TITANO OKSIDAS (IV): STRUKTŪRA, SAVYBĖS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Titano oksidas (IV), yra kietos neorganinės kristalinė balta, kurio cheminė formulė yra TiO ₂ , todėl jis taip pat žinomas kaip titano dioksido. Jis egzistuoja trimis kristalinėmis formomis: rutilo, anatazės ir brookito. Nors gamtoje jis dažniausiai būna spalvotas dėl priemaišų, tokių kaip geležis, chromas ar vanadis, grynas TiO ₂ naudojamas kaip baltas pigmentas.

Tarp jo savybių galime pabrėžti, kad TiO ₂ tirpumas labai priklauso nuo jo cheminės ir šiluminės istorijos. Šildomas iki aukštos temperatūros (900 ° C) jis tampa chemiškai inertiškas. Svarbiausi jo šaltiniai yra ilmenitas (geležies ir titano oksidas), rutilas ir anatazė.

Titano dioksido milteliai. Originalus įkėlėjas buvo Walkerma angliškoje Vikipedijoje.

Visų pirma jis gaminamas tokios rūšies, kad būtų tinkamas naudoti kaip pigmentas, užtikrindamas puikias šviesos sklaidymo savybes tais atvejais, kai reikalingas baltas nepermatomumas ir blizgesys.

Jis taip pat gaminamas kaip itin plona medžiaga, skirta naudoti tokiose vietose, kur reikalingas skaidrumas ir maksimali ultravioletinių (UV) absorbcija. Pavyzdžiui, kaip apsaugos nuo saulės komponentas odai. Jose TiO ₂ veikia kaip filtras, blokuodamas šių spindulių absorbciją.

Dėl savo cheminio inertiškumo jis yra tinkamiausias baltasis pigmentas. Tačiau Jungtinių Valstijų maisto ir vaistų administracija (FDA) nustatė saugaus naudojimo maiste ir kosmetikoje parametrus.

Taip pat yra titano oksido dulkių poveikio apribojimas, nes įkvėpus dulkės jos gali nusėsti plaučiuose.

Struktūra

TiO ₂ turi tris kristalines modifikacijas: rutilas, anatazė ir broizatas. Šios kristalinės veislės yra randamos gamtoje.

Rutilė

Rūta kristalizuojasi Tetragoninio sistema su dviem Tio ₂ vienetai vienoje ląstelėje. Titanas koordinuojamas aštuonkampiu būdu. Kalorimetriniais tyrimais nustatyta, kad rutilas yra termiškai stabiliausia kristalinė forma.

Rutila kristalų struktūra. Pilki rutuliai: titano, rausvi rutuliai: deguonis. Kietojo kūno šaltinis: „Wikipedia Commons“

Anatase

Ši forma taip pat kristalizuojasi tetragonalinėje sistemoje, tačiau anatazė įvyksta labai iškraipytų deguonies atomų oktaedrų pavidalu kiekvieno titano atomo atžvilgiu, du iš jų yra santykinai artimesni. Kiekvienoje kristalinėje ląstelėje yra 4 vienetai TiO ₂ .

Kristalinė anatazės struktūra. „Benjah-bmm27“ Šaltinis: „Wikipedia Commons“

Brook

Ji kristalizuojasi ortorombinės sistemos, su 8 TiO ₂ vienetų kiekvienai kristalinio ląstelėje.

Savybės

Fizinė būklė

Kristalinė kieta medžiaga.

Mocso kietumas

Rutilė: 7-7,5.

Anatazė: 5,5–6.

Molekulinė masė

79,87 g / mol.

Lydymosi temperatūra

Rutile: 1830-1850 ° C.

Anatase: kaitinant ji tampa rutiliška.

Tankis

Rutilas: 4 250 g / cm ³

Anatazė: 4,133 g / cm ³

Brooke: 3,895 g / cm ³

Tirpumas

Netirpsta vandenyje ir organiniuose tirpikliuose. Lėtai tirpstanti HF ir karšto koncentruotos H ₂ SO ₄ . Netirpsta HCl ir HNO ₃ .

pH

7.5.

Lūžio rodiklis

Rutilas: 2,75, esant 550 nm.

Anatazė: 2,54, esant 550 nm.

Jis turi aukščiausią visų neorganinių pigmentų lūžio rodiklį.

Kitos savybės

Aukštesnėje nei 700ºC temperatūroje anatazė greitai virsta rutilu. TiO ₂ , kuris buvo kalcinuotas 900 ° C temperatūroje, silpnai tirpsta bazėse, vandenilio fluorido rūgštyje ir karštoje sieros rūgštyje. Jis nėra užpultas silpnų neorganinių rūgščių ar organinių rūgščių. Jis nėra lengvai redukuojamas ar oksiduojamas.

Anatazė ir rutilas yra plačiajuosčio ryšio puslaidininkiai, tačiau jų elektrinis laidumas priklauso nuo priemaišų ir kristalo trūkumų.

Nomenklatūra

-Titano dioksidas

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titanija

Programos

Baltieji pigmentai

Svarbiausias titano (IV) oksido panaudojimas yra baltasis pigmentas įvairiuose gaminiuose, įskaitant dažus, lakus, klijus, plastikus, popierių ir spausdinimo dažus. Taip yra dėl didelio lūžio rodiklio ir cheminio inertiškumo.

Šaltinis: Pexels.com

Titano dioksidas, naudojamas kaip baltasis pigmentas, turi būti labai grynas. Jos nepermatomumas ir ryškumas atsiranda dėl gebėjimo išsklaidyti šviesą. Jis yra ryškesnis už deimantą. Tik rutilas ir anatazė pasižymi geromis pigmentacijos savybėmis.

Plastikai

Plastikuose TiO ₂ sumažina trapumą ir įtrūkimus, kurie gali atsirasti dėl šviesos poveikio.

Tai yra svarbiausias pigmentas gaminant lauko plastikinius plastikinius gaminius, nes jis apsaugo medžiagą nuo UV spindulių.

Optimali kristalinė forma šiuo atveju yra rutilo. Šiuo tikslu rutilis turi būti padengtas cirkonio, silicio dioksido ar aliuminio paviršiaus danga, kad būtų sumažintas fotokatalitinis TiO ₂ poveikis skaidant PVC.

Kiti naudojimo būdai

Kiti naudojimo būdai yra stiklo emaliai, naudojami ant plieno ir ketaus, kuriems jis suteikia neskaidrumo ir atsparumo rūgštims.

Tekstilės pramonėje jis naudojamas verpalų kreiptuvuose, kad verpimo metu jie lengvai slystų. Trintis tarp sriegių ir kreiptuvų sukuria statinę elektrą. Kad jis išsisklaidytų, TiO ₂ turi būti sudegintas 1300 ºC temperatūroje, kad būtų didesnis elektrinis laidumas.

Kitos programos yra spausdinimo dažų, gumos, tekstilės, odos, sintetinių pluoštų, keramikos, baltojo cemento, grindų dangų ir stogo dangų pigmentacija. Kaip popieriaus danga, TiO ₂ daro jį baltesnį, ryškesnį ir nepermatomą.

Jis naudojamas kosmetikoje siekiant padėti padengti odos trūkumus, taip pat padaryti dantų pastą ir muilą baltu.

Tai apsaugo maistą, gėrimus, papildus ir farmacijos produktus nuo priešlaikinio skilimo, kurį sukelia šviesos poveikis, prailgindamas gaminio tarnavimo laiką.

Tai stiklo, keramikos ir elektrokeramikos gamybos komponentas. Jis naudojamas elektros grandinių elementuose. Jis taip pat naudojamas motorinės transporto priemonės deguonies jutiklyje.

Itin puikus TiO ₂ yra naudojamas kaip apsaugos nuo saulės komponentas, nes jis yra stiprus ultravioletinių (UV) spindulių, tiek UV-A, tiek UV-B, absorbentas. UV-A spinduliai sukelia raukšles ir odos senėjimą, o UV-B sukelia nudegimus ir eritemą.

TiO ₂ nanodalelės naudojamos kaip atraminė medžiaga cheminių reakcijų katalizatoriams.

Anatazė yra efektyvus fotokatalizatorius, oksiduojantis organinius junginius. Kuo mažesnės jo dalelės, tuo efektyvesnis.

Nuorodos

1. Cotton, F. Albert ir Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pažangi neorganinė chemija. Johnas Wiley ir sūnūs.
2. Kirkas-Othmeras (1994). Cheminės technologijos enciklopedija. 19 ir 24 tomai. Ketvirtasis leidimas. Johnas Wiley ir sūnūs.
3. Cheminės saugos faktai. (2019 m.). Titano dioksidas. Atkurta iš: chemicalsafetyfacts.org
4. Wypych, George'as. (2015). PVC priedai. PVC formulėse (antrasis leidimas). Atgauta iš „sciencedirect.com“
5. Denning, R. (2009). Vilnos gaminių tobulinimas naudojant nanotechnologijas. Pažanga vilnos technologijoje. Atgauta iš „sciencedirect.com“
6. Nacionalinė medicinos biblioteka. (2019 m.). Titano dioksidas. Atkurta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov