ОКСИД ТИТАНУ (IV): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Оксид титану (IV) являє собою твердий неорганічний кристалічний білий , чия хімічна формула TiO ₂ , тому він також відомий як діоксид титану. Він існує в трьох кристалічних формах: рутилу, анатазі та брокіті. Хоча в природі він зазвичай забарвлений через наявність домішок, таких як залізо, хром або ванадій, чистий TiO ₂ використовується як білий пігмент.

Серед його характеристик можна виділити, що розчинність TiO ₂ значною мірою залежить від його хімічної та теплової історії. Крім того, що при нагріванні до високих температур (900 ºC) він стає хімічно інертним. Найважливішими її джерелами є ільменіт (оксид заліза та титану), рутил та анатаза.

Порошок діоксиду титану. Оригінальним завантажувачем була Walkerma в англійській Вікіпедії.

Він виробляється в основному в сорті, придатному для використання в якості пігменту, що забезпечує його чудові властивості розсіювання світла в областях, що вимагають непрозорості та блиску білого кольору.

Він також випускається як надтонкий матеріал для застосувань, де потрібна прозорість та максимальне ультрафіолетове (УФ) поглинання. Наприклад, як компонент сонцезахисного крему для шкіри. У них TiO ₂ діє як фільтр, тим самим блокуючи поглинання цих променів.

Завдяки своїй хімічній інертності є кращим білим пігментом. Однак Управління з контролю за продуктами і ліками США або FDA встановило параметри безпечного використання в продуктах харчування та косметиці.

Існує також обмеження впливу пилу оксиду титану, оскільки при вдиханні пилу він може осідати в легенях.

Будова

TiO ₂ має три кристалічні модифікації: рутил, анатазу та брокіт. Ці кристалічні різновиди зустрічаються в природі.

Рутиль

Рутил кристалізується в тетрагональній системі з двома одиницями TiO ₂ на клітку. Титан октаедрично координується. Калориметричними дослідженнями було показано, що рутиль є найбільш термічно стійкою кристалічною формою.

Кристалічна структура рутилу. Сірі кулі: Титан, Рожеві кулі: Кисень. Твердотільне джерело: Вікіпедія

Анатаз

Ця форма також кристалізується в тетрагональній системі, але анатаза виникає у вигляді сильно спотворених октаедрів атомів кисню щодо кожного атома титану, два з яких є відносно ближчими. Він містить 4 одиниці TiO ₂ для кожної кристалічної клітини.

Кристалічна структура анатази. Бенджа-bmm27 Джерело: Вікіпедія

Брукіт

Він кристалізується в орторомбічній системі з 8 одиницями TiO ₂ для кожної кристалічної клітини.

Властивості

Фізичний стан

Кристалічне тверде речовина.

Твердість Мооса

Рутиль: 7-7,5.

Анатаза: 5,5-6.

Молекулярна маса

79,87 г / моль.

Точка плавлення

Рутил: 1830-1850 ° С.

Анатаз: при нагріванні він стає рутильним.

Щільність

Рутил: 4,250 г / см ³

Анатаза: 4,133 г / см ³

Брукіт: 3895 г / см ³

Розчинність

Нерозчинний у воді та органічних розчинниках. Повільно розчиняється у HF та гарячому концентрованому H ₂ SO ₄ . Нерозчинний у HCl та HNO ₃ .

рН

7.5.

Показник заломлення

Рівень: 2,75 при 550 нм.

Анатаза: 2,54 при 550 нм.

Він має найвищий показник заломлення всіх неорганічних пігментів.

Інші властивості

Анатаза швидко перетворюється в рутил при температурі вище 700ºC. Прожарений при 900 ° C TiO ₂ слабо розчиняється в основах, фтористоводневій і гарячій сірчаній кислотах. Його не атакують слабкі неорганічні кислоти або органічні кислоти. Він не легко знижується і не окислюється.

Анатаза та рутил - це широкосмугові напівпровідники, але їх електропровідність залежить від наявності домішок та дефектів у кристалі.

Номенклатура

-Диоксид титану

-Рутіле

-Анатаза

-Брукіта

-Тітанія

Програми

Білі пігменти

Найважливіше використання оксиду титану (IV) - як білого пігменту в широкому спектрі продуктів, включаючи фарби, лаки, клеї, пластмаси, папір та друкарські фарби. Це пояснюється високим показником заломлення та хімічною інертністю.

Джерело: Pexels.com

Діоксид титану, що використовується в якості білого пігменту, повинен мати високу чистоту. Його непрозорість і яскравість випливають із його здатності розсіяти світло. Він яскравіший за алмаз. Тільки рутил і анатаза мають хороші пігментаційні властивості.

Пластик

У пластмасах TiO ₂ мінімізує крихкість і розтріскування, які можуть виникнути в результаті впливу світла.

Це найважливіший пігмент у виробництві зовнішніх пластикових виробів з ПВХ, оскільки він забезпечує захист від ультрафіолетового матеріалу.

Оптимальна кристалічна форма в цьому випадку рутильна. У цій заявці рутил повинен мати поверхневе покриття з цирконію, кремнезему або алюмінію, щоб мінімізувати фотокаталітичний ефект TiO ₂ при деградації ПВХ.

Інші види використання

Інші сфери використання включають склоподібні емалі, що застосовуються на сталі та чавуні, яким вони надають непрозорість та стійкість до дії кислот.

У текстильній промисловості його застосовують у напрямних пряжі, щоб вони легко ковзали під час прядіння. Тертя між нитками та напрямними генерує статичну електрику. Для його розсіювання TiO ₂ повинен бути спалений при 1300 ºC, щоб мати більш високу електропровідність.

Інші програми включають пігментацію друкарських фарб, гуми, текстилю, шкіри, синтетичних волокон, кераміки, білого цементу, підлогового покриття та покрівельних матеріалів. Як паперове покриття, TiO ₂ робить його білішим, яскравішим і непрозорішим.

Він використовується в косметиці, щоб допомогти покрити недоліки шкіри, а також зробити зубну пасту і мило білим.

Він захищає їжу, напої, добавки та фармацевтичні продукти від передчасної деградації, спричиненої дією світла, продовжуючи термін експлуатації продукту.

Це компонент у виробництві скла, кераміки та електрокераміки. Застосовується в елементах електричних ланцюгів. Він також використовується в кисневому датчику вихлопної системи автомобільного транспорту.

Ультратонкий TiO ₂ використовується як компонент сонцезахисного крему, оскільки він є сильним поглиначем ультрафіолетових (УФ) променів, як УФ-А, так і УФ-В. Ультрафіолетові промені викликають зморшки та старіння шкіри, а УФ-Б викликають опіки та еритему.

Наночастинки TiO ₂ використовуються в якості допоміжного матеріалу для каталізаторів хімічної реакції.

Анатаза - ефективний фотокаталізатор, який окислює органічні сполуки. Чим менше його частинок, тим ефективніше.

Список літератури

1. Коттон, Ф. Альберт і Вілкінсон, Джеффрі. (1980). Розширена неорганічна хімія. Джон Вілі та сини.
2. Кірк-Отмер (1994). Енциклопедія хімічної технології. Том 19 і 24. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
3. Факти хімічної безпеки. (2019). Диоксид титану. Відновлено з: chemicalsafetyfacts.org
4. Випич, Джордж. (2015). ПВХ добавки. У формулі ПВХ (друге видання). Відновлено з sciencedirect.com
5. Деннінг, Р. (2009). Підвищення вовняних виробів з використанням нанотехнологій. Вдосконалення вовняних технологій. Відновлено з sciencedirect.com
6. Національна бібліотека медицини. (2019). Диоксид титану. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov