Header Ads

أخر المواضيع

التيتانيوم (Titanium (Ti))

التيتانيوم (Titanium (Ti))



التيتانيوم (Ti) ، هو عنصر كيميائي ،عباره عن  معدن رمادي فضي من المجموعة 4 (IVb) من الجدول الدوري. التيتانيوم معدن خفيف الوزن وعالي القوة وقليل التآكل ويستخدم في شكل سبائك لقطع غيار في الطائرات عالية السرعة. تم اكتشاف مركب من التيتانيوم والأكسجين (1791) من قبل الكيميائي الإنجليزي ووليام جريجور وأعاد اكتشافه بشكل مستقل (1795) وأطلق عليه الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث هذا الاسم .


يتم توزيع التيتانيوم على نطاق واسع ويشكل 0.44 في المائة من قشرة الأرض. تم العثور على المعدن مدمجًا في جميع الصخور والرمل والطين وغيرها من التربة. كما أنها موجودة في النباتات والحيوانات والمياه الطبيعية وجرافات أعماق البحار والنيازك والنجوم. إن المعدنين التجاريين الرئيسيين هما الإلمنيت والروتيل. تم عزل المعدن في شكل نقي (1910) بواسطة عالم المعادن ماثيو أ.هنتر عن طريق تقليل رابع كلوريد التيتانيوم (TiCl4) بالصوديوم في أسطوانة فولاذية محكمة الإغلاق.

يعد تحضير التيتانيوم النقي صعبًا بسبب تفاعله. لا يمكن الحصول على التيتانيوم بالطريقة الشائعة لتقليل الأكسيد بالكربون لأن الكربيد المستقر يتم إنتاجه بسهولة ، علاوة على ذلك ، فإن المعدن متفاعل تمامًا تجاه الأكسجين والنيتروجين عند درجات حرارة مرتفعة. لذلك ، تم ابتكار عمليات خاصة ، بعد عام 1950 ، غيرت التيتانيوم من فضول المختبر إلى معدن إنشائي مهم تجاريًا. في عملية Kroll ، يتم معالجة أحد الخامات ، مثل الإلمنيت (FeTiO3) أو الروتيل (TiO2) ، على حرارة حمراء باستخدام الكربون والكلور لإنتاج رابع كلوريد التيتانيوم ، TiCl4 ، والذي يتم تقطيره جزئيًا لإزالة الشوائب مثل كلوريد الحديديك ، FeCl3. يتم بعد ذلك تقليل TiCl4 باستخدام المغنسيوم المنصهر عند حوالي 800 درجة مئوية (1500 درجة فهرنهايت) في جو من الأرجون ، ويتم إنتاج التيتانيوم المعدني ككتلة إسفنجية يمكن من خلالها إزالة فائض المغنيسيوم وكلوريد المغنسيوم عن طريق التطاير عند حوالي 1000 درجة مئوية (1800 درجة فهرنهايت). يمكن بعد ذلك دمج الإسفنجة في جو من الأرجون أو الهيليوم في قوس كهربائي ويتم صبها في سبائك. على مقياس المختبر ، يمكن تصنيع التيتانيوم النقي للغاية عن طريق تبخير رباعي أكسيد ، TiI4 ، في شكل نقي للغاية وتحلله على سلك ساخن في فراغ. (لمعالجة التعدين واستعادة وتكرير التيتانيوم ، انظر معالجة التيتانيوم. للحصول على بيانات إحصائية مقارنة حول إنتاج التيتانيوم ، انظر التعدين.)

التيتانيوم النقي قابل للسحب ، حوالي نصف كثافة الحديد وأقل من ضعف كثافة الألومنيوم ؛ يمكن صقله إلى بريق عالٍ. يحتوي المعدن على موصلية كهربائية وحرارية منخفضة للغاية وهو بارامغناطيسي (ينجذب بشكل ضعيف إلى المغناطيس). يوجد هيكلان كريستاليان: أقل من 883 درجة مئوية (1،621 درجة فهرنهايت) ، معبأة بشكل سداسي (ألفا) ؛ فوق 883 درجة مئوية ، مكعب متمركز حول الجسم (بيتا). يتكون التيتانيوم الطبيعي من خمسة نظائر ثابتة: التيتانيوم 46 (8.0 في المائة) ، التيتانيوم 47 (7.3 في المائة) ، التيتانيوم 48 (73.8 في المائة) ، التيتانيوم 49 (5.5 في المائة) ، التيتانيوم 50 (5.4 في المائة).



التيتانيوم مهم كعامل سبائك مع معظم المعادن وبعض المواد اللافلزية. بعض هذه السبائك لها قوة شد أعلى بكثير من التيتانيوم نفسه. يتمتع التيتانيوم بمقاومة ممتازة للتآكل في العديد من البيئات بسبب تكوين طبقة سطح أكسيد سلبية. لا يحدث تآكل ملحوظ في المعدن على الرغم من التعرض لمياه البحر لأكثر من ثلاث سنوات. يشبه التيتانيوم المعادن الانتقالية الأخرى مثل الحديد والنيكل في كونها صلبة ومقاومة للحرارة. إن الجمع بين القوة العالية والكثافة المنخفضة (وهو خفيف للغاية مقارنة بالمعادن الأخرى ذات الخصائص الميكانيكية والحرارية المماثلة) ، ومقاومة التآكل الممتازة تجعله مفيدًا للعديد من أجزاء الطائرات والمركبات الفضائية والصواريخ والسفن. كما أنها تستخدم في الأجهزة التعويضية ، لأنها لا تتفاعل مع الأنسجة اللحمية والعظام. كما تم استخدام التيتانيوم كمزيل للأكسدة في الفولاذ وكإضافة سبائك في العديد من الفولاذ لتقليل حجم الحبوب ، في الفولاذ المقاوم للصدأ لتقليل محتوى الكربون ، في الألومنيوم لتحسين حجم الحبوب ، وفي النحاس لإنتاج تصلب.



على الرغم من أن التيتانيوم في درجات حرارة الغرفة مقاوم للتشويه ، إلا أنه في درجات الحرارة المرتفعة يتفاعل مع الأكسجين في الهواء. هذا لا يضر بخصائص التيتانيوم أثناء تزوير أو تصنيع سبائكه ؛ تتم إزالة مقياس أكسيد بعد التصنيع. ومع ذلك ، في الحالة السائلة ، يكون التيتانيوم شديد التفاعل ويقلل من جميع الحراريات المعروفة.



لا يهاجم التيتانيوم الأحماض المعدنية في درجة حرارة الغرفة أو القلويات المائية الساخنة ؛ يذوب في حمض الهيدروكلوريك الساخن ، ويعطي أنواع التيتانيوم في حالة الأكسدة +3 ، ويحولها حمض النيتريك الساخن إلى أكسيد هيدرولي غير قابل للذوبان في الأحماض أو القاعدة. أفضل المذيبات لهذا المعدن هي حمض الهيدروفلوريك أو الأحماض الأخرى التي تمت إضافة أيونات الفلورايد إليها ؛ هذه الوسائط تذوب التيتانيوم وتحتفظ به في محلول بسبب تكوين مجمعات الفلور.


مركباته
في مركباته ، يعرض التيتانيوم حالات أكسدة +2 ، +3 ، و +4 ، كما هو الحال في مركبات الأكسجين أول أكسيد التيتانيوم ، TiO ، ثلاثي أكسيد التيتانيوم ، Ti2O3 ، وثاني أكسيد التيتانيوم ، TiO2 ، على التوالي. حالة الأكسدة +4 هي الأكثر استقرارًا.

إن كيمياء التيتانيوم في حالة +2 مقيدة إلى حد ما. على النقيض من ذلك ، يتكون العديد من المركبات من التيتانيوم في حالة +3. أحد أهمها هو ثلاثي كلوريد TiCl3 ، وهو شكل بلوري مفيد بشكل خاص كمحفز في بلمرة البروبيلين التجسيمية النوعية لتصنيع بولي بروبلين بوليمر ذي قيمة تجارية.

من المركبات التي يتكون منها التيتانيوم في حالته +4 ، ثاني أكسيد ، TiO2 ، هو الأكثر أهمية. يستخدم هذا المسحوق الأبيض النقي غير السام على نطاق واسع كصبغة في الدهانات والمينا والطلاءات. يحدث في الطبيعة مثل المعادن brookite و octahedrite و anatase و rutile.

مركب آخر ذو أهمية تجارية هو رباعي كلوريد التيتانيوم ، وهو سائل عديم اللون يستخدم للحصول على معدن التيتانيوم. كما أنها تستخدم للكتابة على الهواء وإنتاج شاشات دخان وكحفاز في العديد من التفاعلات العضوية.

يتحد التيتانيوم مباشرة مع العديد من اللافلزات ، مثل الهيدروجين والهالوجينات والنيتروجين والكربون والبورون والسيليكون والكبريت في درجات حرارة مرتفعة. النتريد الناتج (TiN) ، والكربيد (TiC) ، والبوريدات (TiB و TiB2) هي مركبات خلالية مستقرة للغاية ، صلبة ، ومقاومة للحرارة.


ليست هناك تعليقات