ТИТАНОВ ОКСИД (IV): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На титанов оксид (IV) е твърд неорганичен кристално бяло чиято химична формула е TiO ₂, така че е известен също като титанов диоксид. Той съществува в три кристални форми: рутил, анатаза и брокит. Въпреки че в природата той обикновено е оцветен поради наличието на примеси като желязо, хром или ванадий, чистият TiO ₂ се използва като бял пигмент.

Сред неговите характеристики можем да отбележим, че разтворимостта на TiO ₂ зависи значително от неговата химическа и термична история. Както и че при нагряване до високи температури (900 ºC) той става химически инертен. Най-важните му източници са илменит (железен и титанов оксид), рутил и анатаза.

Титанов диоксид на прах. Оригиналният качител беше Walkerma в английската Wikipedia.

Произвежда се предимно в клас, подходящ за използване като пигмент, гарантиращ отличните му свойства на разсейване на светлината в приложения, изискващи бяла непрозрачност и блясък.

Също така се произвежда като ултра тънък материал, за приложения, където се изисква прозрачност и максимална абсорбция от ултравиолетово (UV). Например като компонент от слънцезащитен крем за кожата. При тях TiO ₂ действа като филтър, като по този начин блокира абсорбцията на тези лъчи.

Поради своята химическа инертност, той е предпочитаният бял пигмент. Въпреки това, Съединените щати по храните и лекарствата, или FDA, са установили параметри за безопасното му използване в храните и козметиката.

Има и ограничение на излагането на прах от титанов оксид, тъй като когато прахът се вдишва, той може да се отлага в белите дробове.

структура

TiO ₂ има три кристални модификации: рутил, анатаза и брокит. Всички тези кристални сортове се срещат в природата.

рутил

Рутил кристализира в тетрагоналната система с две TiO ₂ единици на клетка. Титанът е октаедрично координиран. Рутилеят е показан чрез калориметрични изследвания като най-термично стабилната кристална форма.

Рутилна кристална структура. Сиви топки: Титан, Розови топки: Кислород. Източник на твърдо състояние: Wikipedia Commons

анатаза

Тази форма също кристализира в тетрагоналната система, но анатазата се проявява под формата на силно изкривени октаедри на кислородни атоми по отношение на всеки титанов атом, като два от тях са относително по-близки. Той има 4 единици TiO ₂ за всяка кристална клетка.

Кристална структура на анатазата. Benjah-bmm27 Източник: Wikipedia Commons

Brookite

Той кристализира в орторомбичната система, с 8 TiO ₂ единици за всяка кристална клетка.

Имоти

Физическо състояние

Кристално твърдо вещество.

Mohs твърдост

Рутил: 7-7.5.

Анатаза: 5,5-6.

Молекулно тегло

79,87 g / mol.

Точка на топене

Рутил: 1830-1850 ° C.

Анатаза: при нагряване става рутил.

плътност

Рутил: 4,250 g / cm ³

Анатаза: 4.133 гр / см ³

Брукит: 3,895 g / cm ³

разтворимост

Неразтворим във вода и органични разтворители. Разтваря се бавно в HF и горещо концентриран H ₂ SO ₄. Неразтворим в солна киселина и HNO ₃.

рН

7.5.

Рефракционен индекс

Рутил: 2.75 при 550 nm.

Анатаза: 2,54 при 550 nm.

Той има най-високия показател на пречупване от всички неорганични пигменти.

Други свойства

Анатаза бързо се превръща в рутил при температури над 700 ° С. Калциниран TiO ₂ при 900 ° С се разтваря слабо в основи, флуороводородна киселина и гореща сярна киселина. Не се атакува от слаби неорганични киселини или органични киселини. Не се редуцира или окислява лесно.

Анатазата и рутилът са широколентови полупроводници, но тяхната електрическа проводимост зависи от наличието на примеси и дефекти в кристала.

номенклатура

-Титанов диоксид

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

Приложения

Бели пигменти

Най-важната употреба на титанов (IV) оксид е като бял пигмент в голямо разнообразие от продукти, включително бои, лакове, лепила, пластмаси, хартия и печатарски мастила. Това се дължи на високия му показател на пречупване и на неговата химическа инертност.

Източник: Pexels.com

Титановият диоксид, използван като бял пигмент, трябва да бъде с висока чистота. Непрозрачността и яркостта му произтичат от способността му да разпръсква светлина. Той е по-ярък от диаманта. Само рутил и анатаза имат добри пигментационни свойства.

Plastics

В пластмасата TiO ₂ минимизира крехкостта и напукване, които могат да възникнат в резултат на излагане на светлина.

Той е най-важният пигмент при производството на външни PVC пластмасови изделия, тъй като осигурява UV защита на материала.

Оптималната кристална форма в този случай е рутилна. В това приложение рутилът трябва да има повърхностно покритие от цирконий, силициев диоксид или алуминий, за да се сведе до минимум фотокаталитичният ефект на TiO ₂ при разграждането на PVC.

Други приложения

Други приложения включват стъкловидните емайли, използвани на стомана и чугун, на които придават непрозрачност и устойчивост на киселини.

В текстилната промишленост се използва в водачи на прежди, така че те да се плъзгат лесно по време на предене. Триенето между нишките и водачите генерира статично електричество. За да го разсее, TiO ₂ трябва да се изгори при 1300 ° С, за да има по-голяма електрическа проводимост.

Други приложения включват пигментацията на печатни мастила, каучук, текстил, кожа, синтетични влакна, керамика, бял цимент, подово покритие и покривни материали. Като хартиено покритие, TiO ₂ го прави по-бял, по-блестящ и непрозрачен.

Използва се в козметиката, за да подпомогне покриването на несъвършенствата на кожата, както и да направи пастата за зъби и сапуна бял.

Той предпазва храните, напитките, добавките и фармацевтичните продукти от преждевременно разграждане, причинено от ефекта на светлината, удължава живота на продукта.

Той е компонент в производството на стъкло, керамика и електрокерамика. Използва се в елементи на електрически вериги. Използва се и в кислородния сензор на изпускателната система на автомобила.

Ultrafine TiO ₂ се използва като компонент в слънцезащитен крем, тъй като е силен абсорбатор на ултравиолетови (UV) лъчи, както UV-A, така и UV-B. UV-A лъчите причиняват бръчки и стареене на кожата, а UV-B причиняват изгаряния и еритема.

TiO ₂ наночастиците се използват като поддържащ материал за катализатори на химическа реакция.

Анатазата е ефективен фотокатализатор, който окислява органичните съединения. Колкото по-малки са частиците му, толкова е по-ефективна.

Препратки

1. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. John Wiley & Sons.
2. Кирк-Отмер (1994). Енциклопедия на химическата технология. Том 19 и 24. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
3. Факти за химическа безопасност. (2019). Титанов диоксид. Възстановено от: chemicalsafetyfacts.org
4. Wypych, Джордж. (2015). PVC добавки. В PVC формула (второ издание). Възстановени от sciencedirect.com
5. Denning, R. (2009). Подобряване на продуктите от вълна с помощта на нанотехнологии. Напредък в технологията за вълна. Възстановени от sciencedirect.com
6. Национална медицинска библиотека. (2019). Титанов диоксид. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov