Historique, structure, propriétés, réactions, utilisations, utilisations

Il titane C'est un métal de transition représenté par le symbole chimique Ti. C'est le deuxième métal à apparaître dans le bloc d du tableau périodique, juste après le Scandio. Son nombre atomique est de 22 et est présenté dans la nature autant d'isotopes et de radio-isotopes, dont le ⁴⁸Tu es le plus abondant de tous.

Sa couleur est gris argenté et ses pièces sont recouvertes d'une couche d'oxyde protectrice qui fait du titane un métal très résistant à la corrosion. Si cette couche est jaunâtre, c'est le nitruro en titane (étain), qui est un composé qui se forme lorsque ce métal brûle en présence d'azote, une propriété unique et distinguée.

Bagues en titane. Source: pxhere.

En plus de ce qui a déjà été mentionné, il est extrêmement résistant aux impacts mécaniques bien qu'il soit plus léger que l'acier. C'est pourquoi il est connu comme le métal le plus fort de tous, et son seul nom est synonyme de force. Il a également une résistance et une légèreté, deux caractéristiques qui en font un matériau souhaitable pour la fabrication d'avions.

De plus, et surtout, le titane est un métal biocompatible et agréable à toucher, il est donc utilisé dans les bijoux pour l'élaboration des anneaux; et dans la biomédecine, comme les implants orthopédiques et dentaires, capables de s'intégrer dans les tissus osseux.

Cependant, ses utilisations les plus connues résident dans l'oncle₂, comme pigment, additif, revêtement et photocation.

C'est le neuvième élément le plus abondant sur Terre, et le septième dans les métaux. Malgré cela, son coût est élevé en raison des difficultés qui doivent être surmontées pour extraire de leurs minéraux, parmi lesquels sont Rutilo, Anatase, Ilménite et Perovskita. De toutes les méthodes de production, le processus Kroll est le plus utilisé dans le monde.

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Histoire

Découverte

Le titane a été identifié pour la première fois dans le minéral Ilménite dans la vallée de Manaccan (Royaume-Uni), par les fans de William Gregor, là-bas en 1791. Il a pu identifier qu'il contenait un oxyde de fer, car ses sables se déplaçaient par l'influence d'un aimant; Mais il a également signalé qu'il y avait un autre oxyde métallique inconnu, qu'il a appelé "Manacanita".

Malheureusement, bien que la Royal Geological Society de Cornwall soit allée à Royal Geological et à d'autres médias, ses contributions n'ont pas soulevé une agitation pour ne pas être un homme de science reconnu.

Quatre ans plus tard, en 1795, le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth a reconnu indépendamment le même métal; Mais dans le minéral Rutilo à Bainik, en Slovaquie, actuellement.

Il y a ceux qui prétendent avoir nommé «Titanio» à ce nouveau métal inspiré par sa dureté dans la similitude avec les Titans. D'autres s'assurent que la neutralité des mêmes caractères mythologiques était due plus. Ainsi, le titane est né en tant qu'élément chimique et Klaproth pouvait alors conclure que c'était la même manacanite du minéral ilménite.

Isolement

Depuis lors, les tentatives de l'isoler à partir de ces minéraux ont commencé; Mais la plupart d'entre eux étaient infructueux, car le titane a été contaminé par l'oxygène ou l'azote, ou a formé un carbure impossible à réduire. Ils ont dû passer près d'un siècle (1887) afin que Lars Nilson et Otto Pettersson puissent préparer un échantillon avec une pureté à 95%.

Puis, en 1896, Henry Moissan a réussi à obtenir un échantillon avec jusqu'à 98% de pureté, grâce à la réduction de l'action du sodium métallique. Cependant, ces titaniens impurs étaient fragiles par l'action des atomes d'oxygène et d'azote, il était donc nécessaire de concevoir un processus pour les garder hors du mélange réactionnel.

Et avec cette approche, le processus de chasseur est originaire en 1910, conçu par Matthieu à. Hunter en collaboration avec General Electric au Renselaer Polytechnic Institute.

Vingt ans plus tard, au Luxembourg, William J. Kroll a conçu une autre méthode utilisant du calcium et du magnésium. À l'heure actuelle, le processus Kroll reste l'une des principales méthodes pour produire du titane métallique à des échelles commerciales et industrielles.

À partir de ce moment, l'histoire du titane suit le cours de ses alliages dans les applications de l'industrie aérospatiale et militaire.

Structure et configuration électroniques

Le titane pur peut cristalliser avec deux structures: un hexagonal compact (HCP), appelé phase α, et un cubique centré dans le corps (BCC), appelé phase β β. Ainsi, il s'agit d'un métal dimorphe, capable de souffrir de transitions allotropes (ou de phase) entre les structures HCP et BCC.

La phase α est la plus stable à la température et aux environnements de pression, avec vos atomes entourés de douze voisins. Lorsque la température augmente à 882 ° C, le verre hexagonal est transformé en un produit cube, moins dense, ce qui est d'accord avec le produit de vibrations atomiques le plus élevé de la chaleur.

À mesure que la température augmente, la phase α s'oppose à une plus grande résistance thermique; C'est-à-dire que sa chaleur spécifique augmente également, il est donc de plus en plus de chaleur pour atteindre 882 ° C.

Et si au lieu d'augmenter la température fait la pression? Puis des cristaux BCC déformés sont obtenus.

Lien

Dans ces cristaux métalliques, ils interviennent dans le lien qui rejoint les atomes de vous leurs électrons de valence des orbitales 3D et 4S, selon la configuration électronique:

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[Ar] 3d² 4s²

Il doit à peine partager quatre électrons avec ses voisins, qui provient des bandes presque vides et, par conséquent, le titane n'est pas si bon chef d'orchestre d'électricité ou de chaleur que d'autres métaux.

Alliages

Encore plus important que ce qui est commenté sur la structure cristalline du titane, c'est que les deux phases, α et β, peuvent former leurs propres alliages. Ceux-ci peuvent être constitués d'alliages α ou β purs, ou mélanges des deux dans différentes proportions (α + β).

De même, la taille de leurs grains cristallins respectifs influence les propriétés finales de ces alliages de titane, ainsi que la composition de masse et les relations des additifs agrégés (autres métaux ou atomes de n, o, c ou h).

Les additifs exercent une influence significative sur les alliages de titane car ils peuvent stabiliser certaines des deux phases spécifiques. Par exemple: Al, O, Ga, Zr, Sn et N sont des additifs qui stabilisent le α (cristaux HCP les plus denses); et Mo, V, W, Cu, Mn, H, Faith, et d'autres sont des additifs qui stabilisent la phase β (cristaux BCC moins denses).

L'étude de tous ces alliages de titane, leurs structures, leur composition, leurs propriétés et leurs applications, sont soumis à des œuvres métallurgiques qui reposent en cristallographie.

Nombres d'oxydation

Selon la configuration électronique, le titane aurait besoin de huit électrons pour remplir complètement les orbitales 3D. Cela ne peut l'obtenir dans aucun de ses composés, et Máxima parvient à gagner jusqu'à deux électrons; Autrement dit, vous pouvez acquérir des nombres d'oxydation négatifs: -2 (3D⁴) et -1 (3d³).

La raison est due à l'électronégativité du titane et que, en outre, c'est un métal, il a donc une plus grande tendance à avoir des nombres d'oxydation positifs; comme +1 (3d²4s¹), +2 (3d²4s⁰), +3 (3d¹4s⁰) et +4 (3d⁰4s⁰).

Notez comment les électrons de l'orbitale 3D et 4S⁺, Toi²⁺ et ainsi de suite.

Le numéro d'oxydation +4 (Ti⁴⁺) est le plus représentatif de tous car il correspond au titane dans son oxyde: oncle₂ (Toi⁴⁺SOIT₂^2-).

Propriétés

Apparence physique

Métal argenté grisâtre.

Masse molaire

47, 867 g / mol.

Point de fusion

1668 ° C. Ce point de fusion relativement élevé est fait par un métal réfractaire.

Point d'ébullition

3287 ° C.

Température d'auto-direction

1200 ° C pour le métal pur et 250 ° C pour la poussière finement divisée.

Ductilité

Le titane est un métal ductile s'il manque d'oxygène.

Densité

4 506 g / ml. Et à son point de fusion, 4,11 g / ml.

Chaleur de fusion

14.15 kJ / mol.

Chaleur de vaporisation

425 kJ / mol.

Capacité thermique molaire

25060 J / mol · k.

Électronégativité

1.54 sur l'échelle Pauling.

Énergies d'ionisation

Premièrement: 658,8 kJ / mol.

Deuxième: 1309.8 kJ / mol.

Troisième: 2652,5 kJ / mol.

Dureté mohs

6.0.

Nomenclature

Des nombres d'oxydation, les +2, +3 et +4 sont les plus courants, et ceux mentionnés dans la nomenclature traditionnelle lors de la nomination des composés en titane. Pour le reste, les règles de nomenclature des actions et systématiques restent les mêmes.

Par exemple, considérez l'oncle₂ Et le ticl₄, Deux des composés les plus connus du titane.

On avait déjà dit que dans l'oncle₂ Le numéro d'oxydation du titane est +4 et, par conséquent, étant le plus grand (ou positif), le nom doit se terminer par le suffixe -ico. Ainsi, son nom est l'oxyde titanesque, selon la nomenclature traditionnelle; L'oxyde de titane (IV), selon la nomenclature des stocks; et le dioxyde de titane, selon la nomenclature systématique.

Et pour le ticl₄ Il procédera plus directement:

Nomenclature: nom

-Traditionnel: chlorure titanesque

-Stock: Chlorure de titane (IV)

-Systématique: tétrachlorure de titane

En anglais, ils se réfèrent généralement à ce composé comme «chatouiller».

Chaque composé en titane peut même avoir des noms propres en dehors des règles de nomenclature et dépendra du jargon technique du champ en question.

Où est et la production

Minéraux titanifères

Rutilo Quartz, l'un des minéraux avec le contenu en titane le plus élevé. Source: Didier Descuens [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Le titane, même s'il s'agit du septième plus abondant de la terre, et le neuvième de la croûte terrestre, ne se trouve pas dans la nature comme du métal pur mais en combinaison avec d'autres éléments dans les oxydes minéraux; mieux connu sous le nom de minéraux titanifères.

Ainsi, pour l'obtenir, il est nécessaire d'utiliser ces minéraux comme matière première. Certains d'entre eux sont:

-Titanita ou Spheny (Catisio₅), avec des impuretés en fer et en aluminium qui tournent leurs cristaux de couleur verte.

-Brookita (oncle₂ Ortorrombic).

-Rutilo, polymorphe plus stable de l'oncle₂, suivi des minéraux d'Anatasa et de Brookita.

-Ilménita (Fetio₃).

-Perovskita (Catio₃)

-Leucoxeno (mélange hétérogène d'anatase, Rutilo et Perovskita).

Notez qu'il y a plusieurs minéraux titanifères mentionnés, même s'il y en a d'autres. Cependant, tous ne sont pas les mêmes qu'abondants et, de même, ils peuvent présenter des impuretés difficiles à éliminer et celles en danger les propriétés du titane métallique final.

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C'est pourquoi les Sphen ou Perovskita sont généralement utilisés pour la production de titane, car leur teneur en calcium et en silicium est difficile à éliminer du mélange réactionnel.

De tous ces minéraux, le Rutilo et l'ilménite sont les plus utilisés commercialement et industriellement pour sa haute teneur en oncle₂; c'est-à-dire qu'ils sont riches en titane.

Processus de kroll

Sélectionné l'un des minéraux comme matière première, l'oncle₂ En eux cela doit être réduit. Pour ce faire, les minéraux, ainsi que le charbon, chauffent au rouge vivent dans un réacteur à lit fluidisé de 1000 ° C. Là, l'oncle₂ Réagit avec le chlore gazeux selon l'équation chimique suivante:

L'oncle₂(s) + c (s) + 2cl₂(g) => ticl₄(l) + co₂(g)

Le ticl₄ C'est un liquide incolore impré. Par conséquent, le ticl₄ Ensuite, il est purifié par une distillation fractionnée et des précipitations.

Déjà purifié le ticl₄, Une espèce facile à réduire, est versée dans un récipient en acier inoxydable auquel le vide est appliqué, pour éliminer l'oxygène et l'azote, et est rempli d'argon pour assurer une atmosphère inerte qui n'affecte pas le titane produit. Dans le processus, du magnésium est ajouté, qui réagit à 800 ° C selon l'équation chimique suivante:

Ticl₄(l) + 2 mg (l) => ti (s) + 2mgcl₂(L)

Le titane précipite comme un solide spongieux, qui subit des traitements pour le purifier et conférer de meilleures formes solides, ou est directement destinée à la fabrication de minéraux en titane.

Réactions

Avec l'air

Le titane a une forte résistance à la corrosion en raison d'une couche d'oncle₂ qui protège l'intérieur de l'oxydation du métal. Cependant, lorsque la température dépasse 400 ° C, un mince morceau de métal commence à brûler complètement pour former un mélange d'oncle₂ et l'étain:

Ti (s) + o₂(g) => oncle₂(S)

2ti (s) + n₂(g) => étain (s)

Les deux gaz, ou₂ et n₂, Logiquement, ils sont dans l'air. Ces deux réactions se produisent rapidement une fois que le titane est chauffé en rouge vivant. Et s'il s'agit d'une poussière finement divisée, la réaction est encore plus vigoureuse, donc le titane à cet état solide est très inflammable.

Avec des acides et des bases

Cette couche d'oncle₂-L'étain protège non seulement le titane de la corRorse, mais aussi de l'attaque des acides et des bases, il n'est donc pas facile de dissoudre le métal.

Pour y parvenir, les acides hautement concentrés doivent être utilisés et bouillir à l'ébullition, obtenant un produit de solution violette des complexes aqueux du titane; Par exemple, [Ti (oh₂)₆]]⁺³.

Cependant, il existe un acide qui peut le dissoudre sans beaucoup de complications: l'acide fluorhorique:

2ti (s) + 12hf (aq) 2 [tif₆]]^3-(aq) + 3h₂(g) + 6H⁺(aq)

Avec des halogènes

Le titane peut réagir directement avec les halogènes pour former les halogénuros respectifs. Par exemple, sa réaction avec l'iode est la suivante:

Ti (s) + 2i₂(s) => tii₄(S)

De même, il se produit avec du fluorure, du chlore et du brome, où une flamme intense se forme.

Avec de forts oxydants

Lorsque le titane est finement divisé, il est non seulement sujet à enflammer, mais aussi à réagir vigoureusement avec de forts agents oxydants à la moindre source de chaleur.

Une partie de ces réactions est utilisée pour la pyrotechnie, car des étincelles blanches brillantes sont générées. Par exemple, il réagit avec le perchlorate d'ammonium en fonction de l'équation chimique:

2ti (s) + 2NH₄CLO₄(s) => 2Tio₂(s) + n₂(g) + cl₂(g) + 4h₂O (g)

Des risques

Titane métallique

La poudre de titane est un solide très inflammable. Source: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Le titane métallique lui-même ne représente aucun risque pour la santé de ceux qui travaillent avec lui. C'est un solide inoffensif; à moins qu'il ne soit broyé comme une fine poudre de particules. Cette poussière blanche peut être dangereuse en raison de sa forte inflammabilité, mentionnée dans la section des réactions.

Lorsque le titane est broyé, sa réaction avec l'oxygène et l'azote est plus rapide et plus vigoureuse, en plus même de la bordure même explosive. C'est pourquoi il représente un terrible risque de feu si là où il est stocké, il est atteint par les flammes.

Lorsqu'il brûle, le feu ne peut être éteint qu'avec du graphite ou du chlorure de sodium; Jamais avec de l'eau, du moins pour ces cas.

De même, votre contact avec les halogènes doit être évité à tout prix; Autrement dit, avec une fuite gazeuse de fluor ou de chlore, ou interagir avec le liquide de brome rougeâtre ou les cristaux volatils d'iode. Si cela se produit, le titane est mis en feu. Les agents oxydants forts ne doivent pas non plus entrer en contact: permananganatos, chloges, perchlorates, nitrates, etc.

Du reste, leurs lingots ou alliages ne peuvent pas représenter plus de risques que ceux des coups physiques, car ce ne sont pas de très bons conducteurs de chaleur ou d'électricité et sont agréables à toucher.

Nanoparticules

Si le solide finement divisé est inflammable, encore plus que celle constituée par les nanoparticules de titane doit être. Cependant, le point central de cette sous-section est dû aux nanoparticules de TIO₂, qui ont été utilisés dans les symphines d'application où ils méritent leur couleur blanche; Comme des bonbons et des bonbons.

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Bien qu'il ne sache pas comment son absorption, sa distribution, son excrétion ou sa toxicité dans le corps sont censés être toxiques dans des études sur la souris. Par exemple, ils ont démontré qu'il génère de l'emphysème et des rougeurs dans leurs poumons, ainsi que d'autres troubles respiratoires dans leurs développements.

Par extrapolation des souris à nous, il est conclu que des nanoparticules respiratoires de Tio₂ Cela affecte nos poumons. Ils peuvent également modifier la région de l'hippocampe cérébral. De plus, l'International Cancer Research Center ne les gouverne pas comme substances cancérigènes possibles.

Applications

Pigment et additif

Parler des utilisations de titane est de se référer à celle de son composé de dioxyde de titane. L'oncle₂ En fait, il couvre environ 95% de toutes les applications concernant ce métal. Les raisons: sa couleur blanche est insoluble, et elle n'est pas non plus toxique (sans parler des nanoparticules pures).

C'est pourquoi il est généralement utilisé comme pigment ou additif dans tous les produits qui ont besoin de colorations blanches; comme le dentifrice, les médicaments, les bonbons, les papiers, les gemmes, les peintures, les plastiques, etc.

Revêtements

L'oncle₂ Il peut également être utilisé pour créer des films qui couvrent n'importe quelle surface, comme des outils de verre ou de chirurgie.

En ayant ces revêtements, l'eau ne peut pas les humidifier et se glisser sur eux, comme la pluie ferait des voitures de voitures. Les outils avec ces revêtements pourraient tuer les bactéries en absorbant le rayonnement UV.

L'urine des chiens ou du caoutchouc à mâcher ne pouvait pas regarder l'asphalation ou les ciments par l'action de l'oncle₂, ce qui faciliterait son retrait ultérieur.

Crème solaire

Oncle2 est l'un des composants actifs des bloqueurs de soleil. Source: Pixabay.

Et terminer par rapport à l'oncle₂, Il s'agit d'une photoocatalisation, capable d'origine des radicaux organiques qui, cependant, sont neutralisés par des films de silice ou d'alumine dans les bloqueurs de soleil. Sa couleur blanche montre déjà clairement que vous devez avoir cet oxyde de titane.

Industrie aérospaciale

Les alliages en titane sont utilisés pour la fabrication de grands plans ou des navires. Source: pxhere.

Le titane est un métal avec une résistance et une dureté considérables par rapport à sa faible densité. Ceci est fait par un substitut en acier à toutes les applications où des vitesses élevées sont nécessaires, ou des avions à grande échelle sont conçus, comme le plan A380 de l'image supérieure.

C'est pourquoi ce métal a de nombreuses utilisations dans l'industrie aérospatiale, car elle résiste aux oxydations, elle est légère, forte et ses alliages peuvent être améliorés avec des additifs exacts.

sport

Non seulement dans l'industrie aérospatiale, le titane et ses alliages ont de l'importance, mais aussi dans l'industrie du sport. En effet.

Certains de ces articles sont: les vélos, les bâtons de golf ou de hockey, les casques de football américains, le tennis ou les raquettes Bádminton, les piqûres de doigts, les patins de glace, les patins de ski, entre autres.

Aussi, bien qu'à un degré beaucoup plus petit en raison de son coût élevé, le titane et les alliages de luxueux et de voitures de sport ont été utilisés.

Pyrotechnie

Le titane au sol peut être mélangé avec, par exemple, KCLO₄, et servir de feu artificiel; qu'en fait, ils font ceux qui les élaborent dans des spectacles pyrotechniques.

Médecine

Le titane et ses alliages sont des matériaux métalliques par excellence dans les applications biomédicales. Ils sont biocompatibles, inertes, forts, difficiles à oxyder, pas toxiques, et ils s'intègrent parfaitement aux os.

Cela les rend très utiles pour les implants orthopédiques et dentaires, pour les articulations artificielles des hanches et des genoux, telles que des vis pour réparer les fractures, pour les stimulateurs cardiaques ou les cœurs artificiels.

Biologique

Le rôle biologique du titane est incertain, et bien qu'il soit connu qu'il peut s'accumuler dans certaines plantes et profiter à la croissance de certaines cultures agricoles (comme les tomates), les mécanismes où ils interviennent sont inconnus.

On dit qu'il favorise la formation de glucides, d'enzymes et de chlorofilas. Ils conjecturent que cela est dû à une réponse des organismes végétaux pour se défendre avec de faibles concentrations biodisponibles de titane, car ils leur sont nocifs. Cependant, la question est toujours dans l'obscurité.

Les références

1. Fhiver & Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Wikipédia. (2019). Titane. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
3. Coton Simon. (2019). Titane. Société royale de chimie. Récupéré de: Chemistryworld.com
4. Davis Marauo. (2019). Qu'est-ce que le titane? Propriétés et utilisations. Étude. Récupéré de: étudier.com
5. Helmestine, Anne Marie, Ph.D. (3 juillet 2019). Propriétés chimiques et physiques en titane. Récupéré de: Thoughtco.com
6. K. D. H. Bhadeshia. (s.F.). Métallurgie du titane et ses alliages. Université de Cambridge. Récupéré de: Trans de phase.MSH.Came.CA.ROYAUME-UNI
7. Chambres Michelle. (7 décembre 2017). Comment le titane aide les vies. Récupéré de: TitaniumpRossingCenter.com
8. Clark J. (5 juin 2019). Chimie du titane. CHIMISTER BOOLISTexts. Récupéré de: Chem.Bibliothèque.org
9. Venkatesh Vaidyanathan. (2019). Comment le titane est-il fabriqué? Science ABC. Récupéré de: ScienceABC.com
10. Docteur. Groupe Edward. (10 septembre 2013). Les risques pour la santé du titane. Centre de guérison mondial. Récupéré de: GlobalHealingCenter.com
11. Clustoš, P. Cigler, m. Hrubý, s. Kužel, J. Száková & J. Balík. (2005). Le rôle du titane dans la production de biomasse et son influence sur le contenu des éléments essentiels dans les cultures de croissance. Environnement de sol végétal., 51, (1): 19-25.
12. Kyocera SGS. (2019). Histoire du titane. Récupéré de: kyocera-sgstool.UE