เหตุใดไทเทเนียมจึงถูกกล่าวขานว่าเป็นโลหะแห่งอนาคต
ในปี 1791 HW Gregor นักบวชชาวอังกฤษและผู้ชื่นชอบแร่วิทยา ค้นพบทรายแม่เหล็กสีดำ (FeTiO3) เป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นออกไซด์ผสมของไทเทเนียมและเหล็กจากแร่อิลเมไนต์ เขาตระหนักว่าแร่นั้นอาจมีธาตุใหม่อยู่ ในปี ค.ศ. 1795 นักเคมีชาวเยอรมัน MH Klaproth ได้เตรียมไทเทเนียมออกไซด์จากรูไทล์ของฮังการีอย่างอิสระ และตั้งชื่อมันว่า "ไทเทเนียม" ตามชื่อ "ไททัน" ยักษ์ที่เกิดจากเทพเจ้าแห่งดินในตำนานเทพเจ้ากรีก จนกระทั่งถึงปี 1910 นักเคมีชาวอเมริกัน MA Hunter ได้เปลี่ยนไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ด้วยโซเดียมโลหะเพื่อให้ได้ธาตุไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์ 99.9% นี่เป็นธาตุลำดับที่ 29 ที่มนุษย์ค้นพบ และชื่อละตินของมันคือธาตุแรกด้วย ตัวอักษรตัวพิมพ์เล็กตัวที่สองสร้างสัญลักษณ์องค์ประกอบ Ti ชื่อภาษาจีนไทเทเนียมเป็นอักขระการออกเสียงแบบใหม่ที่ประเทศของฉันสร้างขึ้นเป็นพิเศษโดยอาศัยการทับศัพท์ของชื่อภาษาละติน
คุณสมบัติทางกายภาพของไทเทเนียม
รัศมีอะตอม (รัศมีโควาเลนต์) ของไทเทเนียมคือ 132 น. รัศมีไอออนิกคือ 18.00 น. (4) 19.00 น. (2) น้ำหนักอะตอมคือ 47.86 ปริมาตรอะตอมคือ 10.65 ซม.3 /mol ความหนาแน่น 4.507g/cm3 ความแข็ง 4.0 องศา และจุดหลอมเหลว 1660 องศา จุดเดือด 3287 องศา โลหะไทเทเนียมมีสีขาวเงิน และประเภทโครงสร้างผลึกคือคริสตัลโลหะและระบบคริสตัลหกเหลี่ยม ดูเหมือนเหล็ก มีความแข็งแรงจำเพาะสูงสุด ทนทานต่ออุณหภูมิทั้งต่ำและสูง สามารถรักษาความแข็งแรงสูงได้ในช่วง -250 องศา ถึง 500 องศา และยังทนทานต่อการสึกหรออีกด้วย โลหะบริสุทธิ์มีความเหนียวและความเป็นพลาสติกที่ดี และสามารถอัดลงในแผ่นและสายไฟได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อมีสิ่งสกปรก มันจะแข็งและเปราะ ความแข็งแรงเชิงกลของไทเทเนียมนั้นสูงมาก มากกว่าอลูมิเนียม 3 เท่าและแมกนีเซียม 6 เท่า และแทบไม่มีความล้าของโลหะเลย หลังจากที่โลหะไททาเนียมถูกสั่นสะเทือนทางกลหรือไฟฟ้า การสั่นสะเทือนของมันเองจะมีเวลาลดทอนยาวนานที่สุดเมื่อเทียบกับเหล็ก ทองแดง และโลหะหรือโลหะผสมอื่นๆ มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและการถ่ายเทความร้อนได้ดี ไม่เป็นแม่เหล็ก แต่สามารถกลายเป็นตัวนำยิ่งยวดได้ที่อุณหภูมิต่ำ -272.74 องศา ไทเทเนียมเหลวละลายโลหะเกือบทั้งหมดและสามารถสร้างโลหะผสมกับโลหะหลายชนิดได้
คุณสมบัติทางเคมีของไทเทเนียม
โครงสร้างเวเลนซ์อิเล็กตรอนของไทเทเนียมคือ 3d24s2, อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ 1.5, สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนตัวแรก 37.7kJ/mol, พลังงานไอออไนเซชันแรก 659kJ/mol, ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน -0.86V, เลขออกซิเดชัน 4, 3, 2 , 0, -1 เวเลนซ์ทั่วไประบุที่ 3 และ 4 ที่อุณหภูมิห้อง ไทเทเนียมค่อนข้างเสถียรในอากาศและน้ำ ไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและฮาโลเจน และไม่กัดกร่อนด้วยกรดเจือจาง เจือจางด่างและน้ำทะเล อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น กิจกรรมทางเคมีจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 600 องศา มันสามารถรวมกับองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะต่างๆ เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอน ซัลเฟอร์ และฮาโลเจนได้โดยตรง นอกเหนือจากการก่อตัวของสารประกอบธรรมดาแล้ว สารประกอบระหว่างการเติมยังสามารถเกิดขึ้นได้ โดยเฉพาะสารประกอบที่ระเหยง่ายและไฮโดรไลซ์ได้ง่ายด้วยคลอรีน
นอกจากนี้ ไทเทเนียมยังสามารถละลายได้ในกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นที่ร้อน กรดซัลฟูริก กรดฟอสฟอริก และกรดไฮโดรฟลูออริกเพื่อสร้างเกลือไทเทเนียม โดยทั่วไป ยิ่งความเข้มข้นของกรดมากเท่าใด อัตราการละลายก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น สารละลายกรดอินทรีย์เข้มข้นร้อนสี่ชนิดสามารถกัดกร่อนโลหะไทเทเนียมได้ ได้แก่กรดออกซาลิก กรดฟอร์มิก กรดไตรคลอโรอะซิติก และกรดไตรฟลูออโรอะซิติก ไทเทเนียมสามารถถูกกัดกร่อนได้ด้วยอะลูมิเนียมไตรคลอไรด์ ผลกระทบการกัดกร่อนของสารประกอบข้างต้นต่อไทเทเนียมมีสาเหตุหลักมาจากความสามารถในการกัดกร่อนฟิล์มออกไซด์ที่ละเอียดมากบนพื้นผิวของไทเทเนียม ความเฉื่อยของไทเทเนียมเกิดจากผลการปกป้องของฟิล์มออกไซด์นี้ การเติมกรดไนตริกและสารออกซิแดนท์อื่นๆ ลงในสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อนโดยทั่วไปสามารถชะลอการกัดกร่อนของไทเทเนียมได้ เนื่องจากสารออกซิแดนท์สามารถสร้างฟิล์มออกไซด์ขึ้นใหม่และทำให้พื้นผิวไททาเนียมแข็งตัวได้ ผงไทเทเนียมมีปฏิกิริยาสูงและสามารถเผาไหม้ในอากาศได้
การสกัดไทเทเนียม
โลหะไทเทเนียมมีความสัมพันธ์ที่ดีกับออกซิเจน ไนโตรเจน และไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นไทเทเนียมจึงไม่สามารถสกัดออกจากออกไซด์ได้โดยตรงผ่านปฏิกิริยารีดักชัน การสกัดไทเทเนียมจากแร่โฮสต์ต้องใช้กระบวนการ Kroll หรือ Hunter สมการปฏิกิริยามีดังนี้:
(การกลั่นสุญญากาศ 1,000 องศาเพื่อขจัด Mg และ MgCl2, แท่งหลอมอาร์ค)
มีสี่ขั้นตอนหลักในการแปรรูปโลหะไทเทเนียม:
คืนแร่ไทเทเนียมให้เป็น "ฟองน้ำ" (รูปแบบที่ระบายอากาศได้);
ในการทำแท่งโลหะ ให้ละลายตัวฟองน้ำ (หรือเพิ่มโลหะผสมขั้นกลางเข้ากับตัวฟองน้ำ) เพื่อสร้างแท่งโลหะ
การผลิตเบื้องต้น การแปรรูปเหล็กกล้าให้เป็นผลิตภัณฑ์เครื่องจักรกลทั่วไป เช่น เหล็กแท่ง แท่ง แผ่น แผ่นบาง แถบ และท่อ
การแปรรูป การผลิต การแปรรูปเชิงลึก และการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์เครื่องจักรกล
การใช้ไทเทเนียมที่สำคัญ
①เรือรบและเรือดำน้ำที่ทำจากไทเทเนียมไม่ใช่แม่เหล็ก และจะไม่ถูกตรวจจับและติดตามโดยทุ่นระเบิดแม่เหล็ก พวกมันสามารถทนต่อแรงดันน้ำลึกและสามารถแล่นได้ลึกถึง 4,500 เมตร ซึ่งเรือดำน้ำธรรมดาไม่สามารถเข้าถึงได้
2. ใช้ความเหนียว ความยืดหยุ่น และความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมเหล็กไทเทเนียม ตัวเรือและเรือดำน้ำสามารถทำได้ และโลหะผสมเหล็กไทเทเนียมมีความแข็งแรงจำเพาะสูงและทนต่ออุณหภูมิสูง (ยังคงมีความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูง 550 องศา) เพื่อสร้าง อากาศยาน. , รถถัง, จรวด, ดาวเทียม และยานอวกาศ มีการประมาณการว่าการผลิตโบอิ้ง 777 ต้องใช้ไทเทเนียม 59 ตัน การผลิตโบอิ้ง 747 ต้องใช้ไทเทเนียม 44 ตัน และการผลิตโบอิ้ง 737 ต้องใช้ไทเทเนียม 18 ตัน
3. การใช้คุณลักษณะของโลหะผสมเหล็ก-ไทเทเนียมในการดูดซับไฮโดรเจนที่อุณหภูมิห้องและปล่อยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูง สามารถใช้เป็นคลังเก็บไฮโดรเจนขนาดเล็กเพื่อให้เข้าถึงได้ง่าย นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นสารทะลวงในการผลิตหลอดอิเล็กตรอนและหลอดภาพ แหล่งไฮโดรเจนในการผลิตโลหะโฟม และเป็นตัวปิดผนึกสำหรับผงโลหะวิทยาและเซอร์เมต
④ "โลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างที่ดีที่สุด" ที่ทำจากไททาเนียมและนิกเกิลในสัดส่วนที่เท่ากัน มีความสามารถในการรองรับความเครียดของหน่วยความจำรูปร่างที่แข็งแกร่ง ความสามารถในการฟื้นตัวที่ดีและอายุการใช้งานหน่วยความจำที่ยาวนาน นิยมใช้ในเสาอากาศยานอวกาศและส่วนประกอบการเชื่อมต่อท่อ นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์ไฟฟ้า อุปกรณ์ควบคุมและหุ่นยนต์ ตลอดจนการรักษากระดูกและกระดูกทางการแพทย์
⑤ เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกที่ทำจากแบเรียมไททาเนต ลีดไททาเนต ลีดพราซีโอดิเมียมไททาเนต และวัสดุอื่น ๆ ไม่เพียงแต่สามารถแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังใช้ในไฟแช็กเพียโซอิเล็กทริก อุปกรณ์จ่ายไฟเอ็กซ์เรย์เคลื่อนที่ และอุปกรณ์ระเบิดปืนใหญ่ พวกเขายังสามารถแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ พลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิก ซึ่งใช้ในการสำรวจปลาใต้น้ำ การทำความสะอาดอัลตราโซนิก การทดสอบโลหะด้วยคลื่นเสียงทางการแพทย์ และแบบไม่ทำลาย ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อัตโนมัติ
⑥ไทเทเนียมเรียกว่า "โลหะชีวภาพ" ไม่เป็นพิษและทนต่อการกัดกร่อนจากสารคัดหลั่งของมนุษย์ เข้ากันได้ดีกับผิวหนัง กล้ามเนื้อ กล้ามเนื้อ และกระดูกของร่างกาย แม้ว่าจะเป็นสิ่งแปลกปลอม แต่ก็ไม่ก่อให้เกิดการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันและมักถูกใช้เป็นโลหะเทียมในทางการแพทย์ สำหรับการใช้งานด้านโครงกระดูก สามารถใช้ไทเทเนียมเหลวเพื่อซ่อมแซมกระดูกที่เสียหายได้
⑦ไทเทเนียมไดออกไซด์บริสุทธิ์เป็นเม็ดสีที่ดีเยี่ยมที่เรียกกันทั่วไปว่า "ไทเทเนียมสีขาว" และโฟโตคะตะลิสต์ไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นวัสดุออกฤทธิ์ระดับนาโน เคลือบบนพื้นผิวของสารตั้งต้นแล้วทำให้แห้งจนเกิดเป็นฟิล์มบาง ซึ่งก่อให้เกิดผลในการเร่งปฏิกิริยาที่รุนแรงภายใต้การกระทำของแสง ฟังก์ชั่นการย่อยสลายสามารถย่อยสลายก๊าซพิษและก๊าซอันตรายในอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ
