TITANOV OKSID (IV): ZGRADBA, LASTNOSTI, UPORABE - KEMIJA - 2025

Titanov oksid (IV) je trdna anorganska kristaliničen bel katerega kemijska formula je TiO ₂ , zato je znan tudi kot titanov dioksid. Obstaja v treh kristalnih oblikah: rutil, anataza in brookit. Čeprav je v naravi običajno obarvan zaradi prisotnosti nečistoč, kot so železo, krom ali vanadij, se čisti beli TiO ₂ uporablja kot bel pigment.

Med njegovimi značilnostmi lahko izpostavimo, da je topnost TiO ₂ močno odvisna od njegove kemijske in toplotne zgodovine. Poleg tega, da se pri segrevanju na visoke temperature (900 ° C) postane kemično inerten. Njeni najpomembnejši viri so ilmenit (železov in titanov oksid), rutil in anataza.

Prah iz titanovega dioksida. Prvotni pošiljatelj je bil Walkerma na angleški Wikipediji.

Izdelana je predvsem v razredu, primernem za uporabo kot pigment, kar zagotavlja njene odlične lastnosti razpršitve svetlobe v aplikacijah, za katere je potrebna bela motnost in sijaj.

Proizvaja se tudi kot zelo tanek material, za aplikacije, kjer sta potrebna prosojnost in največja absorpcija ultravijolične (UV) svetlobe. Na primer kot sestavina kreme za sončenje za kožo. Pri njih TiO ₂ deluje kot filter in tako blokira absorpcijo teh žarkov.

Zaradi kemične inertnosti je najprimernejši beli pigment. Vendar je ameriška uprava za hrano in zdravila ali FDA vzpostavila parametre za varno uporabo v hrani in kozmetiki.

Obstaja tudi meja izpostavljenosti prahu iz titanovega oksida, saj se ob vdihavanju prahu lahko odlaga v pljuča.

Struktura

TiO ₂ ima tri kristalne modifikacije: rutil, anatazo in brookit. Vse te kristalne sorte najdemo v naravi.

Rutile

Rutile kristalizira v tetragonalnem sistemu z dvema enotama TiO ₂ na celico. Titan je oktaedrsko usklajen. Kalorimetrične študije so pokazale, da je rutil najbolj termično stabilna kristalna oblika.

Kristalna struktura rutila. Sive kroglice: titan, roza kroglice: kisik. Vir trdnega stanja: Wikipedia Commons

Anataza

Ta oblika se kristalizira tudi v tetragonalnem sistemu, vendar se anataza pojavi v obliki močno izkrivljenih oktaedrov kisikovih atomov glede na vsak atom titana, pri čemer sta dva relativno bližje. Vsebuje 4 enote TiO ₂ za vsako kristalno celico.

Kristalna struktura anataze. Benjah-bmm27 Vir: Wikipedia Commons

Brookite

Kristalizira v ortorhombičnem sistemu, z 8 enotami TiO ₂ za vsako kristalno celico.

Lastnosti

Fizično stanje

Kristalna trdna snov.

Mohsova trdota

Rutile: 7-7,5.

Anataza: 5,5-6.

Molekularna teža

79,87 g / mol.

Tališče

Rutile: 1830-1850 ° C.

Anataza: pri segrevanju postane rutilna.

Gostota

Rutile: 4.250 g / cm ³

Anataza: 4,133 g / cm ³

Brookit: 3.895 g / cm ³

Topnost

Netopen v vodi in organskih topilih. Počasi se raztopi v HF in vroče koncentrirani H ₂ SO ₄ . Netopen v HCl in HNO ₃ .

pH

7.5.

Lomni količnik

Hitrost: 2,75 pri 550 nm.

Anataza: 2,54 pri 550 nm.

Ima najvišji indeks loma vseh anorganskih pigmentov.

Druge lastnosti

Anataza se pri temperaturah nad 700 ° C hitro pretvori v rutil. TiO ₂ , ki je bil kalciniramo pri 900 ° C raztopi šibko na podlagah, fluorovodikova kislina in vroče žveplove kisline. Ne napadajo ga šibke anorganske kisline ali organske kisline. Ni ga enostavno reducirati ali oksidirati.

Anataza in rutil sta širokopasovna polprevodnika, vendar je njihova električna prevodnost odvisna od prisotnosti nečistoč in napak v kristalu.

Nomenklatura

-Titanov dioksid

-Rutil

-Anataza

-Brookita

-Titanija

Prijave

Beli pigmenti

Najpomembnejša uporaba titanovega (IV) oksida je kot beli pigment v najrazličnejših izdelkih, vključno z barvami, laki, lepili, plastiko, papirjem in tiskarskimi barvami. To je posledica visokega indeksa loma in kemijske inertnosti.

Vir: Pexels.com

Titanov dioksid, ki se uporablja kot beli pigment, mora biti zelo čist. Njena motnost in svetlost izhajata iz njegove sposobnosti razpršitve svetlobe. Je svetlejši od diamanta. Le rutil in anataza imata dobre pigmentacijske lastnosti.

Plastika

TiO ₂ v plastiki zmanjšuje krhkost in pokanje, ki se lahko pojavijo kot posledica izpostavljenosti svetlobi.

Je najpomembnejši pigment pri izdelavi zunanjih PVC plastičnih izdelkov, saj materialu zagotavlja UV zaščito.

Optimalna kristalna oblika je v tem primeru rutilna. V tej aplikaciji mora rutil imeti površinsko prevleko iz cirkonija, kremena ali aluminija, da se čim bolj zmanjša fotokatalizni učinek TiO ₂ pri razgradnji PVC-ja.

Druge uporabe

Druge uporabe vključujejo steklaste emajle, ki se uporabljajo na jeklu in litega železa, ki jim daje motnost in odpornost na kisline.

V tekstilni industriji se uporablja v vodilih preje, tako da med predenjem zlahka drsijo. Trenje med navoji in vodili ustvarja statično elektriko. Če ga želite razpršiti, morate TiO ₂ zgorevati pri 1300 ° C, da ima večjo električno prevodnost.

Druge aplikacije vključujejo pigmentacijo tiskarske barve, gume, tekstila, usnja, sintetičnih vlaken, keramike, belega cementa, talne obloge in strešnih materialov. Kot papirna prevleka TiO ₂ naredi bolj bel, svetlejši in bolj neprozoren.

Uporablja se v kozmetiki za pomoč pri prekrivanju nepopolnosti kože, pa tudi za oblikovanje zobne paste in mila.

Hrano, pijače, dodatke in farmacevtske izdelke ščiti pred prezgodnjo razgradnjo, ki jo povzroča svetloba, podaljša življenjsko dobo izdelka.

Je sestavni del pri proizvodnji stekla, keramike in elektrokeramike. Uporablja se v elementih električnih vezij. Uporablja se tudi v kisikovem senzorju izpušnega sistema motornega vozila.

Ultrafine TiO ₂ se uporablja kot sestavina kreme za zaščito pred soncem, saj je močan absorber ultravijoličnih (UV) žarkov, tako UV-A kot UV-B. UV-A žarki povzročajo gube in staranje kože, UV-B pa povzročajo opekline in eritem.

Nano delci TiO ₂ se uporabljajo kot podporni material za katalizatorje kemijske reakcije.

Anataza je učinkovit fotokatalizator, ki oksidira organske spojine. Manjši so njegovi delci, bolj učinkovit je.

Reference

1. Cotton, F. Albert in Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. John Wiley & Sons.
2. Kirk-Othmer (1994). Enciklopedija kemijske tehnologije. Zvezek 19 in 24. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
3. Dejstva o kemijski varnosti. (2019). Titanov dioksid. Pridobljeno s: chemicalsafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). PVC dodatki. V PVC Formulary (druga izdaja). Pridobljeno od sciencedirect.com
5. Denning, R. (2009). Izboljšanje volnenih izdelkov z uporabo nanotehnologije. V napredku v tehnologiji volne. Pridobljeno od sciencedirect.com
6. Nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Titanov dioksid. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov