Титан (элемент)

Титан — Химия

Титан

титан химический
элемент

Титан
(лат. Titanium) — химический элемент IV группы периодической системы
Менделеева, 4 периода, имеет номер 22. Атом Титана содержит 22 электрона на 7
оболочках вокруг ядра с зарядом +22. Атомная масса приблизительно равна 48.

Титан — легкий
серебристо-белый металл, по внешнему виду похож на сталь. Обладает низкой
теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза
— железа. Титан относится к переходным элементам. Данный металл плавится при
довольно высокой температуре (1668°С) и кипит при 3300 °С. Его плотность
сравнительно мала (4500 кг/м3). Стоит также отметить, что его механическая
прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше
прочности алюминия.

Титан в виде двуокиси
был открыт английским любителем-минералогом У. Грегором в 1791 в магнитных
железистых песках местечка Менакан (Англия). Грегор растворил пробу найденного
черного песка, смешанного с тонким грязно-белым песком, в соляной кислоте; при
этом из песка выделилось 46% железа. Оставшуюся часть пробы Грегор растворил в
серной кислоте, причем почти все вещество перешло в раствор, за исключением
3,5% кремнезема. После упаривания сернокислотного раствора остался белый
порошок в количестве 46% пробы. Продолжая исследования порошка, Грегор пришел к
выводу, что он представляет собой соединение железа с каким-то неизвестным
металлом.

В 1795 немецкий химик
М. Г. Клапрот установил, что минерал рутил представляет собой природный окисел
этого же металла, названного им «титаном». Выделить титан в чистом
виде долго не удавалось, лишь в 1910 американский учёный М.А. Хантер получил
металлический титан нагреванием его хлорида с натрием в герметичной стальной
бомбе; полученный им металл был пластичен только при повышенных температурах и
хрупок при комнатной из-за высокого содержания примесей.

Свойства титана во
многом зависят от степени его чистоты, поэтому разработка способов массового
производства особо чистого титана является одной из важнейших проблем
промышленности. Дело в том, что союз титана с кислородом (а именно в виде такого
соединения элемент обычно и встречается в природе) является одним из самых
прочных в химии. Ни электрический ток, ни высокие температуры не в силах
вырвать титан из объятий кислорода.

Применяемый в
промышленности технический титан содержит примеси кислорода, азота, железа,
кремния и углерода, повышающие его прочность, снижающие пластичность и влияющие
на температуру полиморфного превращения, которое происходит в интервале 865-920
°C.

Титан — один из
распространённых элементов, среднее содержание его в земной коре составляет
0,57% по массе. Титан постоянно присутствует в тканях растений, накапливается у
позвоночных животных, преимущественно в роговых образованиях, селезёнке,
надпочечниках, щитовидной железе, плаценте; плохо всасывается из
желудочно-кишечного тракта. У человека суточное поступление титана с продуктами
питания и водой составляет 0,85 мг, выводится с мочой и калом (0,33 и 0,52 мг
соответственно). Этот металл относительно малотоксичен.

Интересно, что тонкая
титановая стружка при недостаточной смазке может загораться в процессе
механической обработки. А при достаточной концентрации кислорода в окружающей
среде и повреждении окисной плёнки путём удара или трения возможно загорание
металла при комнатной температуре и в сравнительно крупных кусках.

В наши дни к титану
приковано внимание тысяч ученых. В многочисленных лабораториях образцы этого
металла ежедневно подвергаются жестоким «пыткам»: его рвут на части, гнут,
«варят» в кислотах и щелочах, раскаляют, охлаждают до сверхнизких температур,
воздействуют на него чудовищными нагрузками, током высокой частоты,
ультразвуком

И титан раскрывает человеку свои тайны…

ПРИМЕНЕНИЕ

Изделия из титана

Титановые сплавы играют большую роль в авиационной технике, где стремятся получить наиболее легкую конструкцию в сочетании с необходимой прочностью. Титан легок по сравнению с другими металлами, но в то же время может работать при высоких температурах. Из титановых сплавов изготовляют обшивку, детали крепления, силовой набор, детали шасси, различные агрегаты. Также данные материалы применяются в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Это позволяет уменьшить их массу на 10-25%. Из титановых сплавов производят диски и лопатки компрессора, детали воздухозаборника и направляющего аппарата, крепеж.

Также титан и его сплавы используют в ракетостроении. Ввиду кратковременной работы двигателей и быстрого прохождения плотных слоев атмосферы в ракетостроении в значительной мере снимаются проблемы усталостной прочности, статической выносливости и отчасти ползучести.

Технический титан из-за недостаточно высокой теплопрочности не пригоден для применения в авиации, но благодаря исключительно высокому сопротивлению коррозии в ряде случаев незаменим в химической промышленности и судостроении. Так его применяют при изготовлении компрессоров и насосов для перекачки таких агрессивных сред, как серная и соляная кислота и их соли, трубопроводов, запорной арматуры, автоклав, различного рода емкостей, фильтров и т.п. Только титан обладает коррозионной стойкостью в таких средах, как влажный хлор, водные и кислые растворы хлора, поэтому из данного металла изготовляют оборудование для хлорной промышленности. Из титана делают теплообменники, работающие в коррозионно активных средах, например в азотной кислоте (не дымящей). В судостроении титан используется для изготовления гребных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д. На титан и его сплавы не налипают ракушки, которые резко повышают сопротивление судна при его движении.

Титановые сплавы перспективны для использования во многих других применениях, но их распространение в технике сдерживается высокой стоимостью и дефицитностью титана.

Титан (англ. Titanium) – Ti

Молекулярный вес	47.88 г/моль
Происхождение названия	Минерал получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи.
IMA статус	подтвержден в 2010 году

Важнейшие соединения:

Диоксид титана, ТiO₂. Белый порошок, желтый в нагретом состоянии, плотностъ 3,9-4,25 г/см3. Амфотерен. В концентрированной Н₂SO₄ растворяется лишь при длительном нагревании. При сплавлении с содой Na₂CO₃ или поташом K₂CO₃ оксид TiO₂ образует титанаты:
TiO₂ + K₂CO₃ = K₂TiO₃ + CO₂Гидроксид титана(IV), TiO(OH)₂*xH₂O, осаждается из растворов солей титана, его осторожным прокаливанием получают оксид TiO₂. Гидроксид титана(IV) амфотерен. Тетрахлорид титана, TiCl₄, при обычных условиях — желтоватая, сильно дымящая на воздухе жидкость, что объясняется сильным гидролизом TiCl₄ парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана. Кипящей водой гидролизуется до титановой кислоты(??). Для хлорида титана(IV) характерно образование продуктов присоединения, например TiCl₄*6NH₃, TiCl₄*8NH₃, TiCl₄*PCl₃ и т.д. При растворении хлорида титана(IV) в НСl образуется комплексная кислота H₂[TiCl₆], неизвестная в свободном состоянии; её соли Me₂[TiCl₆] хорошо кристаллизуются и устойчивы на воздухе.

Восстановлением TiCl₄ водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получены трихлорид и дихлорид титана TiCl₃ и TiCl₂ — твердые вещества с сильными восстановительными свойствами. Нитрид титана — представляет собой фазу внедрения с широкой областью гомогенности, кристаллы с кубической гранецентрированной решеткой. Получение — азотированием титана при 1200 °C или другими способами. Применяется как жаропрочный материал, для создания износостойких покрытий.

Месторождения космического материала

Самыми распространёнными являются залежи ильменита, они составляют порядка 800 млн тонн. Запасы рутиловых руд значительно меньше, но при сохранении роста добычи все они могут обеспечить человечество ещё на 100 лет. По запасам титана Россия уступает только Китаю и насчитывает 20 разведанных месторождений. Большинство из них — комплексные, где добывают также железо, фосфор, ванадий и цирконий. Сегодня крупнейшим мировым производителем титана считается российская металлургическая компания «ВСМПО-АВИСМА».

Обширные залежи располагаются на территории ЮАР, Украины, Канады, США, Бразилии, Австралии, Швеции, Норвегии, Египта, Казахстана, Индии и Южной Кореи. Они различаются содержанием металла в рудах и объёмами добычи, геологические изыскания не прекращаются. Даже на Луне были обнаружены запасы титаносодержащих руд, некоторые из них в десятки раз богаче крупных месторождений Земли. Это позволяет надеяться на снижение рыночных цен металла и расширение сферы использования.

Открытие нового металла

Открытие нового металла — это одно из величайших достижений в истории промышленности. Этот металл, названный титаном, имеет уникальные свойства и обладает огромным потенциалом для различных отраслей экономики.

История открытия титана связана с работой нескольких ученых, которые проводили исследования в конце XIX века. Они заметили необычные свойства некоторых руд, которые содержали неизвестный металл. Процесс извлечения и изучения этого металла занял много лет и потребовал значительных усилий.

Когда ученым удалось выделить чистый титан, они обнаружили, что он обладает высокой прочностью, низкой плотностью и отличной коррозионной стойкостью. Впервые в истории был обнаружен металл, который сочетает легкость и прочность. Это стало революционным открытием для промышленности, особенно для аэрокосмической и авиационной отраслей.

С развитием технологий производства и обработки титана, его применение стало все более широким. Сегодня титан используется не только в авиации, но и в медицине, энергетике, спортивной индустрии и других отраслях. Медицинские имплантаты, спортивные инструменты, электроды для энергетических установок — все это возможно благодаря открытию титанового металла.

История открытия титана – это яркий пример того, как научные исследования могут привести к совершенно новым открытиям и изменить промышленность. Титан предоставил человечеству уникальные возможности и открыл новые горизонты в использовании металлов.

Как был открыт Титан

История открытия такого химического элемента как титан начинается в XVIII веке. Считается, что впервые этот химический элемент был обнаружен священнослужителем и минерологом Уильямом Грегором. По историческим сведениям, священнослужитель нашел черный песок и заметил, что какая-то его часть притягивается магнитом, а какая-то оостается неподвижной, он решил ее тщательно изучить. Анализируя составляющие найденного черного песка он обнаружил оксиды двух металлов. Одним из них был оксид железа — та часть которая притягивалась магнитом. Вторую же часть Грегор не смог индефицировать, потому что он не попадал ни под одно описание. Уильям сообщил о своей находке в Королевское геологическое сообщество Корнуолла. Статья об этом событии была опубликована в одном из немецких научных журналов.

Примерно в то же время, австрийский минеролог Франц-Иосиф Мюллер фон Райхенштейн произвел подобное вещество, но он не смог установить факт того, что это новый химический элемент. Еще раз оксид титана был открыт немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом в Рутиле (современная Венгрия) в 1795 году. Он обнаружил, что в оксиде содержится новый химический элемент и назвал его Титаном в честь богов греческой мифологии. Услышав об открытии Грегора, Клапрот исследовал образец манакканита. Проведя опыты, он подтвердил, что минерал содержит титан.

Известные на сегодняшний день способы извлечения титана из минералов являются трудоемкими и дорогостоящими. Чистый химический элемент (99%) впервые был получен только в 1910 году ученым родом из Новой Зеландии. В американском политехническом институте Ренсселера (Нью-Йорк, США) Мэтью Хантер нагрел хлорид титана до температуры около 800°C  под большим давлением и добавил Натрий. В результате химической реакции получился хлорид натрия и очищенный титан. Сегодня эта химическая реакция известна во всем мире как процесс Хантера. В 1932 году Уильям Джастин Кролл улучшил процесс Хантера заменив натрий магнием. Эта реакция получила название процесс Кролла.

Читайте: Скандий как химический элемент таблицы Менделеева

Презентация на тему: » ТИТАН И ЕГО СПЛАВЫ. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ И ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ Открыт в 1789 г. Клапротом. В 1925 г. Baн Аркелем и де Бур получили иодидный титан. В.» — Транскрипт:

1

ТИТАН И ЕГО СПЛАВЫ

2

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ И ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ Открыт в 1789 г. Клапротом. В 1925 г. Baн Аркелем и де Бур получили йодидный титан. В 1940 г. Кролль открыл магния термический способ извлечения титана из руд. В 1948 г. получена первая промышленная партия титана массой 2 т. В 1953 г. было получено 2100 т титана; в 1957 г т; в 1966 г т; в 1981 г – т; в 1996 г. – т.

3

ТИТАН МЕТАЛЛ СЕРЕБРИСТО-БЕЛОГО ЦВЕТА. ОДИН ИЗ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ В ПРИРОДЕ ЭЛЕМЕНТОВ. СРЕДИ ДРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО РАСПРОСТРАНЕННОСТИ В ЗЕМНОЙ КОРЕ (0,61%) ОН ЗАНИМАЕТ ДЕСЯТОЕ МЕСТО. ТИТАН ЛЕГОК (ПЛОТНОСТЬ ЕГО 4,5 Г/СМ 3 ), ТУГОПЛАВОК (ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ 1665°С), ВЕСЬМА ПРОЧЕН И ПЛАСТИЧЕН.

4

ПРЕИМУЩЕСТВА ТИТАНА распространенность в земной коре : (0,60%) четвертое место после алюминия (8,8 %), железа (5,1%) и магния (2,1%); распространенность в земной коре : (0,60%) четвертое место после алюминия (8,8 %), железа (5,1%) и магния (2,1%); небольшая плотность при высокой удельной прочности; небольшая плотность при высокой удельной прочности; необычайно высокая коррозионная стойкостью; необычайно высокая коррозионная стойкостью; значительная прочность при повышенных температурах; значительная прочность при повышенных температурах; рабочие температуры: от –196 до 500 о С, до 650 о С кратковременно. рабочие температуры: от –196 до 500 о С, до 650 о С кратковременно. Среди конструкционных металлов титан по распространенности занимает четвертое место, уступая лишь алюминию, железу и магнию Среди конструкционных металлов титан по распространенности занимает четвертое место, уступая лишь алюминию, железу и магнию

5

НЕДОСТАТКИ ТИДАНА большая склонность к водородной хрупкости и солевой коррозии; большая склонность к водородной хрупкости и солевой коррозии; высокая химическая активность, в частности, активное взаимодействие с газами при повышенных температурах и в жидком состоянии; высокая химическая активность, в частности, активное взаимодействие с газами при повышенных температурах и в жидком состоянии; невысокие антифрикционные свойства (налипание); невысокие антифрикционные свойства (налипание); плохая обрабатываемость резанием, сравнимую с нержавеющей сталью аустенитного класса; плохая обрабатываемость резанием, сравнимую с нержавеющей сталью аустенитного класса; трудности вовлечения отходов в производство. трудности вовлечения отходов в производство. Широкое применение титана сдерживается в основ­ном высокой его стоимостью (губка – 4.500$/т, слиток – $/т). Широкое применение титана сдерживается в основ­ном высокой его стоимостью (губка – 4.500$/т, слиток – $/т).

6

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Маркаσ в, МПаδ, %а н к Дж/м 2 Маркаσ в, МПаδ, %а н к Дж/м 2 Литейные Деформируемые ВТ1Л343104ВТ ВТ5Л68463ВТЗ-1ИЗО ВТЗ- 1Л93542,5ВТ

7

ПРИМЕНЕНИЕ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ Судостроение: гребные винты; обшивка морских судов, подводных лодок, торпед… Химическая, нефтехимическая, пищевая, электроника, ядерная техника. Медицина: инструмент, имплантанты. украшения. Вооружения: броневые плиты, некоторые элементы боеприпасов.

Будущее титана

Титан — это металл, который уже сегодня находит широкое применение в множестве промышленных отраслей. Однако будущее этого уникального материала обещает быть еще более интересным и перспективным.

В медицине титан уже используется для создания медицинских имплантатов, таких как искусственные суставы и зубные протезы. Однако идут исследования новых методов применения титановых имплантатов, например, для регенерации костей и тканей, что может значительно повысить эффективность лечения различных заболеваний и травм.

В авиастроении и космической отрасли титан открывает новые горизонты. Так, титановые сплавы используются в производстве компонентов для легких и прочных авиационных и ракетных конструкций. Благодаря своей прочности при небольшой массе, титан позволяет увеличить грузоподъемность и энергетические характеристики летательных аппаратов.

В энергетике титан может стать перспективным материалом для создания эффективных солнечных батарей. Благодаря своим уникальным свойствам, титан способен удерживать энергию солнечного излучения и превращать ее в электричество с высокой эффективностью. Это может привести к увеличению использования возобновляемых источников энергии и снижению нагрузки на окружающую среду.

В автомобильной промышленности титан уже сегодня нашел применение в производстве различных деталей и компонентов автомобилей, таких как кузовы и диски. Однако будущее титана в автомобильной отрасли может быть еще более перспективным. Возможно, титановые сплавы станут основным материалом для создания электромобилей, благодаря своей низкой массе и высокой прочности, что позволит увеличить дальность хода и улучшить энергетическую эффективность.

Таким образом, будущее титана обещает быть полным новых возможностей и открытий. Исследователи и инженеры постоянно работают над разработкой новых технологий и применений этого уникального материала, что может полностью изменить промышленность и сделать мир более современным и экологичным.

Применение титана

Титан может образовывать сплавы с алюминием, молибденом, марганцем, железом, ванадием и другими металлами. Такие сплавы имеют большую коммерческую привлекательность, около 60% продукции используется для производства производство деталей самолетов, ракет и ракет. По оценкам, в Boeing 747 содержится около 43 тонн титановых сплавов, а в Airbus A330 — около 17 тонн.

Модель Airbus A330. В его составе присутствуют титановые сплавы.

Тем не менее, как титан, так и его сплавы используются в других отраслях промышленности из-за его хорошая устойчивость к коррозия и химическому нападению. В военно-морской промышленности он используется в оборудовании для опреснения подводных лодок и морской воды. Кроме того, титановые сплавы используются в более простых целях, таких как ювелирные изделия, часы, ноутбуки, велосипеды, очки и т. Д.

Нет никаких доказательств того, что титан токсичен для человека, который считается биосовместимым элементом. Вот почему он и его лиги также используются в изготовление различных протезов.

Титановые концентраты из руд используются практически только для производства титановых пигментов (белого титана) на основе TiO.₂. Эти пигменты используются в производстве лаков из-за их высокого показателя преломления и непрозрачности, которые он может легко скрыть недостатки поверхностей, на которые он нанесен, кроме того, что он нетоксичен и химически инертный.

Титановые пигменты также используются при производстве бумаги (фотографической и полиграфической), пластика, шинной резины, эмалей для фарфора и стекловолокна.

Химические свойства

Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен. Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки — 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.

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 плёнка 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 Ti загорается ярким белым пламенем с образованием оксидных фаз переменного состава TiO_x. 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_x (x = 0.58—1.00). Титан — единственный элемент, который горит в атмосфере азота.

При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiC_x (x = 0.49—1.00).

При нагревании Ti поглощает H₂ с образованием соединения переменного состава TiH_x (x = 2.00—2.98). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H₂.

Титан образует сплавы и интерметаллические соединения со многими металлами.

Продолжаю серию кратких публикаций на тему «титан», где я буду рассказывать об истории, областях его применения, о том, как изготавливаются изделия из титана, и много чём ещё интересном.

Итак, ещё немного истории.

Как открывали титан?

Тита́н (лат. Titanium; обозначается символом Ti) — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 22. Простое вещество титан (CAS-номер: 7440-32-6) — лёгкий металл серебристо-белого цвета.

А вот первый образец металлического титана как элемента получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус. Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы Антон Эдуард ван Аркель и Ян де-Бур в 1925 году термическим разложением паров иодида титана TiI4. До сих пор чистый титан, или йодидный титан, производится в очень ограниченном количестве, область его применения очень мала, а сам такой титан стоит очень дорого. В ювелирной промышленности в связи с этим практически не применяется, за редчайшим исключением. Одно такое изделие мы делали, оно было очень простым и стало очень дорогим.

• Аминокапроновая кислота механизм действия кратко

    

• Черных иван сергеевич краткий рассказ по истории пятый класс кратко

    

• Подрезка в настольном теннисе кратко

    

• Политический плакат это кратко

    

• Свойства и применение тефлона кратко

Химические свойства

Высокая коррозийная стойкость объясняется тем, что в нормальных условиях на поверхности металла присутствует оксидная плёнка. Однако в виде порошка, тонкой стружки или проволоки он способен самовоспламеняться и взрываться. Титан устойчив к водным растворам хлора и многим разбавленным щелочам и кислотам, кроме плавиковой, ортофосфорной и серной. Сварку и плавку производят в вакууме, потому что при даже незначительном нагреве проявляется одно из главных свойств титана — активное поглощение газов окружающей атмосферы.

Реакция с водородом, которая начинается при 60 °C, обратима, полученные гидриды при нагревании снова разлагаются. На воздухе при температуре 1200 °C титан пылает ярким белым пламенем, и только он способен гореть в атмосфере азота при температуре выше 400 °C с образованием нитридов. Для взаимодействия с галогенами необходимыми условиями являются отсутствие влаги и наличие катализатора — высокой температуры. При реакции с углеродом получается сверхтвёрдый карбид

С большинством металлов титан образует высокопрочные конструкционные или жаростойкие сплавы и интерметаллические соединения, часто применяется в качестве важного легирующего компонента

От авиации до архитектуры

Благодаря свойствам титана его называют металлом будущего. Первоначально легкий и прочный металл использовался в оборонной промышленности, но со временем сфера его применения расширилась.

Основным потребителем титановой продукции сегодня остается авиастроительная отрасль, ведь по своим физико-механическим свойствам титановые сплавы являются универсальным конструкционным материалом. До конца 1960-х годов из титана делали в основном турбины авиадвигателей, а начиная с 1970-х годов титан стали применять в изготовлении и других деталей самолетов: обшивки, люков, пола, шасси, силовых элементов. Только замена стальных заклепок на титановые может сделать самолет легче на несколько тонн.  

Крупногабаритная штамповка для авиации. Фото: ВСМПО-АВИСМА

Благодаря титану человек смог преодолеть звуковой барьер в авиации и выйти в космос. Сверхнизкие и сверхвысокие температуры, радиация и другие экстремальные условия космических полетов подвластны титановым сплавам. Материалы на основе титана использовались в пилотируемых ракетных комплексах «Восток» и «Союз», беспилотных «Луна», «Марс», «Венера», «Энергия» и в орбитальном корабле «Буран».

В судостроении титан незаменим для обшивки судов, производства деталей насосов и трубопроводов. Благодаря высокой коррозионной стойкости титана суда не ржавеют десятилетиями. А слабые магнитные свойства титана и его сплавов используют при изготовлении навигационных приборов. Кроме того, титан практически идеален для создания глубоководных аппаратов.

Из сплавов на основе титана изготавливается оборудование для энергетической промышленности: трубы для теплообменной аппаратуры различного назначения, конденсаторы турбин и др. Титан применяется при разработке оборудования для освоения нефтегазовых месторождений на морских шельфах, где важна высокая прочность и устойчивость к соленой воде и агрессивным средам: глубоководных бурильных и добывающих установок, насосов, трубопроводов и многого другого.

В медицине титан высоко ценится за то, что имплантаты из этого металла хорошо приживаются в организме, не вызывают аллергии, а также допускают проведение процедур с применением магнитов. Легкий и прочный титан нашел свое применение и в спорте: из него изготавливаются велосипеды, клюшки для гольфа, альпинистское и туристическое снаряжение.

Титан обеспечивает длительный срок службы даже зданиям: из него делают кровлю, облицовку и другие элементы архитектуры. Кроме того, он подчеркивает технологичность и современный характер зданий. Среди знаменитых построек − музей Гуггенхейма в Бильбао (Испания), облицованный 24 000 м2 титана, или аэропорт в Абу Даби (ОАЭ), на который пошло более 680 тонн технического титана.

В скульптуре титан применяется там, где нужно показать связь с передовыми технологиями, вершиной которых можно назвать полеты в космос. Еще в 1964 году 25 тонн титана было использовано для облицовки монумента покорителям космоса на ВДНХ. А первой в мире монументальной литой скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину, открытый на площади его имени в Москве в 1980 году. Слитки из сплава ВТ5Л с низким содержанием кислорода были подготовлены на Верхнесалдинском металлургическом производственном объединении, сегодня входящем в корпорацию ВСМПО-АВИСМА.

Характеристики и свойства

Характеристики титана напрямую зависят от количества примесей, содержащихся в его составе. Физические параметры:

1. Удельная прочность — 450 МПа.
2. Температура плавления титана — 1668 градусов.
3. Температура кипения — 3227 градусов.
4. Предел прочности у сплавов — 2000 Мпа.
5. Упругость титана — 110,25 Гпа.
6. Твердость металла — 103 НВ.
7. Предел текучести — 380 Мпа.

Структура и свойства этого металла обуславливают его низкую электропроводность. В нормальных условиях титан обладает высоким показателем устойчивости к коррозийным процессам.

Металл

Физические свойства металла

Титан представляет собой серебристо-белый металл. Он тугоплавкий, немного тяжелее алюминия. Однако при чуть большем весе прочность титана в три раза больше. Поддаётся различным способам обработки. Устойчив к воздействию влаги и кислот. Основные свойства титана были описаны выше.

Химические свойства титана

В нормальных условиях на поверхности этого металла образуется оксидная плёнка, которая защищает его от разрушительного воздействия влаги и кислот. К химическим свойствам титана можно отнести его устойчивость к воздействию щелочей, растворам хлора. Имеет степень окисления +4. С кислородом начинает взаимодействовать при температуре в 600 градусов. Титановая стружка может самовоспламеняться при нагревании.

Происхождение названия

Менакин — первое название титана, которое применялось до 1795 года. Именно так, по территориальной принадлежности, назвал новый элемент У. Грегор. Мартин Клапрот присваивает элементу в 1797 году наименование «титан». В это время его французские коллеги во главе с достаточно авторитетным химиком А. Л. Лавуазье предлагают именовать вновь открытые вещества в соответствии с их основными свойствами. Немецкий ученый не был согласен с таким подходом, он вполне обоснованно считал, что на стадии открытия достаточно сложно определить все характеристики, свойственные веществу, и отразить их в названии. Однако следует признать, что интуитивно выбранный Клапротом термин в полной мере соответствует металлу — это неоднократно подчеркивали современные ученые. Существуют две основные теории возникновения названия титан. Металл мог быть обозначен так в честь эльфийской царицы Титании (персонаж германской мифологии). Такое название символизирует одновременно легкость и прочность вещества. Большинство ученых склоняются к версии использования древнегреческой мифологии, в которой титанами называли могучих сыновей богини земли Геи. В пользу этой версии говорит и название открытого ранее элемента — урана.

Титан: применение в медицине

Титан — уникальный металл, который также нашел свое применение в медицине. Благодаря своей прочности, легкости и биосовместимости, титан стал неотъемлемым материалом для создания медицинских имплантатов.

Одним из основных применений титана в медицине является изготовление титановых протезов. Они широко используются при замене суставов, таких как коленный или тазобедренный сустав. Титановые протезы обладают высокой прочностью и долговечностью, что позволяет пациентам восстановить свою моторику и вести активный образ жизни.

Кроме того, титан применяется при изготовлении титановых пластин и шпилек, которые используются для закрепления сломанных костей. Благодаря своей легкости, титановые имплантаты не создают дополнительной нагрузки на организм пациента и способствуют более быстрому заживлению ран.

Также титановые имплантаты используются в стоматологии. Изготовленные из титана коронки и мосты не вызывают аллергических реакций и обеспечивают прочное крепление и совершенную эстетику зубного ряда.

Важным достоинством титановых имплантатов является их биосовместимость. Титан не вызывает отторжения в организме, что позволяет использовать его даже при длительном пребывании в организме пациента. Это делает титан одним из лучших материалов для изготовления медицинских имплантатов.

В общем, благодаря своим уникальным свойствам, титан нашел широкое применение в медицине, способствуя восстановлению здоровья и качества жизни многих людей.

Получение титана

Ожидается, что титан — один из самых распространенных элементов на Земле. присутствует в составе различных горных пород и минералов. И действительно: титан почти всегда находится в Магматические породы и встречается, среди прочего, в рутиле, ильмените, титаните, анастасии, перовските.

образец ильменита

Большая часть титана добывается из ильменитовой руды., черная руда, состоящая из оксидов железа и титана (FeTiO₃). Среди оксидов титана только рутил, состав TiO2.₂, является самым распространенным. Они имеют красновато-коричневые или красные кристаллы и, учитывая их красоту, продаются как полудрагоценные камни. Кварц может даже содержать рутил, что дает рутиловый кварц, который используется в качестве ювелирных изделий.

Образец рутилированного кварца

Нахождение в природе

В природе титан представлен в виде соединений с кислородом. Чистые формы не встречаются. 

Под влиянием метеорологических условий по строению приближается к корунду (соединению алюминия с кислородом). Его обнаруживают в морской глине, в алюминиевых рудах с железом и кремнием.

Титан представлен в минералах: титанит, титаномагнетит, рутил. Известны австралийские, бразильские, канадские месторождения последнего. Минерал представлен в виде букрита и анатаза. 

Широко встречаемым минералом служит титанат железа (ильменит). Крупные месторождения представлены в России, Северной Америке.