ዘላለማዊ፣ ሚስጥራዊ፣ ኮስሚክ፣ የወደፊቷ ቁሳቁስ - እነዚህ ሁሉ እና ሌሎች በርካታ ምሳሌዎች ለቲታኒየም በተለያዩ ምንጮች ተሰጥተዋል። የዚህ ብረት ግኝት ታሪክ ቀላል አልነበረም: በተመሳሳይ ጊዜ, በርካታ ሳይንቲስቶች ንጥረ ነገሩን በንጹህ መልክ ለመለየት ሠርተዋል. አካላዊ, ኬሚካላዊ ባህሪያትን የማጥናት እና የአተገባበሩን ቦታዎች የመወሰን ሂደት እስካሁን አልተጠናቀቀም. ቲታኒየም የወደፊቱ ብረት ነው, በሰው ሕይወት ውስጥ ያለው ቦታ በመጨረሻ አልተወሰነም, ይህም ለዘመናዊ ተመራማሪዎች ለፈጠራ እና ለሳይንሳዊ ምርምር ትልቅ ቦታ ይሰጣል.
ባህሪ
የኬሚካል ንጥረ ነገር ቲታኒየም (ቲታኒየም) በዲ.አይ. ሜንዴሌቭ ወቅታዊ ሰንጠረዥ ውስጥ በቲ ምልክት ተጠቁሟል። በአራተኛው ክፍለ ጊዜ ቡድን IV ሁለተኛ ደረጃ ንዑስ ቡድን ውስጥ የሚገኝ ሲሆን ተከታታይ ቁጥር 22 አለው ቀላል ንጥረ ነገር ቲታኒየም ነጭ-ብር ብረት, ቀላል እና ዘላቂ ነው. የአቶም ኤሌክትሮኒክ ውቅር የሚከተለው መዋቅር አለው፡ +22)2)8)10)2፣ 1S22S22P 6 3S23P63d24S 2 ። በዚህ መሠረት ቲታኒየም በርካታ የኦክሳይድ ሁኔታዎች አሉት-2,3፣ 4፣ በጣም በተረጋጉ ውህዶች ውስጥ tetravalent ነው።
ቲታኒየም - ቅይጥ ወይስ ብረት?
ይህ ጥያቄ ብዙዎችን ያስባል። በ 1910 አሜሪካዊው ኬሚስት ሃንተር የመጀመሪያውን ንጹህ ቲታኒየም አገኘ. ብረቱ 1% ቆሻሻዎችን ብቻ ይዟል, ግን በተመሳሳይ ጊዜ, መጠኑ አነስተኛ ሆኖ ተገኝቷል እና ንብረቶቹን የበለጠ ለማጥናት አልቻለም. የተገኘው ንጥረ ነገር ፕላስቲክ በከፍተኛ ሙቀቶች ተጽዕኖ ብቻ ተገኝቷል ፣ በመደበኛ ሁኔታዎች (የክፍል ሙቀት) ፣ ናሙናው በጣም ደካማ ነበር። እንደ እውነቱ ከሆነ, ይህ ንጥረ ነገር ሳይንቲስቶችን አልወደደም, ምክንያቱም አጠቃቀሙ ላይ ያለው ተስፋ በጣም እርግጠኛ ያልሆነ ይመስላል. የማግኘት እና ምርምር አስቸጋሪነት አተገባበሩን የበለጠ ቀንሷል። እ.ኤ.አ. በ 1925 ብቻ ከኔዘርላንድስ I. de Boer እና A. Van Arkel የመጡ ኬሚስቶች የታይታኒየም ብረትን ተቀበሉ ፣ የዚህም ባህሪው በዓለም ዙሪያ ያሉ መሐንዲሶችን እና ዲዛይነሮችን ትኩረት ስቧል። የዚህ ንጥረ ነገር ጥናት ታሪክ የሚጀምረው በ 1790 ነው, በትክክል በዚህ ጊዜ, በትይዩ, እርስ በእርሳቸው ተለይተው, ሁለት ሳይንቲስቶች ቲታኒየምን እንደ ኬሚካላዊ ንጥረ ነገር አግኝተዋል. እያንዳንዳቸው የንጹህ ንጥረ ነገር ውህድ (ኦክሳይድ) ይቀበላሉ, ብረቱን በንጹህ መልክ ውስጥ መለየት አለመቻል. የታይታኒየም ፈላጊው እንግሊዛዊው የማዕድን ጥናት ሊቅ መነኩሴ ዊሊያም ግሪጎር ነው። በእንግሊዝ ደቡብ ምዕራባዊ ክፍል ውስጥ በሚገኘው የእሱ ደብር ግዛት ላይ ወጣቱ ሳይንቲስት የሜናከን ሸለቆ ጥቁር አሸዋ ማጥናት ጀመረ. ከማግኔት ጋር የተደረጉ ሙከራዎች ውጤት የታይታኒየም ውህድ የሆኑትን የሚያብረቀርቁ ጥራጥሬዎች ተለቀቀ. በተመሳሳይ ጊዜ በጀርመን ውስጥ የኬሚስትሪ ባለሙያው ማርቲን ሃይንሪክ ክላፕሮት ከማዕድን ውስጥ አዲስ ንጥረ ነገር ለይቷል.rutile. በ1797 ደግሞ በትይዩ የተከፈቱ ንጥረ ነገሮች ተመሳሳይ መሆናቸውን አረጋግጧል። ቲታኒየም ዳይኦክሳይድ ለብዙ ኬሚስቶች ከመቶ ለሚበልጥ ጊዜ እንቆቅልሽ ሆኖ ቆይቷል፣ እና ቤርዜሊየስ እንኳን ንጹህ ብረት ማግኘት አልቻለም። የ 20 ኛው ክፍለ ዘመን የቅርብ ጊዜ ቴክኖሎጂዎች የተጠቀሰውን አካል የማጥናት ሂደትን በእጅጉ ያፋጥኑ እና አጠቃቀሙን የመጀመሪያ አቅጣጫዎችን ወስነዋል ። በተመሳሳይ ጊዜ የመተግበሪያው ወሰን ያለማቋረጥ እየሰፋ ነው. እንደ ንጹህ ቲታኒየም ያሉ ንጥረ ነገሮችን የማግኘት ሂደት ውስብስብነት ብቻ ወሰን ሊገድበው ይችላል. የአሎይስ እና የብረታ ብረት ዋጋ በጣም ከፍተኛ ነው፣ ስለዚህ ዛሬ ባህላዊ ብረት እና አሉሚኒየም ማፈናቀል አይችልም።
የስሙ አመጣጥ
Menakin - የቲታኒየም የመጀመሪያ ስም፣ እሱም እስከ 1795 ድረስ ጥቅም ላይ ውሏል። በዚህ መንገድ ነው፣ በግዛት ግንኙነት፣ ደብሊው ግሬጎር አዲሱን ኤለመንቱን ጠራው። ማርቲን ክላፕሮዝ ለኤለመንቱ “ቲታኒየም” የሚለውን ስም በ1797 ሰጠው። በዚህ ጊዜ የፈረንሣይ ባልደረቦቹ በትክክለኛ ታዋቂ ኬሚስት ኤ.ኤል. ላቮይየር የሚመራው አዲስ የተገኙትን ንጥረ ነገሮች በመሠረታዊ ንብረታቸው መሠረት ለመሰየም ሐሳብ አቀረቡ። ጀርመናዊው ሳይንቲስት በዚህ አቀራረብ አልተስማማም ፣ በግኝቱ ደረጃ በአንድ ንጥረ ነገር ውስጥ ያሉትን ሁሉንም ባህሪዎች መወሰን እና በስሙ ውስጥ ማንፀባረቅ ከባድ እንደሆነ በትክክል ያምን ነበር። ሆኖም ፣ በክላፕሮት በትክክል የተመረጠው ቃል ሙሉ በሙሉ ከብረት ጋር እንደሚዛመድ መታወቅ አለበት - ይህ በዘመናዊ ሳይንቲስቶች ደጋግሞ አጽንኦት ተሰጥቶታል። የታይታኒየም ስም አመጣጥ ሁለት ዋና ንድፈ ሐሳቦች አሉ. ብረቱ ለኤልቨን ንግሥት ታይታኒያ ክብር ሊሰየም ይችላል።(የጀርመን አፈ ታሪክ ባህሪ). ይህ ስም የንብረቱን ቀላልነት እና ጥንካሬን ያመለክታል. አብዛኞቹ የሳይንስ ሊቃውንት የጥንቷ ግሪክ አፈ ታሪክን የተጠቀሙበትን ሥሪት የመጠቀም ዝንባሌ አላቸው ፣ በዚህ ውስጥ የጋያ አምላክ አምላክ ኃያላን ልጆች ቲታን ተብለው ይጠሩ ነበር። ከዚህ ቀደም የተገኘው ኤለመንት፣ ዩራኒየም፣ ይህን ስሪት የሚደግፍም ይናገራል።
በተፈጥሮ ውስጥ መሆን
ለሰው ልጅ ቴክኒካል ዋጋ ካላቸው ብረቶች ውስጥ ቲታኒየም በመሬት ቅርፊት ውስጥ በአራተኛ ደረጃ ላይ ይገኛል። ብረት, ማግኒዥየም እና አሉሚኒየም ብቻ በተፈጥሮ ውስጥ ትልቅ መቶኛ ተለይተው ይታወቃሉ. የቲታኒየም ከፍተኛው ይዘት በባዝልት ዛጎል ውስጥ ይጠቀሳል, በግራናይት ንብርብር ውስጥ ትንሽ ያነሰ ነው. በባህር ውሃ ውስጥ, የዚህ ንጥረ ነገር ይዘት ዝቅተኛ ነው - በግምት 0.001 mg / l. የኬሚካል ንጥረ ነገር ቲታኒየም በጣም ንቁ ነው, ስለዚህ በንጹህ መልክ ሊገኝ አይችልም. ብዙውን ጊዜ, ከኦክሲጅን ጋር በተያያዙ ውህዶች ውስጥ ይገኛል, እሱም አራት ቫልዩም አለው. ቲታኒየም የያዙ ማዕድናት ብዛት ከ 63 ወደ 75 (በተለያዩ ምንጮች) ይለያያል, አሁን ባለው የምርምር ደረጃ, ሳይንቲስቶች አዳዲስ ውህዶችን ማግኘታቸውን ቀጥለዋል. ለተግባራዊ አጠቃቀም፣ የሚከተሉት ማዕድናት ከፍተኛ ጠቀሜታ አላቸው፡
- ኢልሜኒቴ (ፌቲኦ3)።
- Rutile (ቲኦ2)።
- Titanit (CaTiSiO5)።
- Perovskite (CaTiO3)።
- Titanomagnetite (FeTiO3+ፌ3O4) ወዘተ
።
ሁሉም ነባር የታይታኒየም ተሸካሚ ማዕድናት ተከፍለዋል።ተራ እና መሰረታዊ. ይህ ንጥረ ነገር ደካማ ስደተኛ ነው, ሊጓጓዝ የሚችለው በሮክ ስብርባሪዎች ወይም በሚንቀሳቀሱ የታች ዓለቶች ብቻ ነው. በባዮስፌር ውስጥ ትልቁ የቲታኒየም መጠን በአልጌዎች ውስጥ ይገኛል. በምድራዊ እንስሳት ተወካዮች ውስጥ, ንጥረ ነገሩ በቀንድ ቲሹዎች, በፀጉር ውስጥ ይከማቻል. የሰው አካል በአክቱ ውስጥ የታይታኒየም መኖር ፣ አድሬናል እጢ ፣ ፕላሴንታ ፣ ታይሮይድ እጢ በመኖሩ ይታወቃል።
አካላዊ ንብረቶች
ቲታኒየም ብረት ያልሆነ ብረት ሲሆን ብርማ ነጭ ቀለም ያለው ብረት የሚመስል ነው። በ0 0C የሙቀት መጠኑ 4.517 ግ/ሴሜ3 ነው። ንጥረ ነገሩ ለአልካላይን ብረቶች (ካድሚየም, ሶዲየም, ሊቲየም, ሲሲየም) የተለመደ ዝቅተኛ የተወሰነ የስበት ኃይል አለው. ከጥቅም አንፃር ፣ ቲታኒየም በብረት እና በአሉሚኒየም መካከል መካከለኛ ቦታ ይይዛል ፣ አፈፃፀሙ ከሁለቱም አካላት የበለጠ ነው። የመተግበሪያቸውን ወሰን ሲወስኑ የሚወሰዱት የብረታ ብረት ዋና ዋና ባህሪያት የምርት ጥንካሬ እና ጥንካሬ ናቸው. ቲታኒየም ከአሉሚኒየም 12 ጊዜ, ከብረት እና ከመዳብ በ 4 እጥፍ ይበልጣል, በጣም ቀላል ነው. የንጹህ ንጥረ ነገር ፕላስቲክነት እና የምርት ጥንካሬው እንደ ሌሎች ብረቶች በዝቅተኛ እና ከፍተኛ የሙቀት መጠን እንዲሰራ ያደርገዋል, ማለትም, በመገጣጠም, በመገጣጠም, በመገጣጠም, በማሽከርከር. የቲታኒየም ልዩ ባህሪ ዝቅተኛ የሙቀት እና የኤሌትሪክ ኮንዳክሽን ነው፣እነዚህ ንብረቶች ግን ከፍ ባለ የሙቀት መጠን እስከ 500 0С ተጠብቀዋል። በመግነጢሳዊ መስክ ውስጥ, ቲታኒየም ፓራማግኔቲክ ንጥረ ነገር ነው, አይሰራምእንደ ብረት ይሳባል, እና እንደ መዳብ አይገፋም. ኃይለኛ በሆኑ አካባቢዎች እና በሜካኒካዊ ጭንቀት ውስጥ በጣም ከፍተኛ የፀረ-ሙስና አፈፃፀም ልዩ ነው. ከ 10 አመት በላይ በባህር ውሃ ውስጥ የቲታኒየም ፕላስቲን መልክ እና ስብጥር አልተለወጠም. በዚህ ጉዳይ ላይ ያለው ብረት በዝገት ሙሉ በሙሉ ይጠፋል።
የቲታኒየም ቴርሞዳይናሚክስ ባህሪያት
- Density (በመደበኛ ሁኔታዎች) 4.54g/ሴሜ3።
- አቶሚክ ቁጥሩ 22 ነው።
- የብረታ ብረት ቡድን - ተከላካይ፣ ብርሃን።
- የቲታኒየም አቶሚክ ክብደት 47.0 ነው።
- የመፍላት ነጥብ (0С) - 3260.
- የሞላር መጠን ሴሜ3/mol – 10፣ 6.
- የቲታኒየም መቅለጥ ነጥብ (0С) - 1668።
- የተወሰነ ሙቀት (ኪጄ/ሞል) - 422, 6.
- የኤሌክትሪክ መቋቋም (በ20 0С) Ohmcm10-6 - 45.
ነው።
የኬሚካል ንብረቶች
የኤለመንቱ የዝገት የመቋቋም አቅም መጨመር ትንሽ ኦክሳይድ ፊልም ላይ ላይ በመፈጠሩ ነው። እንደ ቲታኒየም ብረት ባሉ ንጥረ ነገሮች በከባቢ አየር ውስጥ በጋዞች (ኦክስጅን ፣ ሃይድሮጂን) ኬሚካዊ ግብረመልሶችን ይከላከላል (በመደበኛ ሁኔታዎች)። የእሱ ባህሪያት በሙቀት ተጽዕኖ ይለወጣሉ. ወደ 600 0С ሲጨምር ከኦክሲጅን ጋር መስተጋብር ይፈጥራል፣ይህም ታይትኒየም ኦክሳይድ (TiO2) ይፈጥራል። የከባቢ አየር ጋዞችን በሚወስዱበት ጊዜ የሚሰባበሩ ውህዶች ምንም ተግባራዊ አተገባበር የላቸውም ፣ ለዚህም ነው የታይታኒየም ብየዳ እና ማቅለጥ በቫኩም ውስጥ ይከናወናሉ ። ሊቀለበስ የሚችል ምላሽበብረት ውስጥ የሃይድሮጂን መሟሟት ሂደት ነው፣ በሙቀት መጨመር (ከ400 0С እና ከዚያ በላይ) በንቃት ይከሰታል። ቲታኒየም, በተለይም ትናንሽ ቅንጣቶች (ቀጭን ሰሃን ወይም ሽቦ), በናይትሮጅን ከባቢ አየር ውስጥ ይቃጠላሉ. የግንኙነቱ ኬሚካላዊ ምላሽ የሚቻለው በ700 0С የሙቀት መጠን ብቻ ነው፣ይህም የቲኤን ናይትራይድ መፈጠርን ያስከትላል። ከብዙ ብረቶች ጋር በጣም ጠንካራ ውህዶችን ይፈጥራል፣ ብዙ ጊዜ እንደ ቅይጥ አካል። እሱ ከ halogens (ክሮሚየም ፣ ብሮሚን ፣ አዮዲን) ጋር ምላሽ የሚሰጠው በአደጋ (ከፍተኛ ሙቀት) እና ከደረቅ ንጥረ ነገር ጋር መስተጋብር በሚፈጠርበት ጊዜ ብቻ ነው። በዚህ ሁኔታ, በጣም ጠንካራ የማጣቀሻ ቅይጥዎች ይፈጠራሉ. በአብዛኛዎቹ አልካላይስ እና አሲዶች መፍትሄዎች ቲታኒየም በኬሚካላዊ መልኩ ንቁ ያልሆነ ነው, ከተከማቸ ሰልፈሪክ (ከረጅም ጊዜ መፍላት ጋር), ሃይድሮፍሎሪክ, ሙቅ ኦርጋኒክ (ፎርሚክ, ኦክሳሊክ).
በስተቀር.
ተቀማጭ ገንዘብ
የኢልሜኒት ማዕድኖች በተፈጥሮ ውስጥ በጣም የተለመዱ ናቸው - የእነሱ ክምችት 800 ሚሊዮን ቶን ይገመታል። የሩቲል ክምችቶች ክምችቶች በጣም መጠነኛ ናቸው, ነገር ግን አጠቃላይ ድምር - የምርት እድገትን በሚቀጥልበት ጊዜ - የሰው ልጅ በሚቀጥሉት 120 አመታት ውስጥ እንደ ቲታኒየም ያለ ብረት ማቅረብ አለበት. የተጠናቀቀው ምርት ዋጋ በፍላጎት እና በማኑፋክቸሪንግ ደረጃ ላይ የሚመረኮዝ ይሆናል, ነገር ግን በአማካይ ከ 1200 እስከ 1800 ሩብልስ / ኪ.ግ. በቋሚ ቴክኒካል ማሻሻያ ሁኔታዎች ውስጥ የሁሉም የምርት ሂደቶች ዋጋ በጊዜው ዘመናዊነት በእጅጉ ይቀንሳል. ቻይና እና ሩሲያ ትልቁን የቲታኒየም ማዕድን, እንዲሁም የማዕድን ክምችት አላቸውጃፓን፣ ደቡብ አፍሪካ፣ አውስትራሊያ፣ ካዛክስታን፣ ሕንድ፣ ደቡብ ኮሪያ፣ ዩክሬን፣ ሲሎን የጥሬ ዕቃ መሠረት አላቸው። ተቀማጭዎቹ በምርት መጠን እና በማዕድኑ ውስጥ ያለው የታይታኒየም መቶኛ ይለያያሉ ፣ የጂኦሎጂካል ጥናቶች በመካሄድ ላይ ናቸው ፣ ይህም የብረታ ብረት የገበያ ዋጋ መቀነስ እና ሰፊ አጠቃቀሙን መገመት ያስችላል ። ሩሲያ እስካሁን ትልቁ የቲታኒየም አምራች ነች።
ተቀበል
የቲታኒየም ለማምረት፣ ቲታኒየም ዳይኦክሳይድ በብዛት ጥቅም ላይ ይውላል፣ አነስተኛ መጠን ያለው ቆሻሻ ይይዛል። የሚገኘው የኢልሜኒት ኮንሰንትሬትስ ወይም የሩቲል ማዕድኖችን በማበልጸግ ነው። በኤሌክትሪክ ቅስት እቶን ውስጥ የብረታ ብረትን መለየት እና የታይታኒየም ኦክሳይድን የያዙ ጥይዞችን በመፍጠር የብረታ ብረት ሙቀትን በማከም ይከናወናል. የሰልፌት ወይም የክሎራይድ ዘዴ ከብረት-ነጻ ክፍልፋይ ለማቀነባበር ጥቅም ላይ ይውላል. ቲታኒየም ኦክሳይድ ግራጫ ዱቄት ነው (ፎቶውን ይመልከቱ). ቲታኒየም ብረት የሚገኘው በደረጃ ሂደት ነው።
የመጀመሪያው ምእራፍ ጥቀርሻን በኮክ የማፍሰስ እና ለክሎሪን ትነት የመጋለጥ ሂደት ነው። ውጤቱም TiCl4 በ850 0C የሙቀት መጠን ሲጋለጥ በማግኒዚየም ወይም በሶዲየም ይቀንሳል። በኬሚካላዊ ምላሽ ምክንያት የተገኘ ቲታኒየም ስፖንጅ (የተቦረቦረ የተዋሃደ ስብስብ) ተጣርቶ ወይም ይቀልጣል። ተጨማሪ የአጠቃቀም አቅጣጫ ላይ በመመስረት ቅይጥ ወይም ንጹህ ብረት ይፈጠራል (ቆሻሻዎች በማሞቅ እስከ 1000 0С ይወገዳሉ)። በ 0.01% የቆሸሸ ይዘት ያለው ንጥረ ነገር ለማምረት, አዮዳይድ ዘዴ ጥቅም ላይ ይውላል. በሂደቱ ላይ የተመሰረተ ነውከቲታኒየም ስፖንጅ ቀድመው በ halogen ከታከመ፣ በትነትነቱ።
የመተግበሪያ አካባቢዎች
የቲታኒየም የማቅለጫ ነጥብ በጣም ከፍተኛ ነው፣ይህም የብረቱን ቀላልነት ከግምት ውስጥ በማስገባት እንደ መዋቅራዊ ቁሳቁስ መጠቀማችን በዋጋ ሊተመን የማይችል ጥቅም ነው። ስለዚህ, በመርከብ ግንባታ, በአቪዬሽን ኢንዱስትሪ, በሮኬቶች እና በኬሚካል ኢንዱስትሪዎች ውስጥ ትልቁን መተግበሪያ ያገኛል. ቲታኒየም ብዙውን ጊዜ እንደ ቅይጥ ተጨማሪዎች በተለያዩ alloys ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል ፣ ይህም ጥንካሬን እና ሙቀትን የመቋቋም ባህሪዎችን ጨምሯል። ከፍተኛ ፀረ-ዝገት ባህሪያት እና በጣም ኃይለኛ አካባቢዎችን የመቋቋም ችሎታ ይህን ብረት ለኬሚካል ኢንዱስትሪ አስፈላጊ ያደርገዋል. ቲታኒየም (የእሱ ውህዶች) የቧንቧ መስመሮችን, ታንኮችን, ቫልቮች, ማጣሪያዎችን በማጣራት እና በማጓጓዝ አሲድ እና ሌሎች ኬሚካላዊ ንቁ ንጥረ ነገሮችን ለማምረት ያገለግላል. ከፍ ባለ የሙቀት አመልካቾች ሁኔታዎች ውስጥ የሚሰሩ መሳሪያዎችን ሲፈጥሩ በፍላጎት ላይ ነው. የታይታኒየም ውህዶች ዘላቂ የመቁረጫ መሳሪያዎችን ፣ ቀለሞችን ፣ ፕላስቲኮችን እና ወረቀቶችን ፣ የቀዶ ጥገና መሳሪያዎችን ፣ ተከላዎችን ፣ ጌጣጌጦችን ፣ የማጠናቀቂያ ቁሳቁሶችን ለማምረት ያገለግላሉ እና በምግብ ኢንዱስትሪ ውስጥ ያገለግላሉ ። ሁሉም አቅጣጫዎች ለመግለፅ አስቸጋሪ ናቸው. ዘመናዊው መድሐኒት, በተሟላ ባዮሎጂያዊ ደህንነት ምክንያት, ብዙውን ጊዜ የታይታኒየም ብረትን ይጠቀማል. እስካሁን ድረስ የዚህን ንጥረ ነገር አተገባበር ስፋት የሚጎዳው ብቸኛው ምክንያት ዋጋ ነው። የትኛው የሰው ልጅ እንደሚያልፍ በማጥናት ቲታኒየም የወደፊቱ ቁሳቁስ ነው ብሎ መናገር ተገቢ ነውወደ አዲስ የእድገት ደረጃ።