Титан – элемент серебристо-белого цвета, с выраженным блеском. В бликах металла можно разглядеть и розовый, и синий, и красный. Переливаться всеми цветами радуги – характерная особенность 22-го элемента таблицы Менделеева.

Его лучение всегда ярко, ведь титан устойчив к коррозии. От нее материал защищен оксидной пленкой, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан самовоспламеняем. Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки — 400 °C. Титановая стружка пожароопасна. Она формируется на поверхности при стандартных температурах.

В итоге, коррозия металлу не страшна ни на воздухе, ни в воде, ни в большинстве агрессивных сред, например, смесь концентрированных азотной и соляной кислот.

Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H3PO4 и концентрированной H2SO4). Титан устойчив к влажному хлору и водным растворам хлора.

Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF6]*2−. Титан наиболее подвержен коррозии в органических средах, так как в присутствии воды на поверхности титанового изделия образуется плотная пассивная пленка из оксидов и гидрида титана. Наиболее заметное повышение коррозионной стойкости титана заметно при повышении содержания воды в агрессивной среде с 0,5 до 8,0 %, что подтверждается электрохимическими исследованиями электродных потенциалов титана в растворах кислот и щелочей в смешанных водно-органических средах.

При нагревании на воздухе до 1200 °C титан (Ti) загорается ярким белым пламенем с образованием оксидных фаз переменного состава TiOx. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)2·xH2O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO2. Гидроксид TiO(OH)2·xH2O и диоксид TiO2 амфотерны.

TiO2 взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na2CO3 или поташом K2CO3 оксид TiO2 образует титанаты:

При нагревании Ti взаимодействует с галогенами (например, с хлором — при 550 °C). Тетрахлорид титана TiCl4 при обычных условиях — бесцветная жидкость, сильно дымящая на воздухе, что объясняется гидролизом TiCl4, содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.

Восстановлением TiCl4 водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl3 и TiCl2 — твёрдые вещества, обладающие сильными восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br2 и I2.

С азотом N2 выше 400 °C титан образует нитрид TiN. Титан — единственный элемент, который горит в атмосфере азота.

При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiC.

При нагревании Ti поглощает H2 с образованием соединения переменного состава TiH2. При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H2.

Также Титан образует сплавы со многими металлами.

Получение титана

Цена тормозит производство и потребление, титана. Собственно, высокая стоимость – не врожденный порок титана. В земной коре его много – 0,63%. Минералы, содержащие титан находятся повсеместно(В России месторождения титановых руд находятся на Урале, а крупнейший производитель Верхне-Салдинское ПО). Среди конструкционных металлов титан по распространенности занимает четвертое место, уступая лишь алюминию, железу и магнию. Высокая цена титана – следствие сложности извлечения его из руд и применение вакуумного оборудования при переплавке. При промышленном получении титана руду или концентрат переводят в диоксид титана, который затем хлорируют. Однако даже при 800-1000°С хлорирование протекает медленно. С достаточной для практических целей скоростью оно происходит в присутствии углерода, связывающего кислород в основном в CO2:

TiO2+2Cl2+2C=TiCl4+2CO2

Хлоридтитана (IV) восстанавливают магнием

TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2

А образующуюся смесь подвергают нагреванию в вакууме. При этом магний и его хлорид испаряются и осаждаются в конденсаторе. Остаток — губчатый титан-переплавляют, получая компактный ковкий металл. Для очистки от кислорода, углерода и других вредных примесей восстановление титана проводят в герметичной аппаратуре в атмосфере аргона, а очистку и переплавку в глубоком вакууме.

Для получения титана высокой чистоты применяют иодидный метод, предложенный еще в1925 году. Суть этой технологии, в деталях разработана в 30-х гг. немецким химиком Вильгельмом Кроллем, и заключается в следующем: черновой металл, загрязненный примесями, нагретый до 100-200° С, взаимодействуя с йодом, образует четырехйодистый титан. Дальнейшее нагревание йодида до температуры примерно 1300–1500° С приводит к его разложению на титан и йод. Причем парообразный йод соединяется снова с черновым металлом, а титан осаждается на раскаленной поверхности затравки из титана же. Примеси, находящиеся в черновом металле, взаимодействуют с йодом и не попадают на раскаленный чистый титан.

Ti(загрязненный)+2I2(газ)®100-200°С®TiI4(газ)®1300-1500°С®Ti(чистый)+2I2(газ)

Применение титана

Использование металлического титана во многих отраслях промышленности обусловлено тем, что его прочность примерно равна прочности стали при том, что он на 45 % легче. Титан на 60 % тяжелее алюминия, но прочнее его примерно вдвое.

Титан в виде сплавов является важнейшим конструкционным материалом в авиастроении, ракетостроении и кораблестроении.

Металл применяется в химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы, трубопроводная арматура), военной промышленности (бронежилеты, броня и противопожарные перегородки в авиации, корпуса подводных лодок), промышленных процессах (опреснительных установках, процессах целлюлозы и бумаги), автомобильной промышленности, сельскохозяйственной промышленности, пищевой промышленности, спортивных товарах, ювелирных изделиях, мобильных телефонах, лёгких сплавах и т. д.

Титан является физиологически инертным, благодаря чему применяется в медицине (протезы, остеопротезы, зубные имплантаты), в стоматологических и эндодонтических инструментах, украшениях для пирсинга.

Титановое литьё выполняют в вакуумных печах в графитовые формы. Также используется вакуумное литьё по выплавляемым моделям. Из-за технологических трудностей в художественном литье используется

«парадоксальный», «металл ограниченно. Первой в мировой практике монументальной литой скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве.

Титан является легирующей добавкой во многих легированных сталях и большинстве спецсплавов (нитинол, применяемый в медицине; алюминиды, используемые в авиации, автомобилестроении).

Существует множество титановых сплавов с различными металлами. Легирующие элементы разделяют на три группы, в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения: на бета-стабилизаторы, альфа-стабилизаторы и нейтральные упрочнители. Первые понижают температуру превращения, вторые повышают, третьи не влияют на неё, но приводят к растворному упрочнению матрицы. Примеры альфа-стабилизаторов: алюминий, кислород, углерод, азот. Бета-стабилизаторы: молибден, ванадий, железо, хром, никель. Нейтральные упрочнители: цирконий, олово, кремний.

В 1980-х годах около 60-65 % добываемого в мире титана использовалось в строительстве летательных аппаратов и ракет, 15% — в химическом машиностроении, 10% — в энергетике, 8% — в строительстве судов и для опреснителей воды.

Заключение

Значение металлов в человеческом обществе всё более возрастает. Переворот в технике происходит с интенсивным развитием алюминиевой и магниевой промышленности. В последние десятилетия человечество получило в своё распоряжение группы редких металлов. И вот уже в наши дни, в самые последние годы на авансцену истории «поднимается» новый промышленный металл – титан.

Титан, с большим правом, можно назвать металлом нашего века, точнее – второй его половины, так как этот новый конструкционный материал впервые стали производить и использовать только в пятидесятые годы. Впрочем, титан так и называют: «металл 20 века». И как много значений у слова «титан», так много эпитетов и наименований у самого металла. «Вечный», сверхзвуковых скоростей, «металл будущего», «дитя войны» – вот только некоторые из них.

Титан называют металлом будущего. Это, конечно, правильно. В будущем появятся новые области применения замечательного материала, люди создадут сплавы с ещё более удивительными свойствами. Но ведь будущее начинается сегодня, будущее и настоящее не отдельны непроходимой границей.

Титан уже давно стал материалом современности – ценным, важным и необходимым. Больше того, широкое, повсеместное его применение как раз позволит скорее приблизить то светлое и прекрасное будущее, о котором мы все мечтаем.