Титан

ТИТАН, Ti (от греч. Titanes — титаны; лат. Titanium * а. titanium; н. Titan; ф. titane; и. titanio), — химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 22, атомная масса 47,88. Природный титан состоит из 5 стабильных изотопов: ⁴⁶Ti (7,99%), ⁴⁷Ti (7,32%), ⁴⁸Ti (73,98%), ⁴⁹Ti (5,46%), ⁵⁰Ti (5,25%). Известно 5 искусственных радиоактивных изотопов титана с массовыми числами 41, 43-45 и 51.

Свойства титана

Первоначально титан в виде TiO₂ открыт английским минерологом-любителем У. Грегором в 1790 в магнитной фракции песков местечка Менакан (Великобритания). Однако в 1795 немецкий химик М. Г. Клапрот установил, что обнаруженный Грегором элемент "менакит" представляет собой природный оксид металла. Металлический титан получен американским учёным М. А. Хантером в 1910 при нагревании хлорида титана с натрием в герметической стальной бомбе. Чистый пластичный металл получили нидерландские исследователи А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 методом термической диссоциации йодида титана.

Титан — серебристо-белый металл, до температуры 883°С устойчива а-форма, имеющая гексагональную решётку с плотнейшей упаковкой (а=0,2951, с=0,4679 нм), выше — b-Ti с кубической объёмноцентрированной решёткой (а=0,3269 нм); плотность а-Ti 4505 кг/м³, b-Ti 4320 кг/м³; t плавления 1672°С, t кипения 3289°С; теплопроводность 15,5 Вт/(м•К); молярная теплоёмкость 104,68 Дж/(моль•К), электрическое сопротивление 55•  10^-4 (Ом•м); температурный коэффициент линейного расширения 8,09•10^-6 К^-1; температура перехода в сверхпроводящее состояние 1,81 К; парамагнитен.

Химические свойства

Титан — химически активный переходный элемент, в соединениях имеет степень окисления +4, реже +3, +2. До 500-550°С титан коррозионно устойчив, что объясняется наличием на его поверхности тонкой, но прочной плёнки оксидов. С кислородом взаимодействует при температурах выше 600°С с образованием TiO₂. Устойчив к действию разбавленных неорганических кислот, щелочей, галогенов (в присутствии паров H₂О). Титан обладает способностью поглощать водород, азот и другие газы, образуя соответственно гидриды, нитриды и т.д. При взаимодействии с бором, углеродом, селеном, кремнием титан образует металлоподобные соединения, отличающиеся тугоплавкостью и высокой твёрдостью.

Среднее содержание титана в земной коре (кларк) 0,45%, в ультраосновных породах 3•10^-2%, основных 0,9%, кислых 0,23%. Наиболее обогащены титаном пегматиты гранитов и щелочных пород. Известно 67 минералов титана, важнейшие из которых — рутил, перовскит, ильменит, титанит, титаномагнетит. Титан является петрогенным элементом и, относясь к литофильным (по классификации Гольдшмидта), наибольшее геохимическое сходство имеет с марганцем.

Получение и применение

В промышленных масштабах титан получают хлорированием рудных концентратов (если сырьём служит ильменит или титаномагнетит, то хлорируют шлаки, отделяемые от расплавленного железа при плавке в электропечах). Последующим восстановлением TiCl4 металлическим магнием (реже натрием) получают титановую губку. Переплавление губки в вакуумных дуговых печах даёт компактный металл. Основная часть титана в виде сплавов расходуется на нужды авиационной и ракетной техники, а также судостроения; для изготовления узлов и агрегатов, используемых в химической и пищевой промышленности. Карбид титана, обладающий высокой твёрдостью, входит в состав твёрдых сплавов, применяемых для изготовления режущих инструментов. Губчатый титан широко используется в вакуумной технике. Оксид титана применяется в лакокрасочном производстве. Титан хорошо поддаётся полировке и другим методам отделки, обладая высокой коррозионной стойкостью, идёт на изготовление различных художественных изделий, в т.ч. скульптуры (монумент в Москве, сооружённый в честь запуска первого искусственного спутника Земли, отделан листами полированного титана).