TITÁN-OXID (IV): SZERKEZETE, TULAJDONSÁGAI, FELHASZNÁLÁS - KÉMIA - 2025

A titán-oxid (IV) egy szilárd, szervetlen kristályos, fehér, amelynek kémiai képlete TiO ₂, így az is ismert, mint a titán-dioxid. Három kristályos formában létezik: rutil, anatáz és brookit. Noha a természetben általában szennyeződések, például vas, króm vagy vanádium jelenléte miatt színes, színes fehér pigmentként tiszta TiO _2- t használnak.

Jellemzői között kiemelhetjük, hogy a TiO ₂ oldhatósága jelentősen függ annak kémiai és termikus történetétől. Amellett, hogy magas hőmérsékletre (900 ºC) hevítik, kémiailag semleges lesz. Legfontosabb forrásai az ilmenit (vas- és titán-oxid), rutil és anatáz.

Titán-dioxid por. Az eredeti feltöltő Walkerma volt az angol Wikipedia-ban.

Elsősorban pigmentként való felhasználásra alkalmas minőségben készül, amely kiváló fényszórási tulajdonságait biztosítja olyan alkalmazásokban, amelyeknél fehérség és fényesség szükséges.

Ugyancsak ultravékony anyagként gyártják, olyan alkalmazásokhoz, ahol átláthatóság és maximális ultraibolya (UV) abszorpció szükséges. Például a bőr fényvédő alkotóelemeként. Ezekben a TiO ₂ szűrőként működik, ezáltal blokkolja ezen sugarak abszorpcióját.

Kémiai tehetetlensége miatt ez az előnyben részesített fehér pigment. Az Egyesült Államok Élelmezési és Gyógyszerészeti Igazgatósága (FDA) azonban meghatározta az élelmiszer- és kozmetikai biztonságos alkalmazásának paramétereit.

A titán-oxid pornak való expozíció szintén korlátozott, mivel a por belélegzésekor lerakódhat a tüdőben.

Szerkezet

A TiO ₂ három kristályos módosítással rendelkezik: rutil, anatáz és brookit. Ezek a kristályos fajták mind megtalálhatók a természetben.

Rutilos

Rutil kristályosodik a tetragonális rendszer két TiO ₂ egység per sejt. A titán oktaéderes koordinációval rendelkezik. A kalorimetriás tanulmányok kimutatták, hogy a rutil a legstabilabb kristályos forma.

Rutiles kristályszerkezet. Szürke golyók: titán, rózsaszín golyók: oxigén. Félvezető Forrás: Wikipedia Commons

Anatase

Ez a forma a tetragonális rendszerben is kristályosodik, de az anatáz erősen torzított oxigénatomok oktaéderei formájában fordul elő mindegyik titánatomhoz képest, ezek közül kettő viszonylag közelebb áll egymáshoz. Meg 4 egység TiO ₂ az egyes kristályos sejt.

Az anatáz kristályszerkezete. Benjah-bmm27 Forrás: Wikipedia Commons

brookit

Ortorombás rendszerben kristályosodik, mindegyik kristályos cellában 8 TiO ₂ egységet tartalmaz.

Tulajdonságok

Fizikai állapot

Kristályos szilárd anyag.

Mohs keménysége

Rutin: 7-7,5.

Anatáz: 5,5-6.

Molekuláris tömeg

79,87 g / mol.

Olvadáspont

Rutil: 1830-1850 ° C.

Anatáz: hevítéskor rutilá válik.

Sűrűség

Rutil: 4,250 g / cm ³

Anatase: 4,133 g / cm ³

Brookit: 3895 g / cm ³

Oldhatóság

Vízben és szerves oldószerekben nem oldódik. Lassan feloldódik a HF és forró tömény H ₂ SO ₄. Nem oldódik sósavban és HNO _3-ban.

pH

7.5.

Törésmutató

Rutil: 2,75, 550 nm-en.

Anatáz: 2,54, 550 nm-en.

Az összes szervetlen pigment legnagyobb törésmutatója.

Egyéb tulajdonságok

Az anatáz 700 ° C feletti hőmérsékleten gyorsan rutilré alakul. A 900 ° C-on kalcinált TiO ₂ gyengén oldódik bázisokban, hidrogén-fluorid-savban és forró kénsavban. Gyenge szervetlen savak vagy szerves savak nem támadják meg. Nem könnyen redukálható vagy oxidálódik.

Az anatáz és a rutil szélessávú félvezetők, de elektromos vezetőképességük a szennyeződéseketől és a kristály hibáitól függ.

Elnevezéstan

-Titán-dioxid

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

Alkalmazások

Fehér pigmentek

A titán (IV) -oxid legfontosabb felhasználása fehér pigmentként nagyon sokféle termékben, beleértve a festékeket, lakokat, ragasztóanyagokat, műanyagokat, papírt és nyomdafestékeket. Ennek oka a magas törésmutató és a kémiai tehetetlenség.

Forrás: Pexels.com

A fehér pigmentként használt titán-dioxidnak nagy tisztaságúnak kell lennie. Opacitása és fényessége abból fakad, hogy képesek a fény szórására. Világosabb, mint a gyémánt. Csak a rutil és az anatáz jó pigmentációs tulajdonságokkal rendelkezik.

Műanyag

A műanyagokban a TiO ₂ minimálisra csökkenti a törés és a repedezés előfordulását, amely a fénynek való kitettség következtében fordulhat elő.

Ez a legfontosabb pigment a kültéri PVC műanyag termékek gyártásában, mivel UV-védelmet nyújt az anyagnak.

Az optimális kristályos forma ebben az esetben a rutil. Ebben az alkalmazásban a rutiilnak cirkónium, szilícium-dioxid vagy alumínium felületének kell lennie, hogy minimalizálják a TiO ₂ fotokatalitikus hatását a PVC lebomlásában.

Egyéb felhasználások

Egyéb felhasználások lehetnek az acélon és az öntöttvason üveges zománcok, amelyek átlátszatlanságot és savakkal szembeni ellenállást biztosítanak.

A textiliparban fonalvezetőkben használják, így fonás közben könnyen elcsúsznak. A menetek és a vezetők közötti súrlódás statikus elektromosságot generál. Eloszlatásához a TiO _2- ot 1300 ºC-on el kell égetni, hogy nagyobb elektromos vezetőképessége legyen.

Egyéb alkalmazások a nyomdafestékek, a gumi, a textil, a bőr, a szintetikus szálak, a kerámia, a fehér cement, a padlóburkolatok és a tetőfedő anyagok pigmentálása. Papírbevonatként a TiO ₂ fehérebbé, fényesebbé és átlátszatlanná teszi.

A kozmetikumokban használják a bőr hiányosságainak lefedésére, valamint a fogkrém és a szappan fehérsé tételére.

Védi az ételeket, italokat, étrend-kiegészítőket és gyógyszerészeti termékeket a fény hatásainak idő előtti lebomlásától, meghosszabbítva a termék élettartamát.

Ez az üveg, kerámia és elektrokeramika előállításának alkotóeleme. Elektromos áramkörökben használják. A gépjármű kipufogórendszerének oxigénérzékelőjében is használják.

Az ultrafinom TiO _2- t a fényvédő komponensként használják, mivel az erős ultraibolya (UV) sugarak abszorbeálója, mind az UV-A, mind az UV-B. Az UV-sugarak ráncokat és a bőr öregedését, az UV-B égési sérüléseket és eritémát okoznak.

A TiO ₂ nanorészecskéket hordozóanyagként használják a kémiai reakciókatalizátorokhoz.

Az anatáz hatékony fotokatalizátor, amely oxidálja a szerves vegyületeket. Minél kisebb a részecské, annál hatékonyabb.

Irodalom

1. Cotton, F. Albert és Wilkinson, Geoffrey. (1980). Fejlett szervetlen kémia. John Wiley & Sons.
2. Kirk-Othmer (1994). Kémiai Technológia Enciklopédia. 19. és 24. kötet. Negyedik kiadás. John Wiley & Sons.
3. Kémiai biztonsági tények. (2019). Titán-dioxid. Helyreállítva a következő címen: chemicalsafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). PVC adalékok. PVC formulában (második kiadás). Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről
5. Denning, R. (2009). A gyapjútermékek fejlesztése nanotechnológia segítségével. A gyapjútechnika fejlődésében. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről
6. Országos Orvostudományi Könyvtár. (2019). Titán-dioxid. Helyreállítva: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov