ОКСИД ТИТАНА (IV): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Оксид титана (IV) представляет собой твердый неорганический кристаллический белый , чья химическая формула TiO ₂ , поэтому он также известен как диоксид титана. Он существует в трех кристаллических формах: рутил, анатаз и брукит. Хотя в природе он обычно окрашен из-за наличия примесей, таких как железо, хром или ванадий, чистый TiO ₂ используется в качестве белого пигмента.

Среди его характеристик мы можем выделить, что растворимость TiO _{2 в} значительной степени зависит от его химической и термической истории. Кроме того, при нагревании до высоких температур (900 ºC) он становится химически инертным. Его наиболее важными источниками являются ильменит (оксид железа и титана), рутил и анатаз.

Порошок диоксида титана. Первым загрузчиком был Уокерма из английской Википедии.

Он производится в основном в классе, подходящем для использования в качестве пигмента, что обеспечивает его отличные светорассеивающие свойства в областях, требующих непрозрачности белого цвета и глянца.

Он также производится как ультратонкий материал для применений, где требуются прозрачность и максимальное поглощение ультрафиолета (УФ). Например, как компонент солнцезащитного крема для кожи. В них TiO ₂ действует как фильтр, блокируя поглощение этих лучей.

Из-за своей химической инертности это предпочтительный белый пигмент. Однако Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) установило параметры для его безопасного использования в пищевых продуктах и ​​косметике.

Также существует ограничение на воздействие пыли оксида титана, поскольку при вдыхании пыли она может оседать в легких.

Структура

TiO ₂ имеет три кристаллические модификации: рутил, анатаз и брукит. Все эти кристаллические разновидности встречаются в природе.

Рутил

Рутил кристаллизуется в тетрагональной системе с двумя единицами TiO ₂ на ячейку. Титан имеет октаэдрическую координацию. Калориметрические исследования показали, что рутил является наиболее термостойкой кристаллической формой.

Кристаллическая структура рутила. Серые шары: титан, розовые шары: кислород. Источник твердого тела: Wikipedia Commons

Анатас

Эта форма также кристаллизуется в тетрагональной системе, но анатаз существует в виде сильно искаженных октаэдров атомов кислорода по отношению к каждому атому титана, два из которых расположены относительно близко. Он имеет 4 единицы TiO ₂ для каждой кристаллической ячейки.

Кристаллическая структура анатаза. Benjah-bmm27 Источник: Wikipedia Commons

Brookite

Он кристаллизуется в орторомбической системе с 8 единицами TiO ₂ на каждую кристаллическую ячейку.

Свойства

Физическое состояние

Кристаллическое твердое вещество.

Твердость по Моосу

Рутил: 7-7,5.

Анатас: 5,5-6.

Молекулярный вес

79,87 г / моль.

Температура плавления

Рутил: 1830-1850 ° С.

Анатаз: при нагревании превращается в рутил.

плотность

Рутил: 4250 г / см ³

Анатаз: 4,133 г / см ³

Брукит: 3895 г / см ³

Растворимость

Нерастворим в воде и органических растворителях. Медленно растворяется в HF и горячей концентрированной H ₂ SO ₄ . Нерастворим в HCl и HNO ₃ .

pH

7.5.

Показатель преломления

Рутил: 2,75 при 550 нм.

Анатаз: 2,54 при 550 нм.

У него самый высокий показатель преломления из всех неорганических пигментов.

Другие свойства

Анатаз быстро превращается в рутил при температуре выше 700 ° C. TiO ₂ , прокаленный при 900 ° C, слабо растворяется в основаниях, плавиковой кислоте и горячей серной кислоте. Он не подвергается воздействию слабых неорганических кислот или органических кислот. Его нелегко восстановить или окислить.

Анатаз и рутил - широкополосные полупроводники, но их электропроводность зависит от наличия примесей и дефектов в кристалле.

Номенклатура

-Диоксид титана

-Рутильный

-Анатаз

-Brookita

-Титания

Приложения

Белые пигменты

Наиболее важное применение оксида титана (IV) - это белый пигмент в широком спектре продуктов, включая краски, лаки, клеи, пластмассы, бумагу и печатные краски. Это связано с его высоким показателем преломления и химической инертностью.

Источник: Pexels.com

Диоксид титана, используемый в качестве белого пигмента, должен иметь высокую чистоту. Его непрозрачность и яркость обусловлены его способностью рассеивать свет. Он ярче алмаза. Хорошими пигментационными свойствами обладают только рутил и анатаз.

пластики

В пластмассах TiO ₂ сводит к минимуму хрупкость и растрескивание, которые могут возникнуть в результате воздействия света.

Это наиболее важный пигмент при производстве пластиковых изделий из ПВХ для наружного применения, поскольку он обеспечивает защиту материала от ультрафиолета.

Оптимальная кристаллическая форма в этом случае - рутил. В этом случае рутил должен иметь покрытие поверхности из циркония, диоксида кремния или алюминия, чтобы минимизировать фотокаталитический эффект TiO ₂ при разложении ПВХ.

Другое использование

Другие применения включают стекловидные эмали, используемые для стали и чугуна, которые придают непрозрачность и устойчивость к кислотам.

В текстильной промышленности он используется в нитенаправителях, поэтому они легко скользят во время прядения. Трение между нитками и направляющими создает статическое электричество. Чтобы рассеять его, TiO ₂ необходимо сжечь при 1300 ºC, чтобы он имел большую электропроводность.

Другие области применения включают пигментацию типографских красок, резины, текстиля, кожи, синтетических волокон, керамики, белого цемента, напольных покрытий и кровельных материалов. В качестве покрытия для бумаги TiO ₂ делает его более белым, ярким и непрозрачным.

Он используется в косметике, чтобы скрыть недостатки кожи, а также для придания белизны зубной пасте и мылу.

Он защищает продукты питания, напитки, пищевые добавки и фармацевтические продукты от преждевременной деградации, вызванной действием света, продлевая срок службы продукта.

Это компонент при производстве стекла, керамики и электрокерамики. Применяется в элементах электрических схем. Он также используется в кислородном датчике выхлопной системы автомобиля.

Ультратонкий TiO ₂ используется в качестве компонента солнцезащитного крема, поскольку он является сильным поглотителем ультрафиолетовых (УФ) лучей, как УФ-А, так и УФ-В. Лучи УФ-А вызывают морщины и старение кожи, а УФ-В вызывают ожоги и эритему.

Наночастицы TiO ₂ используются в качестве материала носителя для катализаторов химических реакций.

Анатаз - эффективный фотокатализатор, окисляющий органические соединения. Чем меньше его частицы, тем он эффективнее.

Ссылки

1. Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри. (1980). Продвинутая неорганическая химия. Джон Вили и сыновья.
2. Кирк-Отмер (1994). Энциклопедия химической технологии. Том 19 и 24. Издание четвертое. Джон Вили и сыновья.
3. Факты химической безопасности. (2019). Диоксид титана. Получено с: chemicalsafetyfacts.org
4. Выпич, Георгий. (2015). Добавки ПВХ. В формуляре ПВХ (второе издание). Получено с sciencedirect.com
5. Деннинг, Р. (2009). Улучшение шерстяных изделий с помощью нанотехнологий. В достижениях в технологии шерсти. Получено с sciencedirect.com
6. Национальная медицинская библиотека. (2019). Диоксид титана. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov