hasta 1910 que el químico estadounidense Hunter M A produjo por primera vez titanio metálico con una pureza de 99,9. Tiene brillo metálico y ductilidad. La densidad es de 4,5 g/cm3. Punto de fusión 1660±10 ℃. Punto de ebullición 3287 ℃. Valencia 2, 3 y 4. La energía de ionización es de 6,82 electronvoltios. Las principales características del titanio son su baja densidad, su alta resistencia mecánica y su fácil procesamiento. La plasticidad del titanio depende principalmente de su pureza. Cuanto más puro es el titanio, mayor es su plasticidad. Tiene buena resistencia a la corrosión y no se ve afectado por la atmósfera ni el agua de mar. A temperatura normal, no será corroído por ácido clorhídrico por debajo de 7, ácido sulfúrico por debajo de 5, ácido nítrico, agua regia o soluciones alcalinas diluidas; solo pueden actuar sobre él ácido fluorhídrico, ácido clorhídrico concentrado, ácido sulfúrico concentrado, etc.