دانلود مقاله رایگان تیتانیوم

تیتانیوم عنصر ۲۲ با معادل انگلیسی Titanium نماد: Ti

مقدمه :

تیتانیم یک عنصر لیتوفیل می باشد که به آسانی با 8 الکترون در خارجی ترین پوسته اتمی خود تشکیل یون می دهد و گرمای تشکیل اکسید (TiO2)Ti بیشتر از گرمای تشکیل FeO می باشد.
توزیع 22 الکترون تیتانیم بدین صورت است :2 1s2,2s2 2p6, 3s2 3p6 3d2, 4s.
تیتانیم به تنهایی در طبیعت یافت نشده و معمولاً به صورت ترکیب با آهن و اکسیژن و به شکل کانی های مختلف وجود دارد.این عنصر زمانی که خالص است به آسانی فلزی با چگالی کم(به 40% چگال فولاد)می سازد و شکل پذیر(قابل انعطاف)،دارای جلا و به رنگ سفید فلزی است. نقطه ذوب نسبتاً بالای این عنصر،آن را به عنوان یک فلز دیر گداز نشان می دهد. تیتانیوم به استحکامی و مقاومت فولاد است اما 45% سبکتر است. این فلز 60% سنگین تر از آلومینیوم است اما مقاومت آن دو برابر آلومینیوم است که این خاصیت نشان می دهد که تیتان بسیار مقاوم است. این فلز زمانی که در معرض هوا قرار می گیرد، پوشش اکسیدی غیرفعالی را می سازد اما زمانی که در یک محیط غنی از اکسیژن قرار می گیرد ، شکل پذیر است. این فلز زمانی که در هوا گرم بشود ، می سوزد و تنها عنصری است که می تواند در گاز نیتروژن خالص بسوزد.
زمانی که فلز تیتانیوم گرم می شود با اکسیژن تلفیق می شود و زمانی که به °C550 می رسد می تواند با کلرین تلفیق شود. تیتانیوم فلزی مقاوم در اسید فلوئوریک و اسید هیدروکلریک، گاز کلرین، محلول های کلرین و بیشتر اسیدهای آلی است. آزمایشات نشان می دهد که تیتانیوم طبیعی رادیواکتیو بعد از بمباران با هیدروژن سنگین که عمدتاً ئیدروژن و تابش های گامای سخت منتشر می سازد، ایجاد می شود.
فلز تیتانیوم دو شکلی است و به کندی در درجه حرارت°C 3880 از فرم آلفا با سیستم هگزاگونال به فرم بتا که در سیستم کوبیک می باشد، تبدیل می شود.
تیتانیوم در سنگ های آذرین اصولاً به صورت ایلمنیت حضور دارد. این عنصر می تواند جانشین Al شود و در ساختمان پیروکسن، هورنبلند و بیوتیت احتمالاً به صورت تسخیر شده، یافت گردد. علت حضور تیتانیوم به صورت اسیر شده، بارالکتریکی بزرگتر Ti است (Al3+,Ti4+).
تیتانیوم در موسکویت دیده نمی شود زیرا در ماگماهای شدیداً سیلیسی ، تیتانیوم به صورت کانی تیتانیت از ماگما خارج می شود. عناصری چون تیتانیوم و زیرکونیم کانیهای پراکنده ای را تشکیل می دهند یعنی به صورت مقادیر بسیار اندک در سنگها به صورت پراکنده دیده می شود. کانی های ایلمنیت و روتیل از جمله کانیهای نسبتاً مقاومی هستند که در سنگ ماسه جمع می شوند.
عنصر تیتانیوم دارای پتانسیل یونی حدواسط می باشد که به واسطه فرآیند هیدرولیز رسوب کرده و یون آن با گروههای هیدروکسیل محلولهای آبگین همجوار می شود. در واقع Ti جزء عناصر هیدرولیز اتمها می باشد. بر اساس جدایش ژئوشیمیایی عنصر Ti ، (عناصری چون Ti,Zr) تصور می شود که در بوکسیت تجمع می کنند.

جدول1 - فراوانی عنصر Ti یا گرم برتن  (PPm)

جدول2 - درصد وزنی Ti در دو جانور

جدول3 - ارتباط Ti با آب دریا

عنصر Ti در آئرولیت ها(شخانه های سنگی) از نوع کندریت ها08/0 و در کندریت میانگین 06/0 (از نظر درصد وزنی) می باشند.
اگر چه فلز تیتانیوم به علت قیمت استخراج بالا نسبتاً معمول نیست ، اما اکسید تیتانیوم ارزان است و به آسانی برای همگان در دسترس قرار می گیرد و به طور گسترده به عنوان رنگدانه سفید در رنگ، پلاستیک وسیمان برای ساختمان ها استفاده می شود. تنها در حدود 5 % تولید سالانه جهانی تیتانیوم صرف تولید فلز تیتانیوم شده و 95% باقیمانده در تولید ماده رنگ دی اکسید تیتانیوم مورد استفاده قرار می گیرد .
این ماده دارای دو شکل آلوتروپی روتیل و آناتاز است که به واسطه رنگ سفید ، درجه دیرگدازی بالا و توان زیاد در توزیع و انتشار یکنواخت در ترکیبات دیگر به عنوان عمده ترین ماده اولیه رنگ سفید در صنایع رنگ سازی ، کاغذسازی ، پلاستیک ، لاستیک و ... شناخته می شود .
پودر روتیل TiO2 از نظر شیمیایی خنثی است و در مقابل طلوع تدریجی خورشید مقاومت می کند و بسیار اپک (تیره) است.
اکسید تیتانیوم خالص یک شاخص بسیار بالا از انعکاس و یک پراکنش نوری بالاتر از الماس است. سافیر(کروندوم آبی) و یاقوت (کروندوم قرمز) مانند ستاره ای از اکسید تیتانیوم در آن ها حاضر هستند.
تیتانیوم با منشأ طبیعی دارای 5 ایزوتوپ پایدار است. Ti46 ,Ti47, Ti48, Ti49, Ti50 که Ti48 فراوانترین (%8/73)
است. 11 رادیو ایزوتوپ وجود دارد که پایدارترین آنها Ti44 با نیمه عمر 63 سال، Ti 45 با نیمه عمر8/184 دقیقه و Ti51 با نیمه عمر 76/5 دقیقه و Ti52‌با نیمه عمر 7/1 دقیقه می باشد.
رادیوایزوتوپ های باقی مانده همگی کمتر از 33 ثانیه بوده و کمترین آنها حداقل کمتر از 5/0 ثانیه است. رنج وزن اتمی ایزوتوپهای تیتانیوم از amu 99/39 در Ti40 تا amu 966/57 در Ti58 می باشد.
فلز تیتانیوم درترکیب با عناصر دیگر در طبیعت یافت نمی شود . این عنصر به صورت اولیه در کانی های آنالیز، بروکیت، ایلمنیت، لوکوکسن، پروفسکیت، روتیل و اسفن وجود دارد و در تیتانات ها ودر ذخایر آهن یافت می شود. البته در میان این کانی ها تنها ایلمنیت، لوکوکسن و روتیل به طور قابل ملاحظه ای از نظراقتصادی مهم است. از آن جایی که آن به آسانی بااکسیژن و کربن در دماهای بالا واکنش می دهد، آماده سازی فلز تیتانیوم خالص مشکل است .

طرز تهیه :

احیای تتراکلرید تیتانیم با منیزیوم یا سدیم

TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti

الکترولیز تتراکلرید تیتانیوم در حمام نمک‌های مذاب

احتیاط :

اشتعال‌پذیر است، خطر آتش‌سوزی و انفجار دارد، در ۱۲۰۰ درجه خودبه‌خود آتش می‌گیرد.