Eternal, misterius, kosmik, bahan masa depan - semua ini dan banyak julukan lainnya ditugaskan untuk titanium di berbagai sumber. Sejarah penemuan logam ini tidak sepele: pada saat yang sama, beberapa ilmuwan bekerja untuk mengisolasi elemen dalam bentuk murni. Proses pengkajian sifat fisika, kimia dan penentuan bidang penerapannya hingga saat ini belum selesai. Titanium adalah logam masa depan, tempatnya dalam kehidupan manusia belum ditentukan akhirnya, yang memberi peneliti modern ruang lingkup yang besar untuk kreativitas dan penelitian ilmiah.
Karakteristik
Unsur kimia titanium (Titanium) ditunjukkan dalam tabel periodik D. I. Mendeleev dengan simbol Ti. Itu terletak di subkelompok sekunder kelompok IV periode keempat dan memiliki nomor seri 22. Bahan sederhana titanium adalah logam putih-perak, ringan dan tahan lama. Konfigurasi elektron atom memiliki struktur sebagai berikut: +22)2)8)10)2, 1S22S22P 6 3S23P63d24S 2. Dengan demikian, titanium memiliki beberapa kemungkinan keadaan oksidasi: 2,3, 4, pada senyawa yang paling stabil adalah tetravalen.
Titanium - paduan atau logam?
Pertanyaan ini menarik minat banyak orang. Pada tahun 1910, ahli kimia Amerika Hunter memperoleh titanium murni pertama. Logam tersebut hanya mengandung 1% pengotor, tetapi pada saat yang sama, jumlahnya ternyata dapat diabaikan dan tidak memungkinkan untuk mempelajari lebih lanjut sifat-sifatnya. Plastisitas zat yang diperoleh hanya dicapai di bawah pengaruh suhu tinggi, dalam kondisi normal (suhu kamar), sampel terlalu rapuh. Faktanya, elemen ini tidak menarik minat para ilmuwan, karena prospek penggunaannya tampaknya terlalu tidak pasti. Sulitnya memperoleh dan meneliti semakin mengurangi potensi penerapannya. Hanya pada tahun 1925, ahli kimia dari Belanda I. de Boer dan A. Van Arkel menerima logam titanium, yang sifat-sifatnya menarik perhatian para insinyur dan desainer di seluruh dunia. Sejarah studi elemen ini dimulai pada tahun 1790, tepatnya saat ini, secara paralel, secara independen satu sama lain, dua ilmuwan menemukan titanium sebagai elemen kimia. Masing-masing dari mereka menerima senyawa (oksida) dari suatu zat, gagal mengisolasi logam dalam bentuk murninya. Penemu titanium adalah biksu mineralog Inggris William Gregor. Di wilayah parokinya, yang terletak di bagian barat daya Inggris, ilmuwan muda itu mulai mempelajari pasir hitam Lembah Menaken. Hasil percobaan dengan magnet adalah pelepasan butiran mengkilap, yang merupakan senyawa titanium. Pada saat yang sama di Jerman, ahli kimia Martin Heinrich Klaproth mengisolasi zat baru dari mineralrutil. Pada 1797, ia juga membuktikan bahwa elemen yang dibuka secara paralel adalah serupa. Titanium dioksida telah menjadi misteri bagi banyak ahli kimia selama lebih dari satu abad, dan bahkan Berzelius tidak dapat memperoleh logam murni. Teknologi terbaru abad ke-20 secara signifikan mempercepat proses mempelajari elemen yang disebutkan dan menentukan arah awal penggunaannya. Pada saat yang sama, ruang lingkup aplikasi terus berkembang. Hanya kerumitan proses memperoleh zat seperti titanium murni yang dapat membatasi ruang lingkupnya. Harga paduan dan logam cukup tinggi, sehingga saat ini tidak dapat menggantikan besi dan aluminium tradisional.
Asal usul nama
Menakin - nama pertama untuk titanium, yang digunakan sampai tahun 1795. Begitulah, dengan afiliasi teritorial, W. Gregor menyebut elemen baru. Martin Klaproth memberi unsur tersebut nama "titanium" pada tahun 1797. Pada saat ini, rekan Prancisnya, yang dipimpin oleh ahli kimia yang cukup bereputasi A. L. Lavoisier, mengusulkan untuk memberi nama zat yang baru ditemukan sesuai dengan sifat dasarnya. Ilmuwan Jerman tidak setuju dengan pendekatan ini, ia cukup percaya bahwa pada tahap penemuan agak sulit untuk menentukan semua karakteristik yang melekat pada suatu zat dan mencerminkan mereka dalam nama. Namun, harus diakui bahwa istilah yang dipilih secara intuitif oleh Klaproth sepenuhnya sesuai dengan logam - ini telah berulang kali ditekankan oleh para ilmuwan modern. Ada dua teori utama tentang asal usul nama titanium. Logam itu bisa disebut demikian untuk menghormati ratu elf Titania(karakter mitologi Jerman). Nama ini melambangkan ringan dan kuatnya zat. Sebagian besar ilmuwan cenderung menggunakan versi penggunaan mitologi Yunani kuno, di mana putra dewi bumi Gaia yang kuat disebut titans. Nama elemen yang ditemukan sebelumnya, uranium, juga mendukung versi ini.
Berada di alam
Dari logam yang secara teknis berharga bagi manusia, titanium adalah yang paling melimpah keempat di kerak bumi. Hanya besi, magnesium, dan aluminium yang dicirikan oleh persentase besar di alam. Kandungan titanium tertinggi tercatat di kulit basal, sedikit lebih sedikit di lapisan granit. Dalam air laut, kandungan zat ini rendah - sekitar 0,001 mg / l. Unsur kimia titanium cukup aktif, sehingga tidak dapat ditemukan dalam bentuk murni. Paling sering, ia hadir dalam senyawa dengan oksigen, sementara ia memiliki valensi empat. Jumlah mineral yang mengandung titanium bervariasi dari 63 hingga 75 (dalam berbagai sumber), sementara pada tahap penelitian saat ini, para ilmuwan terus menemukan bentuk baru dari senyawanya. Untuk penggunaan praktis, mineral berikut ini sangat penting:
- Ilmenit (FeTiO3).
- Rutile (TiO2).
- Titanit (CaTiSiO5).
- Perovskit (CaTiO3).
- Titanomagnetite (FeTiO3+Fe3O4) dll.
Semua bijih yang mengandung titanium dibagi menjadialuvial dan basa. Unsur ini merupakan migran yang lemah, hanya dapat bergerak dalam bentuk pecahan batuan atau batuan dasar berlumpur yang bergerak. Di biosfer, jumlah titanium terbesar ditemukan di alga. Dalam perwakilan fauna terestrial, elemen terakumulasi di jaringan bertanduk, rambut. Tubuh manusia ditandai dengan adanya titanium di limpa, kelenjar adrenal, plasenta, kelenjar tiroid.
Sifat fisik
Titanium adalah logam non-ferrous dengan warna putih keperakan yang terlihat seperti baja. Pada suhu 0 0C, kerapatannya 4,517 g/cm3. Zat ini memiliki berat jenis yang rendah, yang khas untuk logam alkali (kadmium, natrium, litium, sesium). Dalam hal kepadatan, titanium menempati posisi menengah antara besi dan aluminium, sementara kinerjanya lebih tinggi dari kedua elemen. Sifat utama logam yang diperhitungkan saat menentukan ruang lingkup aplikasinya adalah kekuatan luluh dan kekerasan. Titanium 12 kali lebih kuat dari aluminium, 4 kali lebih kuat dari besi dan tembaga, sementara jauh lebih ringan. Plastisitas zat murni dan kekuatan luluhnya memungkinkan pemrosesan pada suhu rendah dan tinggi, seperti dalam kasus logam lain, yaitu dengan memukau, menempa, mengelas, menggulung. Karakteristik khas titanium adalah konduktivitas termal dan listriknya yang rendah, sementara sifat ini dipertahankan pada suhu tinggi, hingga 500 0С. Dalam medan magnet, titanium adalah elemen paramagnetik, tidakditarik seperti besi, dan tidak didorong keluar seperti tembaga. Kinerja anti-korosi yang sangat tinggi di lingkungan yang agresif dan di bawah tekanan mekanis adalah unik. Lebih dari 10 tahun berada di air laut tidak mengubah penampilan dan komposisi pelat titanium. Besi dalam hal ini akan hancur total oleh korosi.
Sifat termodinamika titanium
- Kepadatan (dalam kondisi normal) adalah 4,54g/cm3.
- Nomor atom adalah 22.
- Grup logam - tahan api, ringan.
- Massa atom titanium adalah 47.0.
- Titik didih (0С) – 3260.
- Volume molar cm3/mol – 10, 6.
- Titik lebur titanium (0С) – 1668.
- Panas penguapan spesifik (kJ/mol) – 422, 6.
- Hambatan listrik (pada 20 0С) Ohmcm10-6 – 45.
Sifat kimia
Peningkatan ketahanan korosi elemen ini disebabkan oleh pembentukan lapisan oksida kecil di permukaan. Ini mencegah (dalam kondisi normal) reaksi kimia dengan gas (oksigen, hidrogen) di atmosfer sekitar elemen seperti logam titanium. Sifatnya berubah di bawah pengaruh suhu. Ketika naik ke 600 0С, terjadi reaksi interaksi dengan oksigen, menghasilkan pembentukan titanium oksida (TiO2). Dalam kasus penyerapan gas atmosfer, senyawa rapuh terbentuk yang tidak memiliki aplikasi praktis, itulah sebabnya pengelasan dan peleburan titanium dilakukan dalam kondisi vakum. reaksi reversibeladalah proses pelarutan hidrogen dalam logam, terjadi lebih aktif dengan peningkatan suhu (dari 400 0С dan lebih tinggi). Titanium, terutama partikel kecilnya (pelat tipis atau kawat), terbakar dalam atmosfer nitrogen. Reaksi kimia interaksi hanya mungkin terjadi pada suhu 700 0С, menghasilkan pembentukan TiN nitrida. Membentuk paduan yang sangat keras dengan banyak logam, seringkali sebagai elemen paduan. Bereaksi dengan halogen (kromium, brom, yodium) hanya dengan adanya katalis (suhu tinggi) dan dapat berinteraksi dengan zat kering. Dalam hal ini, paduan tahan api yang sangat keras terbentuk. Dengan larutan sebagian besar alkali dan asam, titanium tidak aktif secara kimia, kecuali sulfat pekat (dengan perebusan lama), hidrofluorik, organik panas (format, oksalat).
Deposit
Bijih Ilmenit adalah yang paling umum di alam - cadangannya diperkirakan mencapai 800 juta ton. Deposito deposit rutil jauh lebih sederhana, tetapi volume total - sambil mempertahankan pertumbuhan produksi - harus menyediakan manusia untuk 120 tahun ke depan dengan logam seperti titanium. Harga produk jadi akan tergantung pada permintaan dan peningkatan tingkat kemampuan manufaktur, tetapi rata-rata bervariasi dalam kisaran 1200 hingga 1800 rubel/kg. Dalam kondisi peningkatan teknis yang konstan, biaya semua proses produksi berkurang secara signifikan dengan modernisasi tepat waktu. Cina dan Rusia memiliki cadangan bijih titanium, serta mineral terbesarJepang, Afrika Selatan, Australia, Kazakhstan, India, Korea Selatan, Ukraina, Ceylon memiliki basis bahan baku. Deposito berbeda dalam volume produksi dan persentase titanium dalam bijih, survei geologi sedang berlangsung, yang memungkinkan untuk mengasumsikan penurunan nilai pasar logam dan penggunaannya yang lebih luas. Rusia sejauh ini merupakan produsen titanium terbesar.
Terima
Untuk produksi titanium, titanium dioksida paling sering digunakan, mengandung sedikit kotoran. Ini diperoleh dengan pengayaan konsentrat ilmenit atau bijih rutil. Dalam tungku busur listrik, perlakuan panas bijih terjadi, yang disertai dengan pemisahan besi dan pembentukan terak yang mengandung titanium oksida. Metode sulfat atau klorida digunakan untuk memproses fraksi bebas besi. Titanium oksida adalah bubuk abu-abu (lihat foto). Logam titanium diperoleh melalui pemrosesan bertahap.
Tahap pertama adalah proses sintering slag dengan kokas dan paparan uap klorin. TiCl4 yang dihasilkan direduksi dengan magnesium atau natrium bila terkena suhu 850 0C. Spons titanium (massa leburan berpori), diperoleh sebagai hasil dari reaksi kimia, dimurnikan atau dilebur menjadi batangan. Bergantung pada arah penggunaan selanjutnya, paduan atau logam murni terbentuk (kotoran dihilangkan dengan memanaskan hingga 1000 0С). Untuk produksi zat dengan kandungan pengotor 0,01%, metode iodida digunakan. Itu berdasarkan prosespenguapan dari spons titanium yang telah diolah dengan halogen, uapnya.
Area aplikasi
Titik leleh titanium cukup tinggi, yang, mengingat ringannya logam, merupakan keuntungan tak ternilai dari penggunaannya sebagai bahan struktural. Oleh karena itu, ia menemukan aplikasi terbesar dalam pembuatan kapal, industri penerbangan, pembuatan roket, dan industri kimia. Titanium cukup sering digunakan sebagai aditif paduan dalam berbagai paduan, yang memiliki karakteristik peningkatan kekerasan dan ketahanan panas. Sifat anti-korosi yang tinggi dan kemampuan untuk menahan lingkungan yang paling agresif membuat logam ini sangat diperlukan untuk industri kimia. Titanium (paduannya) digunakan untuk membuat saluran pipa, tangki, katup, filter yang digunakan dalam distilasi dan pengangkutan asam dan zat aktif kimia lainnya. Ini diminati saat membuat perangkat yang beroperasi dalam kondisi indikator suhu tinggi. Senyawa titanium digunakan untuk membuat alat pemotong yang tahan lama, cat, plastik dan kertas, instrumen bedah, implan, perhiasan, bahan finishing, dan digunakan dalam industri makanan. Semua arah sulit untuk dijelaskan. Pengobatan modern, karena keamanan biologis yang lengkap, sering menggunakan logam titanium. Harga adalah satu-satunya faktor yang sejauh ini mempengaruhi luasnya penerapan elemen ini. Adalah adil untuk mengatakan bahwa titanium adalah bahan masa depan, dengan mempelajari mana yang akan dilewati umat manusiake tahap perkembangan baru.
