Химический элемент титан презентация

Как открыли?
Титан открыл Христиан Гюйгенс
В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном.
Открытие TiO2 сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка, выделил новую «землю» неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — окислы одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз. Французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные окислы титана.

Нахождение в природе
Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57 % по массе, в морской воде 0,001 мг/л. В ультраосновных породах 300 г/т, в основных — 9 кг/т, в кислых 2,3 кг/т, в глинах и сланцах 4,5 кг/т. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al2O3. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит CaTiOSiO4. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

география место рождениф
Месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Китая, Японии, Австралии, Индии, Цейлоне, Бразилии, Южной Кореи, Казахстана.
Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений, достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений находится в 25 км от города Ухта. Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн руды со средним содержанием диоксида титана около 10 %.

Как обрабатывается
Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу, а невосстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.

Титановое литье выполняют в вакуумных печах в графитовые формы. Также используется вакуумное литье по выплавляемым моделям. Из-за технологических трудностей, в художественном литье используется ограниченно. Первой в мировой практике монументальной литой скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве.
Титан является легирующей добавкой в некоторых марках стали.
Нитинол — сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике.
Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.
Титановое литье выполняют в вакуумных печах в графитовые формы. Также используется вакуумное литье по выплавляемым моделям. Из-за технологических трудностей, в художественном литье используется ограниченно. Первой в мировой практике монументальной литой скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве.
Титан является легирующей добавкой в некоторых марках стали.
Нитинол — сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике.
Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.

В виде соединений
Белый диоксид титана используется в красках, а также при производстве бумаги и пластика. Пищевая добавка E171.
Титанорганические соединения применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки или покрытий.
Диборид титана — важный компонент сверхтвёрдых материалов для обработки металлов.
Нитрид титана применяется для покрытия инструментов.
Титанат бария BaTiO3, титанат свинца PbTiO3 и ряд других титанатов —- сегнетоэлектрики.
Анализ рынков потребления
В 2005 компания Titanium Corporation опубликовала следующую оценку потребления титана в мире:
60 % — краска;
20 % — пластик;
13 % — бумага;
7 % — машиностроение.
Цены
15-25 $ за килограмм, в зависимости от чистоты.
Чистота и марка чернового титана обычно определяется по степени её пластичности.
Цена ферротитана на 22.12.2010 $6,82 за килограмм. На 01.01.2010 цена была на уровне $5,00 за килограмм.

История применения металла

Где/как используется как применяется
https://www.youtube.com/watch?v=-wVfhEdWaDk
1.Высокопрочные и конструкционные – прочные титановые сплавы, которые обладают также достаточно высокой пластичностью. За счет этого они могут применяться при изготовлении деталей, на которые оказывается переменная нагрузка.
2.Жаропрочные с низкой плотностью применяются как более дешевая альтернатива жаропрочным никелевым сплавам с учетом определенного температурного интервала. Прочность подобного титанового сплава может варьироваться в достаточно большом диапазоне, что зависит от конкретного химического состава.
3.Титановые сплавы на основе химического соединения представляют жаропрочную структуру с низкой плотностью. За счет существенного снижения плотности вес также снижается, а жаропрочность позволяет использовать материал при изготовлении летательных аппаратов. Кроме этого с подобной маркой связывают также высокую пластичность.

Физические свойства
Титан — легкий серебристо-белый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмноцентрированной упаковкой, температура перехода α↔β 883 °C, ΔH перехода 3,8 кДж/моль. Точка плавления 1660±20 °C, точка кипения 3260 °C, плотность α-Ti и β-Ti соответственно равна 4,505 и 4,32 г/см³
Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.
При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей плёнкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред.
Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.

химические свойства
Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен.
Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей.
Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона.
При нагревании на воздухе до 1200 °C Ti загорается с образованием оксидных фаз переменного состава TiOx. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO2·xH2O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO2. Гидроксид TiO2·xH2O и диоксид TiO2 амфотерны.
TiO2 взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na2CO3 или поташом K2CO3 оксид TiO2 образует титанат: TiO2+K2CO3=K2TiO3+CO2.
При нагревании Ti взаимодействует с галогенами. Тетрахлорид титана TiCl4 при обычных условиях — бесцветная жидкость, сильно дымящая на воздухе, что объясняется сильным 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 с сильно восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br2 и I2.
С азотом N2 выше 400 °C титан образует нитрид TiNx. При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiCx.
При нагревании Ti поглощает H2 с образованием соединения переменного состава TiHх. При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H2. Титан образует сплавы со многими металлами.
Титан — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22. Простое вещество титан — лёгкий металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура полиморфного превращения α↔β 883 °C. Температура плавления 1660±20 °C.

Внешний вид простого вещества
Металл серебристого оттенка
Свойства атома Имя, символ, номер
Титан / Titanium, 22
Атомная масса
47,88 а. е. м.
Электронная конфигурация
3d 4s
Радиус атома
147 пм
Химические свойства Ковалентный радиус
132 пм
Радиус иона
6894 пм
Электроотрицательность
1,54
Электродный потенциал
−1,63
Степени окисления
2, 3, 4
Энергия ионизации
657,8 кДж/моль
Термодинамические свойства простого вещества Плотность
4,54 г/см³
Температура плавления
1933±20 K
Температура кипения
3560 K
Теплота плавления
18,8 кДж/моль
Теплота испарения
422,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость
25,1 Дж/
Молярный объём
10,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки
гексагональная
плотноупакованная
Параметры решётки
a=2,951 с=4,697 Å
Отношение c/a
1,587
Температура Дебая
380 K
Прочие характеристики Теплопроводность
21,9 Вт/

*применения*
военной промышленности, промышленных процессах, автомобильной промышленности, сельскохозяйственной промышленности, пищевой промышленности, украшениях для пирсинга, медицинской промышленности, стоматологических и эндодонтических инструментах, зубных имплантатах, спортивных товарах, ювелирных изделиях, мобильных телефонах, лёгких сплавах и т. д. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.

Применения в военных целях
Самоолёты. Авиация. Малый удельный вес и высокая прочность (особенно при повышенных температурах) титана и его сплавов делают их весьма ценными авиационными материалами. В области самолетостроения и производства авиационных двигателей титан все больше вытесняет алюминий и нержавеющую сталь. С повышением температуры алюминий быстро утрачивает свою прочность. С другой стороны, титан обладает явным преимуществом в отношении прочности при температуре до 430° С, а повышенные температуры такого порядка возникают при больших скоростях благодаря аэродинамическому нагреванию.
Военно-морской флот. Коррозионная стойкость титана и его сплавов делает их весьма ценным материалом на море. Военно-морское министерство США обстоятельно исследует коррозионную стойкость титана против воздействия дымовых газов, пара, масла и морской воды. Почти такое же значение в военно-морском деле имеет и высокое значение удельной прочности титана. Малый удельный вес металла в сочетании с коррозионной стойкостью повышает маневренность и дальность действия кораблей, а также снижает расходы по уходу за материальной частью и ее ремонту.
Артиллерия. По-видимому, наиболее крупным потенциальным потребителем титана может явиться артиллерия, где в настоящее время ведутся интенсивные исследования различных опытных образцов. Тем не менее в этой области стандартизовано производство лишь отдельных деталей и частей из титана. Весьма ограниченное использование титана в артиллерии при большом размахе исследований объясняется его высокой стоимостью

Бытовое использования
Титановым покрытием покрывают сверла по металлу
Кухонная атрибутика
Ножи, ножницы, подводние ножи и инструменты
Титановая краска заминает золотую
Часы
Фильтры для воды

Использование в медицине
Из титана делают имплантанты(тмпланты) и протэзы

Обобщение и вывод

ссылки
http://4108.ru/u/titan_element_-_istoriya
https://www.youtube.com/watch?v=-wVfhEdWaDk
https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/titanovye-splavy.html
https://studfiles.net/preview/2899445/