15.05.2018

Физико-химические свойства титана и его соединения


Порядковый номер титана в периодической системе элементов Менделеева 22, атомная масса 47,90. Титан имеет пять основных изотопов с массовыми числами 46, 47, 48, 49 и 50, наиболее распространенным из которых является изотоп с массовым числом 48. Если принять его количество в природном титане за 100, то относительное содержание других изотопов следующее: с массовым числом 46—10,82; 47 — 10,56; 49 — 7,50; 50 — 7,27.

Титан имеет две модификации: а-титан, обладающий гексагональной плотноупакованной решеткой и устойчивой при температурах ниже 1158 К; выше этой температуры устойчив в-титан, который имеет кубическую плотноупакованную решетку.

Параметры гексагональной решетки а-титана: а = 0,29511 ± 0,00006 нм и с — 0,46833 ± 0,00001 нм, параметр решетки в-титана при 1173 ± 5 К равен 0,33065 ± 0,00001 нм.

Теплота перехода а-титана в в-титан составляет 4 кДж/г-атом; температура плавления титана 1940 К, теплота плавления 15 кДж/г-атом. Температура кипения титана 3525 К, теплота кипения 429 кДжФ-атом.

Температурная зависимость упругости паров твердого в-титана в интервале температур 1200—1940 К определяется уравнением:
а аналогичная зависимость для жидкого титана имеет вид
Валентность титана в химических соединениях равна 2, 3 и 4. С кислородом титан образует следующие главные окислы: TiO; Ti2O3; ТіО2.

Первые два соединения являются основными, двуокись титана амфотерна. Кроме этих окислов, установлено существование ТіО3О5 > Ti6O4 и Ti3O.

Двуокись титана TiO2 имеет плотность 4,2 г/см3, температура ее плавления 2113 К, теплота плавления 64,9 кДж/моль.
Закись титана TiO — вещество бурого цвета с плотностью, равной 4,93 г/см3 и температурой плавления 2293 К. При нагреве на воздухе выше 1070 К TiO окисляется до TiO2. Теплота образования закиси титана 519,8 кДж/моль.

Окись титана Ti2O3 представляет собой фиолетово-черный порошок с плотностью 4,6 г/см3 и температурой плавления 2403 К. Теплота образования окиси титана 1521,4 кДж/моль.

Температурные зависимости теплоемкости окислов титана определяются следующими уравнениями:
Из диаграммы состояния Ti—Al (рис. 140) следует, что в твердом металлическом титане может растворяться значительное количество алюминия. В системе существуют химические соединения: TiAl (35,5% Al) и TiAl3 (62,8% Al).

Растворимость кремния в твердом титане не превышает 3%.

Как следует из рис. 141, титан образует силициды Ti5Si3 (26% Si), TiSi(37% Si) и TiSi2 (54% Si), из которых наиболее устойчивым в жидком состоянии является Ti5Si3, имеющий температуру плавления 2393 К.

В системе титан—железо (рис. 142) установлено два соединения TiFe2 (30% Ti) и TiFe (46,2% Ti). Температура плавления интерметаллида TiFe2, близкого по составу к промышленному сплаву, составляет 1803 К.





Яндекс.Метрика