Титан

Титан (лат. Tіtanіum; Tі) — элементтердің периодтық жүйесінің IV тобындағы хим. элемент, атомдық нөмірі 22, атомдық массасы 47,88. Табиғатта массалық саны 46 – 50 болатын 5 тұрақты және жасанды жолмен алынған 5 радиоактивті изотоптары бар. Титанды алғаш ТіО2 түрінде ағылшындық әуесқой-минеролог У.Грегор ашқан (1790). 1795 ж. неміс химигі М.Г. Клапрот (1743 – 1817) Грегор тапқан “менакит” элементі металдың табиғи тотығы ТіО2 екендігін анықтады, ал таза күйіндегі титанды нидерландық зерттеушілер А. ван Аркел мен де Бур алды (1925). Бос күйінде кездеспейді, тек оксидтер түрінде болады.

22 Скандий ← Титан → Ванадий Ti ↓ Zr 22Ti
Жай заттың сыртқы бейнесі
күміс сұр-ақ металл Тазалығы жоғары титан кристалдарынан тұратын өзек
Атом қасиеті
Атауы, символ, нөмірі	Титан, 22
Топ, период, блок	4, 4, d
Атомдық масса (молярлық масса)	47.867(1) м. а. б. (г/моль)
Электрондық конфигурация	[Ar] 3d2 4s2
Қабықшалар бойынша электрондар	2, 8, 10, 2
Атом радиусы	147 пм
Химиялық қасиеттері
Ковалентті радиус	160±8 пм
Ион радиусы	(+4e)68 (+2e)94 пм
Электртерістілігі	1,54 (Полинг шкаласы)
Электродты потенциал	−1,63
Тотығу дәрежелері	2, 8, 10, 2
Иондалу энергиясы	1-ші: 658.8 кДж/моль (эВ) 2-ші: 1309.8 кДж/моль (эВ) 3-ші: 2652.5 кДж/моль (эВ)
Жай заттың термодинамикалық қасиеттері
Термодинамикалық фаза	Қатты дене
Тығыздық (қ.ж.)	4,54 г/см³
Балқу температурасы	1670 °C 1943 K
Қайнау температурасы	3560 K
Балқу жылуы	18,8 кДж/моль
Булану жылуы	422,6 кДж/моль
Молярлық жылусыйымдылық	25,1 Дж/(K·моль)
Молярлық көлем	10,6 см³/моль
Қаныққан бу қысымы P (Па) 1 10 100 1000 10 000 100 000 T (К) 1982 2171 (2403) 2692 3064 3558
Жай заттың кристаллдық торы
Тор құрылымы	алтыбұрышты тығыз оралған (α-Ti)
Тор параметрлері	a=2,951 с=4,697 (α-Ti) Å
c/a қатынас	1,587
Дебай температурасы	380 K
Басқа да қасиеттері
Жылуөткізгіштік	(300 K) 21,9 Вт/(м·К)
Юнг модульі	116 ГПа
Пуассон коэффициенті	0.32
Моос қаттылығы	6.0
Виккерс қаттылығы	830–3420 МПа
Бринеллий қаттылығы	716–2770 МПа
CAS нөмірі	7440-32-6

Титан Tі

Титан кең тараған элемент, жер қыртысындағы салмақ мөлшері 0,57%. Құрамында титаны бар 70-тен астам минералдардың ішіндегі ең маңыздылары: рутил (оның түрөзгерістері анатаз бен буркит), ильменит, титаномагнетит, перовскит, лопарит, титанит (сфен), лейкоксен.

Түсі күмістей ақ, созылғыш және берік; 882°С-тан төмен температурада кристалдық торы гексагональды тығыз жинақталған (°-Ті), одан жоғары – кубтық көлемді орталықтандырылған (°-Ті); тығызд. 4,505 г/см³ (°-Ті) және 4,32 г/см³ (°-Ті), балқу t 1668°С, қайнау t 3330°С. Титан химиялық активті ауыспалы элемент, тотығу дәрежесі +4, сирек +3, +2. 500 – 550°С-қа дейінгі температурада металл бетінде оксид қабаты пайда болатындықтан ауада, теңіз суында, ылғал хлорда, хлоридтер мен азот қышқылы ерітінділерінде, күкірт қышқылы мен сілтілердің сұйытылған ерітінділерінде коррозияға тұрақты.

Бөлме температурасында HCl, H₂SO₄, CCl₃COOH, HCOOH, қыздырғанда оттек (400 – 500°С), азот (600°С-тан жоғары), көміртек және кремниймен (1800°С-тан жоғары) әрекеттесіп, сутек және басқа да ауа газдарын өзіне сіңіреді. Фтормен 150°С-та, хлормен 300°С-та, иодпен 550°С-та әрекеттесіп, сәйкес галогенидтерін түзеді. Бор, көміртек, селен, кремниймен әрекеттесіп, металға ұқсас қосылыстар түзеді. Титан қосылыстарының балқуы қиын, өте қатты, түстері әр түрлі болып келеді. Титанды өндірісте кентас концентраттарын хлорлап, алынған TіCl₄-ті магниймен (кейде натриймен) тотықсыздандырып, титан кірмесін (губка) алады.

Оны вакуумдық доғалы пештерде балқытып, кесек металл алынады. Титан авиация, зымыран, кеме, автомобиль жасауда қолданылатын беріктігі жоғары титан құймаларын (Al, V, Mo, Mn, Cr, Sі, Fe, Sn, Zr, Nb, т.б.) дайындауға және радиоэлектроникада, тамақ, шарап, қағаз, бояу өнеркәсіптеріне қажетті аспаптар мен қондырғылар жасауда кеңінен қолданылады.

Титан табиғатта таралуы бойынша 10-шы орында. Жер қабатындағы құрамы — салмағы бойынша 0,57%, теңіз суындағы мөлшері — 0,001 мг/л[5]. Жер қыртысында титан әрдайым төрт валентті және тек оттегі қосылыстарында кездеседі. Еркін түрде кездеседі. Титанның желдену және тұндыру жағдайында Al2O3-пен геохимиялық ұқсастығы бар. Ол жел қабығының бокситтерінде және теңіз сазды шөгінділерінде шоғырланады. Титанды тасымалдау минералдардың механикалық сынықтары түрінде және коллоид түрінде жүзеге асырылады. Салмағы бойынша 30% TiO2 дейін кейбір балшық жиналады. Титан минералдары желденуге төзімді және шашылған жерлерде ірі концентрациялар құрайды. Құрамында титан бар 100 минералдар бар. Олардың ішіндегі ең маңыздысы: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит (сфен) catisio5.