Что такое оксид титана

Оксид титана

Оксид титана(IV) (диоксид титана, двуокись титана, титановые белила, пищевой краситель E171) TiO₂ — амфотерный оксид четырёхвалентного титана. Является основным продуктом титановой индустрии (на производство чистого титана идёт лишь около 5 % титановой руды). [1]

Содержание

Строение

Оксид титана существует в виде нескольких модификаций. В природе встречаются кристаллы с тетрагональной сингонией (анатаз, рутил) и ромбической сингонией (брукит). Искусственно получены ещё две модификации высокого давления — ромбическая IV и гексагональная V.

При нагревании и анатаз, и брукит необратимо превращаются в рутил (температуры перехода соответственно 400—1000°C и около 750 °C). Основой структур этих модификаций являются октаэдры TiO₆, то есть каждый ион Ti 4+ окружён шестью ионами O 2- , а каждый ион O 2- окружён тремя ионами Ti 4+ . Октаэдры расположены таким образом, что каждый ион кислорода принадлежит трём октаэдрам. В анатазе на один октаэдр приходятся 4 общих ребра, в рутиле — 2.

Нахождение в природе

В чистом виде в природе встречается в виде минералов рутила, анатаза и брукита (по строению первые два имеют тетрагональную, а последний – ромбическую сингонию), причём основную часть составляет рутил.

Третье в мире по запасам рутила месторождение находится в Рассказовском районе Тамбовской области. Крупные месторождения находятся также в Чили (Cerro Bianco), канадской провинции Квебек, Сьерра-Леоне.

Свойства

Физические, термодинамическе свойства

Чистый диоксид титана — бесцветные кристаллы (желтеет при нагревании). Для технических целей применяется в раздробленном состоянии, представляя собой белый порошок. Не растворяется в воде и разбавленных минеральных кислотах (за исключением плавиковой).

• Температура плавления для рутила — 1870 °C (по другим данным — 1850 °C, 1855 °C)
• Температура кипения для рутила — 2500 °C.
• Плотность при 20 °C:

для рутила 4,235 г/см 3 [2] для анатаза 4,05 г/см 3 [2] (3,95 г/см 3 [3] ) для брукита 4,1 г/см 3 [2]

• Температура разложения для рутила 2900 °C [3]

Температура плавления, кипения и разложения для других модификаций не указана, т.к. они переходят в рутильную форму при нагревании (см. выше).

Вследствие более плотной упаковки ионов в кристалле рутила увеличивается их взаимное притяжение, снижается фотохимическая активность, увеличиваются твёрдость (абразивность), показатель преломления (2,55 — у анатаза и 2,7 — у рутила), диэлектрическая постоянная.

Химические свойства

Диоксид титана амфотерен, то есть проявляет как осно́вные, так и кислотные свойства (хотя реагирует главным образом с концентрированными кислотами).

Медленно растворяется в концентированной серной кислоте, образуя соответствующие соли четырёхвалентного титана:

В концентрированных растворах щелочей или при сплавлении с ними образуются титанаты — соли титановой кислоты (амфотерного гидроксида титана TiO(OH)₂)

То же происходит и в концентрированных растворах карбонатов или гидрокарбонатов:

C перекисью водорода даёт ортотитановую кислоту:

При нагревании с аммиаком даёт нитрид титана:

При сплавлении с оксидами, гидроксидами и карбонатами образуются титанаты и двойные оксиды:

При нагревании восстанавливается углеродом и активными металлами (Mg, Ca, Na) до низших оксидов.

При нагревании с хлором в присутствии восстановителей (углерода) образует тетрахлорид титана.

Нагревание до 2200 °C приводит сначала к отщеплению кислорода с образованием синего Ti₃O₅ (то есть TiO₂·Ti₂O₃), а затем и тёмно-фиолетового Ti₂O₃.

Гидратированный диоксид TiO₂·nH₂O [гидроксид титана(IV), оксо-гидрат титана, оксогидроксид титана] в зависимости от условий получения может содержать переменные количества связанных с Ti групп ОН, структурную воду, кислотные остатки и адсорбированные катионы. Полученный на холоде свежеосажденный TiO₂·nH₂O хорошо растворяется в разбавленных минеральных и сильных органических кислотах, но почти не растворяется в растворах щелочей. Легко пептизируется с образованием устойчивых коллоидных растворов. При высушивании на воздухе образует объёмистый белый порошок плотностью 2,6 г/см³, приближающийся по составу к формуле TiO₂·2H₂O (ортотитановая кислота). При нагревании и длительной сушке в вакууме постепенно обезвоживается, приближаясь по составу к формуле TiO₂·H₂O (метатитановая кислота). Осадки такого состава получаются при осаждении из горячих растворов, при взаимодействии металлического титана с HNO₃ и т. п. Их плотность

3,2 г/см³ и выше. Они практически не растворяются в разбавленных кислотах, не способны пептизироваться.

При старении осадки TiO₂·nH₂O постепенно превращается в безводный диоксид, удерживающий в связанном состоянии адсорбированные катионы и анионы. Старение ускоряется кипячением суспензии с водой. Структура образующегося при старении TiO₂ определяется условиями осаждения. При осаждении аммиаком из солянокислых растворов при рН [11]

Основными производители и экспортёры диоксида титана:

• KEMIRA PIGMENTS OY (Финляндия)
• ЗАО «Крымский Титан» (АР Крым)
• KRONOS TITAN GmbH & Co. OHG (Германия)
• Sachtleben (Германия)
• Kerr-McGee (США)

В последние годы чрезвычайно быстро растет производство диоксида титана в Китае.

В России пигментный диоксид титана не производят, но производят технические марки, используемые в металлургии. На территории СНГ диоксид титана производится на Украине предприятиями «Сумыхимпром», город Сумы, «Крымский титан», г. Армянск) и КП “Титано-магниевый комбинат” (г. Запорожье). Сумский государственный институт минеральных удобрений и пигментов (МИНДИП) в своих научно-исследовательских работах особое место уделяет технология получения оксида титана (IV) сульфатным способом: исследование, разработка новых марок, модернизация технологии и аппаратурного оформления процесса.

Как указано выше, диоксид титана встречается в виде минералов, однако этого источника недостаточно, поэтому значительная его часть производится. Существуют два основных промышленных метода получения TiO₂: из ильменитового (FeTiO₃) концентрата и из тетрахлорида титана.

Производство диоксида титана из ильменитового концентрата

Технология производства состоит из трёх этапов:

• получение растворов сульфата титана (путём обработки ильменитовых концентратов серной кислотой). В результате получают смесь сульфата титана и сульфатов железа (II) и (III), последний восстанавливают металлическим железом до степени окисления железа +2. После восстановления на барабанных вакуум-фильтрах отделяют растворов сульфтов от шлама. Сульфат железа(II) отделяют в вакуум-кристаллизаторе.
• гидролиз раствора сульфатных солей титана. Гидролиз проводят методом введения зародышей (их готовят осаждая Ti(OH)₄ из растворов сульфата титана гидроксидом натрия). На этапе гидролиза образующиеся частицы гидролизата (гидратов диоксида титана) обладают высокой адсорбционной способностью, особенно по отношению к солям Fe 3+ , именно по этой причине на предыдущей стадии трёхвалентное железо восстанавливается до двухвалентного. Варьируя условия проведения гидролиза (концентрацию, длительность стадий, количество зародышей, кислотность и т. п.) можно добиться выхода частиц гидролизата с заданными свойствами, в зависимости от предполагаемого применения.
• термообработка гидратов диоксида титана. На этом этапе, варьируя температуру сушки и используя добавки (такие, как оксид цинка, хлорид титана и используя другие методы можно провести рутилизацию (то есть перестройку оксида титана в рутильную модификацию). Для термообработки используют вращающиеся барабанные печи длиной 40—60 м. При термообработке испаряется вода (гидроксид титана и гидраты оксида титана переходят в форму диоксида титана), а также диоксид серы.

Производство диоксида титана из тетрахлорида титана

Существуют три основных метода получения диоксида титана из его тетрахлорида:

• гидролиз водных растворов тетрахлорида титана (с последующей термообработкой осадка)
• парофазный гидролиз тетрахлорида титана (основан на взаимодействии паров тетрахлорида титана с парами воды). Процесс обычно ведётся при температуре 900—1000°C
• термообработка тетрахлорида (сжигание в токе кислорода)

Применение

Основные применения диоксида титана:

• производителей лакокрасочных материалов, в частности, титановых белил — 57 % от всего потребления [11] (диоксид титана рутильной модификации обладает более высокими пигментными свойствами — светостойкостью, разбеливающей способностью и др.)
• производство пластмасс — 21 % [11]
• производство ламинированной бумаги — 14 % [11]

Диоксид титана

В современно мире титановая индустрия развивается стремительно. Она является источником появления большого количества веществ, которые используются в разных сферах промышленности.

Характеристики диоксид титана

Диоксид титана обладает большим количеством названий. Он является амфотерным оксидом четырехвалентного титана. Он играет важную роль в развитии титановой индустрии. Только пять процентов титановой руды идет на производство оксида титана.

Есть большое количество модификаций диоксида титана. В природе встречаются кристаллы титана, которые обладают формой ромба или четырехугольника.

Формула диоксид титана

Диоксид титана формула представлена следующим образом: TiO2.

Диоксид титана нашел широкое распространение в различных отраслях промышленности. Он известен во всем мире в качестве такой пищевой добавки, как Е-171. Однако у данного компонента есть ряд негативных действий, что может свидетельствовать о том, что диоксид титана вред несет для организма человека. Известно, что этот компонент обладает отбеливающими качествами. Это может быть хорошо при производстве синтетических моющих средств. Вред для организма человека этой пищевой добавки представляет собой угрозу печени и почкам.

Вред от диоксид титана

В пищевой промышленности есть вероятность появления вреда от диоксида титана. При избыточном его использовании продукция может приобрести нежелательный оттенок, что только оттолкнет потребителей.

Диоксид титана обладает достаточно низким уровнем токсичности.

Он может стать токсичным при взаимодействии с другими компонентами какой – либо продукции. Использование продукции с высоким содержанием токсинов может привести к отравлениям или даже к смертельному исходу. Поэтому очень важно знать, с какими элементами не стоит использовать оксид титана.

Свойства диоксида титана

У диоксида титана имеется большое количество характерных для него свойств. Они определяют возможность его использования в разных отраслях промышленности. Диоксид титана свойства имеет следующие:

• отличная степень отбеливания различных видов материалов,
• отлично взаимодействует с веществами, которые предназначены для образования пленки,
• устойчивость к высокому уровню влажности и к условиям окружающей среды,
• низкий уровень токсичности,
• высокий уровень стойкости с химической точки зрения.

Получение диоксид титана

Ежегодно в мире производится более пяти миллионов тонн диоксида титана. За последнее время его производство очень сильно увеличил Китай. Мировыми лидерами по получению этого вещества являются США, Финляндия, Германия. Именно эти государства имеют большие возможности для получения этого компонента. Они экспортируют его в разные страны мира.

Диоксид титана получение возможно двумя основными методами:

1. Изготовление диоксида титана из ильменитового концентрата.

На производственных предприятиях процесс получения оксида титана таким образом делится на три этапа. На первом из них осуществляется обработка ильменитовых концентратов при помощи серной кислоты. В итоге образуются два компонента сульфат железа и сульфат титана. Затем осуществляет повышения уровня окисления железа. В специальных фильтрах происходит разделение сульфатов и шламов. На втором этапе производится гидролиз сульфатный солей титана. Гидролиз осуществляется путем использования зародышей из растворов сульфатов. В результате образуются гидраты оксида титана. На третьем этапе производится их нагревание до определенной температуры.

2. Изготовление диоксида титана из тетрахлорида титана.

В данном виде получения вещества существует три метода, которые представлены:

• гидролизом водных растворов тетрахлорида титана,
• парофазным гидролизом тетрахлорида титана,
• термической обработкой тетрахлорида титана.

В чём разница?

Разница между оксидом титана и диоксидом титана

Ключевое различие между оксидом титана и диоксидом титана состоит в том, что оксид титана содержит один анион кислорода на один катион титана, тогда как диоксид титана содержит два аниона кислорода на один катион титана.

Титан — это химический элемент, имеющий химический символ Ti и атомный номер 22. Это блестящий металл, который подпадает под категорию переходных металлов. В качестве основной характеристики он обладает высокой прочностью по сравнению с низкой плотностью и значит меньшей массой. Этот элемент может иметь несколько степеней окисления, но наиболее стабильное состояние окисления составляет +4. Он может образовывать несколько оксидов, таких как оксид титана (II), оксид титана (III) и диоксид титана.

Содержание

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое оксид титана
3. Что такое диоксид титана
4. В чем разница между оксидом титана и диоксидом титана
5. Заключение

Что такое оксид титана?

Оксид титана представляет собой неорганическое соединение, имеющее химическую формулу TiO. Мы называем это соединение моноксидом титана или оксидом титана(II). Молярная масса этого соединения составляет 63,87 г/моль. Внешне он похож на бронзовые кристаллы. Кроме того, он имеет высокую температуру плавления, которая составляет 1750 °С, и плотность его составляет 4,95 г/см 3 . При рассмотрении кристаллической структуры этого соединения, можно увидеть кубическую структуру.

Получают это соединение из диоксида титана или из металлического титана. Эта реакция должна проходить при температуре 1500 °C. Кроме того, кислотные растворы этого соединения стабильны в течение короткого времени, но позже оно разлагается с образованием водорода. Эта реакция выглядит следующим образом:

2Ti 2+ (aq) + 2H + (aq) → 2Ti 3+ (aq) + H₂(g)

Что такое диоксид титана?

Диоксид титана представляет собой неорганическое соединение, имеющее химическую формулу TiO₂. Это природный оксид титана. Кроме того, это соединение называется оксидом титана(IV). Молярная масса этого соединения составляет 79,87 г/моль. Внешне он похож на белое твердое вещество. Он имеет высокую температуру плавления, которая составляет 1843 °C. Плотность этого соединения варьируется в зависимости от типа кристаллической структуры, в которая оно имеет. Например, плотность кристаллической структуры рутила составляет 4,23 г/см 3 , тогда как плотность кристаллической структуры анатаза составляет 3,78 г/см 3 .

Получают это соединение с помощью переработки титаносодержащего песка, такого как минеральный песок ильменит. Основные области применения этого соединения, это производство пигментов из диоксида титана, используется в производстве красок, бумаги, пластмасс и т.д.

В чем разница между оксидом титана и диоксидом титана?

Оксид титана представляет собой неорганическое соединение, имеющее химическую формулу TiO, тогда как диоксид титана представляет собой неорганическое соединение, имеющее химическую формулу TiO₂. Следовательно, оксид титана содержит один анион кислорода на один катион титана, но диоксид титана содержит два аниона кислорода на один катион титана. Кроме того, из-за этой структуры они также имеют разные молярные массы и разные температуры плавления. Степень окисления титана в каждом соединении отличается друг от друга; степень окисления титана в оксиде титана составляет +2, в то время как степень окисления титана в диоксиде титана составляет +4. Это еще одно важное различие между оксидом титана и диоксидом титана.

Краткое содержание — Оксид титана против диоксида титана

Оксид титана и диоксид титана являются важными оксидами химического элемента титана. Ключевое различие между оксидом титана и диоксидом титана состоит в том, что оксид титана содержит один анион кислорода на один катион титана, но диоксид титана содержит два аниона кислорода на один катион титана из-за этой структуры они также имеют разные молярные массы и разные температуры плавления.

Источники:

https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1073602
https://lkmprom.ru/clauses/issledovaniya/dioksid-titana-ego-svoystva-i-vred-ot-ispolzovaniy/
https://raznisa.ru/raznica-mezhdu-oksidom-titana-i-dioksidom-titana/