Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364150
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62792)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21697)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8694)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3463)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20645)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Реферат: Титан

Название: Титан
Раздел: Рефераты по химии
Тип: реферат Добавлен 13:37:16 29 июня 2005 Похожие работы
Просмотров: 1866 Комментариев: 2 Оценило: 3 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно     Скачать

Т и т а н

Реферат по химии

Выполнил уч. 11-Г класса гимназии №115 г. Уфы

2001 г.
Из истории открытия титана

Вряд ли можно найти еще один такой металл, история открытия и изучения которого была бы так полна дра­матических событий, ошибок и заблуждений, как исто­рия титана.

Первооткрывателем титана считается 28-летний английский монах Уильям Грегор. В 1790 г., проводя минералогические изыскания в своем приходе, он обратил внимание на распростра­ненность и необычные свойства черного песка в до­лине Менакэна на юго-западе Англии и принялся его исследовать. В песке священник обнаружил крупицы черного блестящего минерала, притягивающегося обыкновен­ным магнитом. Будучи минералогом-любителем и имея свою небольшую минералогическую лабораторию, Грегор произвел с этим магнитным минералом несколько опытов: растворил его сначала в соляной, затем в сер­ной кислоте, упарил раствор и получил белый порошок, который при прокалке желтел, а при спекании с углем приобретал голубой цвет. Исследованное природное образование черного цвета Грегор принял за новый, неизвестный ранее минерал, а выделенный из него бе­лый порошок – за новый элемент. Минералу и элементу дали название по местности, где они были найдены: минерал «менакэнит» и элемент «менакин». По сегодняшним представлениям «менакэнит» был смесью ильменита (FeTiO3 ) и магнетита (FeTiO3 ´nFe3 O4 ), а белый порошок«менакин» – диоксидом титана.

В 1795 г.немецкий исследователь-химикМартин Генрих Клапрот, изучая рутил, выделил из него диоксид нового металла – бе­лый порошок, похожий на описанный ранее Грегором. И хотя до получения чистого металла было еще очень далеко – почти полтора столетия, Клапрот известил мир об открытии нового металла, которому дал назва­ние «титан». Но почему титан? Вопреки распростра­ненному в те времена правилу французских химиков во главе с Лавуазье – присваивать новым элементам и соединениям имена, отражающие их свой­ства, у Клапрота был свой принцип. По поводу присвоения новому элементу названия«титан» Клапрот в 1795 г. писал: «Для вновь откры­ваемого элемента трудно подобрать название, указы­вающее на его свойства, и я нахожу, что лучше всего подбирать такие названия, которые ничего не говорили бы о свойствах и не давали бы таким образом повода для превратных толковании. В связи с этим мне захо­телось для данной металлической субстанции подобрать, так же как и для урана, имя из мифологии: поэтому я называю новый металлический осадок титаном, в честь древних обитателей Земли» (Цит. по: Николаев Г. И. Металл века. М.: Металлургия. 1982). Это названиестало поистине пророческим. Мифические жители – ти­таны, сыновья богини Земли Геи и бога неба Урана, были огромными, сильными, стойкими, добрыми, бес­смертными существами, покорителями огня, земных просторов и недр, морей, рек и гор. И открытый ме­талл оказался одним из самых твердых, крепких, стой­ких. Но чтобы познать все замечательные свойства нового металла и использовать их для своего блага, человечеству потребовалось еще более 150 лет.

Ни один конструкционный металл не знал такой длительной истории исследований, как титан. Первые попытки выделить чистый материал заканчивались неудачно. Исследователи получали металл с высоким содержанием примесей кислорода, азота, серы, фосфора, водорода и др., в результате чего, выделенный металл был весьма хрупким и признавался бесполезным для дальнейшего использования. Чистый титан (содержание примесей менее 0,1%) впервые был получен в 1875 году русским ученым Д.К. Кирилловым, но его работа осталась незамеченной. Полученный в 1925 г. Ван Аркелем и де Буром иодидным методом чистейший титан оказался пластич­ным и технологичным металлом со многими ценными свойствами, кото­рые привлекли к нему внимание широкого круга конструкторов и инже­неров. В 1940 г. Кролль предложил магниетермический способ извлечения титана из руд, который является основным и в настоящее время. В 1947 г. были выпущены первые 45 кг технически чистого титана. Стоимость его, конечно, была басно­словно высокой – 10 долл. за 1 кг, т. е. этот новый конструкционный материал был во много раз дороже железа, алюминия, магния. (Интересно, что стоимость технически чистого титана сегодня приблизительна такая же: 11 долл. за 1 кг, а стоимость сплавов титана достигает 15 долл. за 1 кг). Тем не менее выпуск ме­таллического титана осуществлялся такими гигантски­ми темпами, каких не знало никакое другое металлур­гическое производство. Первая промышленная партия титана массой 2 т была получена в 1948 г., и этот год считается началом практического применения титана. Мировое производство титана (без СССР) за период с 1953 г. по 1996 г возросло более чем в 30 раз. Производство титана в нашей стране началось в 1950 г. и нарастало довольно быстро. В 1960-1990 гг. в СССР было создано крупнейшее в мире производство титана и его сплавов. В конце 80-х годов объем про­мышленного производства титана в СССР превышал объем его производ­ства во всех остальных странах мира вместе взятых.

Свойства титана

В периодической системе элементов Менделеева титан имеет порядковый номер 22. Атомная масса природ­ного титана, вычисленная по результатам исследований его изотопов, составляет 47,926. Итак, ядро нейтрального атома титана содержит 22 протона. Количество же нейтронов, т. е. нейтраль­ных незаряженных частиц, различно: чаще 26, но мо­жет колебаться от 24 до 28. Поэтому и число изотопов титана различно. Всего сейчас известно 13 изотопов элемента № 22. Природный титан состоит из смеси пяти стабильных изото­пов, наиболее широко представлен титан-48, его доля в природных рудах 73,99%. Есть в природе также изотопы с массовыми числами 46, 47, 49 и 50. Среди радиоактивных изотопов титана самый долгоживущий – титан-44 с периодом полураспада около 1000 лет.

Кроме естественных, титан может иметь и целый ряд искусственных изотопов, получаемых с помощью его радиоактивного облучения. Некоторые из них сильнорадиоактивные, с различными сроками полурас­пада.

Вокруг положи­тельно заряженного ядра титана на четырех орби­тах располагаются электроны: на К – два электрона, на L восемь, на М – 10, на N – два. С орбит N и М атом титана может свободно отдавать по два электрона. Таким образом, наиболее устойчи­вый ион титана – четырехвалентный. Пятый электрон с орбиты М «вырвать» невозможно, поэтому титан ни­когда не бывает больше чем четырехвалентным ионом. В то же время с орбит N и М атом титана может отдавать не четыре, а три, два или один электрон. В этих случаях он становится трех-, двух- или однова­лентным ионом.

В периодической системе элементов Менделеева ти­тан расположен в группе IVВ, в которую, кроме него, входят цирконий, гафний, курчатовий. Элементы дан­ной группы в отличие от элементов группы углерода (IVА) обладают металлическими свойствами. Хотя титан занимает самое верхнее место в своей подгруппе, он является наименее активным ме­таллическим элементом. Так, двуокись титана амфотерна, а двуокиси циркония и гафния обладают слабо выраженными основными свойствами. Титан больше, чем другие элементы подгруппы IVВ, близок к эле­ментам подгруппы IVА – кремнию, германию, олову. Четырехвалентный титан отличается от кремния и гер­мания большей склонностью к образованию комплекс­ных соединений различных типов, чем особенно сходен с оловом. Титан и другие элементы подгруппы IVВ очень близки по свойствам к элементам подгруппы IIIВ (группы скандия), хотя и отличаются от последних способностью проявлять большую валентность. Сходство титана со скандием, иттрием, а также с элементами подгруппы VВ – ванадием и ниобием выражается и в том, что в природных минералах титан часто встречается вместе с этими элементами.

Химические соеди­нения ти­тана

С одновалентными галогенами (фтором, бромом, хлором и йодом) он может образовывать ди- три- и , тетрасоединения, с серой и элементами ее группы (се­леном, теллуром) – моно- и дисульфиды, с кислоро­дом – оксиды, диоксиды и триоксиды. Титан образует также соединения с водородом (гидриды), азотом (ни­триды), углеродом (карбиды), фосфором (фосфиды), мышьяком (арсиды), а также соединения со многими металлами – интерметаллиды. Образует титан не толь­ко простые, но и многочисленные комплексные соеди­нения, известно немало его соединений с органически­ми веществами.

Как видно из перечня соединений, в которых может участвовать титан, он химически весьма активен. И в то же время титан является одним из немногих металлов с исключительно высокой коррозионной стойкостью: он практически вечен в атмосфере воздуха, в холодной и кипящей воде, весьма стоек в морской воде, в раство­рах многих солей, неорганических и органических кислотах. По своей коррозионной стойкости в морской воде он превосходит все металлы, за исключением благород­ных – золота, платины и т. п., большинство видов нержавеющей стали, никелевые, медные и другие спла­вы. В воде, во многих агрессивных средах чистый титан не подвержен коррозии. Почему же это происходит? Почему так активно, а нередко и бурно, со взрывами, реагирующий почти со всеми элементами периодиче­ской системы титан стоек к коррозии? Дело в том, что реакций титана со многими элементами происходят только при высоких температурах. При обычных тем­пературах химическая активность титана чрезвычайно мала и он практически не вступает в реакции. Связано это с тем, что на свежей поверхности чистого титана, как только она образуется, очень быстро появляется инертная, хорошо срастающаяся с металлом тончайшая (в несколько ангстрем (1А=10-10 м) пленка диоксида титана, предохраняющая его от дальнейшего окисления. Если даже эту пленку снять, то в любой среде, содержащей кислород или другие сильные окислители (например, в азотной или хромовой кислоте), эта пленка появляет­ся вновь, и металл, как говорят, ею «пассивируется»,т. е. защищает сам себя от дальнейшего разрушения.

Рассмотрим несколько подробнее поведение чистого титана в различных агрессивных средах. Противостоит титан и эрозионной коррозии, происходя­щей в результате сочетания химического и механиче­ского воздействия на металл. В этом отношении он не уступает лучшим маркам нержавеющих сталей, спла­вам на основе меди и другим конструкционным мате­риалам. Хорошо противостоит титан и усталостной кор­розии, проявляющейся часто в виде нарушений целост­ности и прочности металла (растрескивание, локальные очаги коррозии и т. п.). Поведение титана во многих агрессивных средах, в таких, как азотная, соляная, серная, «царская водка» и другие кислоты и щелочи, вызывает удивление и восхищение этим металлом.

В азотной кислоте, являющейся сильным окислите­лем, в котором быстро растворяются очень многие ме­таллы, титан исключительно стоек. При любой кон­центрации азотной кислоты (от 10 до 99%-ной), при любых температурах скорость коррозии титана не превышает 0,1–0,2 мм/год. Опасна только красная дымящая азотная кислота, пересыщен­ная (20% и более) свободными диоксидами азота: в ней чистый титан бурно, со взрывом, реагирует. Од­нако стоит добавить в такую кислоту хотя бы немного воды (1–2% и более), как реакция заканчивается и коррозия титана прекращается.

В соляной кислоте титан стоек лишь в разбавлен­ных ее растворах. Например, в 0,5%-ной соляной кис­лоте даже при нагревании до 100° С скорость коррозии титана не превышает 0,01 мм/год, в 10%-ной при ком­натной температуре скорость коррозии достигает 0,1 мм/год, а в 20%-ной при 20° С–0,58 мм/год.Принагревании скорость коррозии титана в соляной кисло­те резко повышается. Так, даже в 1,5%-ной соляной кислоте при 100° С скорость коррозии титана состав­ляет 4,4 мм/год, а в 20%-ной при нагревании до 60° С – уже 29,8 мм/год. Это объясняется тем, что соляная кислота, особенно при нагревании, растворяет пассивирующую пленку диоксида титана и начинается растворение металла. Однако скорость коррозии титана в соляной кислоте при всех условиях остается ниже, чем у нержавеющих сталей.

В серной кислоте слабой концентрации (до 0,5–1% ) титан стоек даже при температуре раствора до 50–95° С. Стоек он и в более концентрированных раство­рах (10–20%-ных) при комнатной температуре, в этих условиях скорость коррозии титана не превышает 0,005–0,01 мм/год. Но с повышением температуры раствора титан в серной кислоте даже сравнительно слабой концентрации (10–20%-ной) начинает растворяться, причем скорость коррозии достигает 9–10 мм/год. Серная кислота, так же как и соляная, разрушает за­щитную пленку диоксида титана и повышает его растворимость. Ее можно резко понизить, если в растворы этих кислот добавлять определенное коли­чество азотной, хромовой, марганцевой кислот, соеди­нений хлора или других окислителей, которые быстро пассивируют поверхность титана защитной пленкой и прекращают его дальнейшее растворение. Вот почему титан практически единственный металл, не растворяю­щийся в «царской водке»: в ней при обычных темпе­ратурах (10–20° С) коррозия титана не превышает 0,005 мм/год. Слабо корродирует титан и в кипящей «царской водке», а ведь в ней, как известно, многие металлы, и даже такие, как золото, растворяются почти мгновенно.

Очень слабо корродирует титан в большинстве орга­нических кислот (уксусной, молочной, винной), в раз­бавленных щелочах, в растворах многих хлористых со­лей, в физиологическом растворе. А вот с расплавами хлоридов при температуре выше 375° С титан взаимо­действует очень бурно.

В расплаве многих металлов чистый титан обнару­живает удивительную стойкость. В жидких горячих магнии, олове, галлии, ртути, литии, натрии, калии, в расплавленной сере титан практически не корроди­рует, и лишь при очень высоких температурах распла­вов (выше 300–400° С) скорость его коррозии в них может достигать 1 мм/год. Однако есть немало агрес­сивных растворов и расплавов, в которых титан раство­ряется очень интенсивно. Главный «враг» титана – плавиковая кислота (HF). Даже в 1%-ном ее растворе скорость коррозии титана очень высока, а в более кон­центрированных растворах титан «тает», как лед в го­рячей воде. Фтор – этот «разрушающий все» (греч.) элемент – бурно реагирует практически со всеми ме­таллами и сжигает их.

Не может противостоять титан кремнефтористоводородной и фосфорной кислотам даже слабой концент­рации, перекиси водорода, сухим хлору и брому, спир­там, в том числе спиртовой настойке йода, расплавлен­ному цинку. Однако стойкость титана можно увеличить, если добавить различные окислители – так называемые ингибиторы, например в растворы соляной и серной кислот – азотную и хромовую. Ингибиторами могут быть и ионы различных металлов в растворе: железо, медь и др.

В титан можно вводить некоторые металлы, повы­шающие его стойкость в десятки и сотни раз, напри­мер до 10% циркония, гафния, тантала, вольфрама. Введение в титан 20–30% молибдена делает, этот сплав настолько устойчивым к любым концентрациям соля­ной, серной и других кислот, что он может заменить даже золото в работе с этими кислотами. Наибольший эффект достигается благодаря добавкам в титан четы­рех металлов платиновой группы: платины, палладия, родия и рутения. Достаточно всего 0,2% этих металлов, чтобы снизить скорость коррозии титана в кипящих концентрированных соляной и серной кислотах в десят­ки раз. Следует отметить, что благородные платинои­ды влияют лишь на стойкость титана, а если добавлять их, скажем, в железо, алюминий, магний, разрушение и коррозия этих конструкционных металлов не умень­шаются.

Физические и механические свойства титана

Титан весьма тугоплавкий металл. Долгое время считалось, что он плавится при 1800° С, однако в се­редине 50-х гг. английские ученые Диардорф и Хейс установили температуру плавления для чистого эле­ментарного титана. Она составила 1668±3° С. По своей тугоплавкости титан уступает лишь таким металлам, как вольфрам, тантал, ниобий, рений, молибден, пла­тиноиды, цирконий, а среди основных конструкцион­ных металлов он стоит на первом месте:

Важнейшей особенностью титана как металла явля­ются его уникальные физико-химические свойства: низ­кая плотность, высокая прочность, твердость и др. Главное же, что эти свойства не меняются существенно при высоких температурах.

Титан–легкий металл, его плотность при 0° С составляет всего 4,517 г/см8 , а при 100° С – 4,506 г/см3 . Титан относится к группе металлов с удельной мас­сой менее 5 г/см3 . Сюда входят все щелочные металлы (натрий, кадий, литий, рубидий, цезий) с удельной массой 0,9–1,5 г/см3 , магний (1,7 г/см3 ), алюминий (2,7 г/см3 ) и др. Титан более чем в 1,5 раза тяжелее алюминия, и в этом он, конечно, ему проигрывает, но зато в 1,5 раза легче железа (7,8 г/см3 ). Однако, зани­мая по удельной плотности промежуточное положение между алюминием и железом, титан по своим механи­ческим свойствам во много раз их превосходит.

Каковы же эти свойства, которые позволяют широко использовать титан как конструкционный материал? Прежде всего прочность металла, т. е. его способность сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластические деформации). Титан обладает значительной твердостью: он в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза–железа и меди. Еще одна важная характеристика металла – предел текучести. Чем он выше тем лучше детали из этого металла сопротив­ляются эксплуатационным нагрузкам. Предел текучести у ти­тана почти в 18 раз выше, чем у алюминия. Удельная прочность сплавов титана может быть по­вышена в 1,5–2 раза. Его высокие механические свой­ства хорошо сохраняются при температурах вплоть до нескольких сот градусов.

Чистый титан пригоден для любых видов обработки в горячем и холодном состоянии: его можно ковать, как железо, вытягивать и даже делать из него проволоку, прокатывать в листы, ленты, в фольгу толщиной до 0,01 мм.

Интересно отметить, что титан долгие годы, вплоть до получения чистого металла, рассматривали как очень хрупкий материал. Связано это было с наличием в титане примесей, особенно водорода азота, кислорода, углерода и др. Если увеличение содержания кислорода и азота сразу сказывается на их механических свойствах, то влияние водорода более сложное и может проявляться не сразу, а в процессе эксплуатации изделия. Недооценка этого влияния при первых шагах применения титана привела к серьезным авариям. Многочисленные случаи неожиданных хрупких разрушений готовых титановых конструкций в авиации США даже стали причиной некоторого кризиса в производстве титана в 1945–1955 гг. Сегодня же водород специально вводят в титановые сплавы, как временный или постоянный легирующий элемент. Это позволяет сильно упростить многие технологические операции при изготовлении титановых изделий (горячую обработку давлением, резание, сварку, формовку) и улучшить их свойства. При необходимости водород удаляют отжигом в вакууме.

Титан имеет еще одно замечатель­ное свойство – исключительную стойкость в условиях кавитации, т. е. при усиленной «бомбарди­ровке» металла в жидкой среде пузырьками воздуха, которые образуются при быстром движении или вра­щении металлической детали в жидкой среде. Эти пу­зырьки воздуха, лопаясь на поверхности металла, вы­зывают очень сильные микроудары жидкости о поверх­ность движущегося тела. Они быстро разрушают мно­гие материалы, и металлы в том числе, а вот титан прекрасно противостоит кавитации. Испытания в морской воде быстровращающихся дисков из титана и других металлов показали, что при вращении в течение двух месяцев титановый диск практически не потерял в массе. Внешние края его, где скорость вращения, а следовательно, и кавитация мак­симальны, не изменились. Другие диски не выдержали испытания: у всех внешние края оказались поврежден­ными, а многие из них вовсе разрушились.

Титан обладает еще одним удивительным свойст­вом–«памятью». В сплаве с некоторыми металлами (например, с никелем, и особенно с никелкм и водородом) он «запоминает» форму изде­лия, которую из него сделали при определенной тем­пературе. Если такое изделие потом деформировать, например, свернуть в пружину, изогнуть, то оно оста­нется в таком положении на долгое время. После нагревания до той температуры, при которой это изде­лие было сделано, оно принимает первоначальную фор­му. Это свойство титана широко используется в косми­ческой технике (на корабле разворачиваются вынесен­ные в космическое пространство большие антенны, до этого компактно сложенные). Недавно это свойство ти­тана стали использовать медики для бескровных опе­раций на сосудах: в больной, суженный сосуд вводится проволочка из титанового сплава, а потом она, разогре­ваясь до температуры тела, скручивается в первона­чальную пружинку и расширяет сосуд.

Температурные, электриче­ские и магнитные свойства титана.

Титан обладает сравни­тельно низкой теплопроводностью, всего 22,07 Вт/(мК), что приблизительно в 3 раза ниже теплопроводности железа, в 7 раз–магния, в 17–20 раз–алюминия и меди. Соответственно и коэффициент линейного тер­мического расширения у титана ниже, чем у других конструкционных материалов: при 20 С он в 1,5 раза ниже чем у железа, в 2 - у меди и почти в 3 - у алюминия. Таким образом, титан – плохой проводник электричества и тепла. Проводов из него не сделаешь, а вот то, что он один из очень немногих металлов является при низких тем­пературах сверхпроводником электричества, открывает ему большие перспективы в электрической технике, передачи энергии на большие расстояния. Титан – парамагнитный металл: он не намагничи­вается, как железо, в магнитном поле, но и не вытал­кивается из него, как медь. Его магнитная восприимчи­вость очень слаба, это свойство можно использовать при строительстве, например, немагнитных кораблей, приборов, аппаратов.

В отличие от большинства металлов титан обладает зна­чительным электросопротивлением: если электропровод­ность серебра принять за 100, то электропроводность меди равна 94, алюминия – 60, железа и платины –15, а ти­тана–всего 3,8. Вряд ли нужно объяснять, что это свой­ство, как и немагнитность, представляет интерес для радиоэлектроники и электротехники.

Получение титана

Цена – вот что еще тормозит производство и потребление, титана. Собственно, высокая стоимость – не врожденный порок титана. В земной коре его много – 0,63%. Минералы, содержащие титан находятся повсеместно. Важнейшие из них титаномагнетиты FeTiO3 ´nFe3 O4 , ильменит FeTiO3 , сфен CaTiSiO5 и рутил TiO2 . (В России месторождения титановых руд находятся на Урале, а крупнейший производитель Верхне-Салдинское ПО). Среди конструк­ционных металлов титан по распространенности занимает четвертое ме­сто, уступая лишь алюминию, железу и магнию. Высокая цена титана – следствие сложности извлечения его из руд и применение вакуумного оборудования при переплавке. При промышленном получении титана руду или концентрат переводят в диоксид титана, который затем хлорируют. Однако даже при 800-1000°С хлорирование протекает медленно. С достаточной для практических целей скоростью оно происходит в присутствии углерода, связывающего кислород в основном в CO2 :

TiO2 +2Cl2 +2C=TiCl4 +2CO2

Хлорид титана (IV) восстанавливают магнием

TiCl4 +2Mg=Ti+2MgCl2

а образующуюся смесь подвергают нагреванию в вакууме. При этом магний и его хлорид испаряются и осаждаются в конденсаторе. Остаток - губчатый титан -переплавляют, получая компактный ковкий металл. Для очистки от кислорода, углерода и других вредных примесей восстановление титана проводят в герметичной аппаратуре в атмосфере аргона, а очистку и переплавку в глубоком вакууме.

Для получения титана высокой чистоты применяют иодидный метод, предложеннй еще в 1925 году. Суть этой технологии, в деталях разработана в 30-х гг. немецким химиком Вильгельмом Кроллем, и заключается в следующем. Черновой металл, загрязненный при­месями, нагретый до 100-200° С, взаимодействуя с йодом, образует четырехйодистый титан. Дальнейшее нагре­вание йодида до температуры примерно 1300–1500° С приводит к его разложению на титан и йод. Причем парообразный йод соединяется снова с черновым ме­таллом, а титан осаждается на раскаленной поверх­ности затравки из титана же. Примеси, находящиеся в черновом металле, взаимодействуют с йодом и не попадают на раскаленный чистый титан.

Ti(загрязненный)+2I2 (газ)®100-200°С®TiI4 (газ) ®1300-1500°С®Ti(чистый)+2I2 (газ)

Применение титана и его соединений.

Выше, описывая свойства, коротко уже упоминались отдельные области применения титановых сплавов. Сегодня титановые сплавы широко применяют в авиационной технике. Титано­вые сплавы в промышленном масштабе впервые были использованы в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Применение титана в конструкции реактивных двигателей позволяет уменьшить их массу на 10...25%. В частности, из титановых сплавов изготавливают диски и ло­патки компрессора, детали воздухозаборника, направляющего аппарата и крепежные изделия. Титановые сплавы незаменимы для сверхзвуковых самолетов. Рост скоростей полета летательных аппаратов привел к повышению температуры обшивки, в результате чего алюминиевые сплавы перестали удовлетворять требованиям, которые предъявляются авиационной техни­кой сверхзвуковых скоростей. Температура обшивки в этом случае достигает 246...316 °С. В этих условиях наи­более приемлемым материалом оказались титановые сплавы.

В 70-х годах существенно возросло применение титановых сплавов для планера гражданских самолетов. В среднемагистральном самолете ТУ-204 общая масса деталей из ти­тановых сплавов составляет 2570 кг.

Постепенно расширяется применение титана в вертолетах, главным образом, для деталей системы несущего винта, привода, а также системы управления. Важное место занимают титановые сплавы в ракетостроении.

Благодаря высокой коррозионной стойкости в морской воде титан и его сплавы находят применение в судостроении для изготовления греб­ных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д. На титан и его сплавы не налипают ракушки, которые резко повышают со­противление судна при его движении.

Постепенно области применения титана расширяются. Титан и его сплавы применяют в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумаж-ной и пищевой промышленности, цветной металлургии, энергомашиностроении, электронике, ядерной технике, гальванотехнике, при производ­стве вооружения, для изготовления броневых плит, хирургического инст­румента, хирургических имплантатов, опреснительных установок, дета­лей гоночных автомобилей, спортинвентаря (клюшки для гольфа, снаряжение альпинистов), дета­лей ручных часов и даже украшений. Азотирование титана приводит к образованию на его поверхности золотистой пленки, по красоте не усту­пающей настоящему золоту.

Из титана созданы памятники Ю.А. Гагарину и монумент покорителям космоса в Москве, обелиск в честь успехов освоения Вселенной в Женеве.

Совершенно необычный аспект применения титана - колокольный звон. Колокола, отлитые из этого металла, обладают необычайным, очень красивым звучанием.

Из соединений титана наиболее широко применяется двуокись. В 1908 г. в США и Норвегии началось изготовление бе­лил не из соединений свинца и цинка, как делалось преж­де, а из двуокиси титана. Такими белилами можно окрасить в несколько раз большую поверхность, чем тем же количеством свинцовых или цинковых белил. К тому же у титановых белил больше отражательная способность они не ядовиты и не темнеют под действием сероводорода! В медицинской литературе описан случай, когда человек за один раз «принял» 460 г двуокиси титана! (Интересно, с чем он ее спутал?) «Любитель» двуокиси титана не ис­пытал при этом никаких болезненных ощущений. Дву­окись титана входит в состав некоторых медицинских пре­паратов, в частности мазей против кожных болезней,

Однако не медицина, а лакокрасочная промышленность потребляет наибольшие количества TiO2 . Мировое произ­водство этого соединения намного превысило полмиллиона тонн в год. Эмали на основе двуокиси титана широко ис­пользуют в качестве защитных и декоративных покрытий по металлу и дереву в судостроении, строительстве и машиностроении. Срок службы сооружений и деталей при этом значительно повышается. Титановыми белилами ок­рашивают ткани, кожу и другие материалы.

Двуокись титана входит в состав фарфоровых масс, тугоплавких стекол, керамических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью. Как наполнитель, повы­шающий прочность и термостойкость, ее вводят в резино­вые смеси.

Среди новых материалов, которым наука приписывает большое будущее, следует отметить соединения титана с алюминием и никелем и углеродом. О свойствах никелида титана упоминалось выше. Интерметаллиды Ti3 Al, TiAl, TiAl3 предполагается использовать при рабочих температурах до 700°С. Карбиды титана обладают очень высокой твердостью и износостойкостью, сто позволяет использовать их вместо алмазных насадок в качестве режущего инструмента.

Список использованной литературы.

1. Н.Л. Глинка Общая химия: Учебное пособие для вузов.–24-е изд.–Л.: Химия,1985.–704 с.

2. Популярная библиотека химических элементов. Под ред. И.В. Петрянова-Соколова. Издание3-е, книга первая «Водород–палладий». М.: Наука, 1983.– 576 с.

3. Л.Б. Зубков Космический металл: (Все о титане).–М.: Наука, 1987.–128 с.–(Серия «Наука и технический прогресс»).

4. Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. Учебник для вузов. М.: «МИСИС», 1999.–416 с.

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Где скачать еще рефератов? Здесь: letsdoit777.blogspot.com
Евгений22:00:37 18 марта 2016
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
13:54:31 24 ноября 2015

Работы, похожие на Реферат: Титан

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(150789)
Комментарии (1840)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru