Titani – Wikipedia tiếng Việt

Titani hay titanium là một nguyên tố hóa học, một kim loại, có ký hiệu là Ti và số thứ tự trong bảng tuần hoàn là 22. titani là một kim loại chuyển tiếp có màu trắng bạc, tỉ trọng thấp và độ bền cao. Titani không bị ăn mòn trong nước biển, nước cường toan và chlor.

Titani được William Gregor phát hiện ở Cornwall, Anh năm 1791, và nó được Martin Heinrich Klaproth đặt tên theo tên titan trong truyền thuyết thần thoại Hy Lạp. Nguyên tố Open trong những tích tụ tài nguyên, hầu hết ở dạng rutil và ilmenit, những khoáng này phân bổ rộng khắp trong vỏ Trái Đất và thạch quyển, và nó cũng được tìm thấy trong hầu hết những sinh vật sống, vực nước, đá, và đất. [ 3 ] Kim loại được tách ra từ những quặng chính của titani bằng chiêu thức Kroll [ 4 ] và công nghệ tiên tiến Hunter. Hợp chất phổ cập nhất là titani dioxide là một chất quang xúc tác phổ cập và được sử dụng trong công nghiệp sản xuất chất tạo màu trắng. [ 5 ] Các hợp chất khác gồm titani tetrachloride ( TiCl4 ), thành phần của smoke screens and catalysts ; và titani trichloride ( TiCl3 ), được dùng làm chất xúc tác trong sản xuất polypropylen. [ 3 ]Titani được dùng trong những kim loại tổng hợp cứng và nhẹ ( đặc biệt quan trọng là với sắt và nhôm ) được ứng dụng trong những động cơ phản lực, tên lửa hành trình dài, và con thuyền, quân đội, quy trình tiến độ công nghiệp ( hóa học và hóa dầu, xí nghiệp sản xuất lọc nước biển và giấy ), hệ tự động hóa, thực phẩm nông nghiệp, bộ phận giả trong y học, cấy chỉnh hình, chân răng tự tạo ( dental implant ), thiết bị nội nha, đồ thể thao, trang sức đẹp, điện thoại di động, và những ứng dụng khác. [ 3 ]

Hai tính chất được ứng dụng nhiều nhất ở dạng kim loại là chống ăn mòn và tỉ lệ độ bền-tỉ trọng cao nhất trong tất cả các nguyên tố kim loại.[6] Ở dạng không tạo hợp kim, titani bền như thép, nhưng nhẹ hơn.[7] titani có dạng thù hình[8] và 5 đồng vị tự nhiên 46Ti đến 50Ti, với 48Ti là loại phổ biến nhất (73,8%).[9] Mặc dù chúng có cùng số electron hóa trị và cùng nhóm trong bảng tuần hoàn, titani và zirconi khác nhau nhiều điểm về tính chất hóa học và vật lý

Bạn đang đọc: Titani – Wikipedia tiếng Việt

Titani là sắt kẽm kim loại nhẹ, cứng nhất trong hầu hết những sắt kẽm kim loại, mặt phẳng bóng láng, chống ăn mòn tốt ( giống như platin ). Nó hoàn toàn có thể chống ăn mòn kể cả với acid, khí clo và với những dung dịch muối thường thì .Ở trạng thái tinh khiết, titani hoàn toàn có thể được kéo sợi thuận tiện ( nhất là trong môi trường tự nhiên không có oxy ), dễ gia công. Nhiệt độ nóng chảy của titani tương đối cao nên nó được dùng làm sắt kẽm kim loại chịu nhiệt. titani cứng như thép nhưng nhẹ hơn 40 %, và nó nặng gấp rưỡi nhôm nhưng cứng gấp sáu lần. Những đặc tính này của titani giúp nó chịu đựng được sự mỏi sắt kẽm kim loại .Là nguyên tố sắt kẽm kim loại, titani được xem là có tỉ số tỷ trọng-độ bề cao. [ 10 ] Nó là sắt kẽm kim loại bền có tỉ trọng thấp, khá dẻo ( đặc biệt quan trọng trong thiên nhiên và môi trường không có oxy ), [ 3 ] lustrous, and metallic-white in color. [ 11 ] Điểm nóng chảy tương đối cao ( trên 1.650 °C hay 3.000 °F ) nên nó rất hữu dụng trong vật tư chịu lửa và độ dẫn điện và dẫn nhiệt tương đối thấp. [ 3 ]Titani thương mại ( tinh khiết 99,2 % ) có độ bền kéo khoảng chừng 434 MPa tương tự kim loại tổng hợp thép cấp thấp, nhưng tỷ lệ thấp hơn. titani có tỷ lệ lớn hơn nhôm 60 %, nhưng bền gấp đôi [ 7 ] so với loại kim loại tổng hợp nhôm thường được sử dụng là kim loại tổng hợp nhôm 6061. Các hơp kim titani ( như Beta C ) có độ bền kéo hơn 1400 MPa ( 200000 psi ). [ 12 ] Tuy nhiên, titani giảm độ bền khi nung trên 430 °C ( 806 °F ). [ 13 ]
Các miếng titani trong lọ thủy tinhKim loại này tạo một lớp oxide bảo vệ bên ngoài ( nên nó hoàn toàn có thể chống ăn mòn ) trong không khí ở nhiệt độ cao nhưng ở nhiệt độ phòng nó chống lại sự xỉn màu. Kim loại này khi được đốt ở 610 °C hoặc cao hơn trong không khí sẽ tạo thành titani dioxide, và nó cũng là một trong những sắt kẽm kim loại hoàn toàn có thể cháy trong khí nitơ tinh khiết ( nó cháy ở 800 °C và tạo thành titani nitrit ). titani cũng không bị tan trong acid sulfuric và dung dịch acid hydrochloric, cũng như khí chlor, nước chlor và hầu hết acid hữu cơ. Nó cũng thuận từ ( ít mê hoặc bởi nam châm hút ) và ít dẫn điện và dẫn nhiệt .Thực nghiệm cho thấy titani tự nhiên trở nên có tính phóng xạ sau khi bắn deuteri, phát ra đa phần hạt positron và tia gamma. Khi nóng đỏ, nó hoàn toàn có thể tích hợp với oxy, và khi đạt tới 550 °C nó hoàn toàn có thể phối hợp với chlor. Nó hoàn toàn có thể phản ứng với những halogen và hấp thụ hydro .

Mục lục nội dung

Xuất hiện trong tự nhiên[sửa|sửa mã nguồn]

Titani kim loại không tìm thấy ở dạng tự do nhưng nó là nguyên tố phổ biến thứ 9 trên vỏ Trái Đất (chiếm 0,63% khối lượng)[15], nó xuất hiện trong hầu hết đá lửa và đá trầm tích.[3][4] Trong 801 loại đá mácma được phân tích thì có đến 784 loại là chứa titani. Tỷ lệ của nó trong đất khoảng 0,5 đến 1,5%.[15] Nó cũng được phân bố rộng khắp và hiện diện chủ yếu trong khoáng vật anatas, brookit, ilmenit, perovskit, rutil, titanit (hay còn gọi là sphen),[16] cũng như trong nhiều quặng sắt. Trong các loại khoáng vật này, chỉ có ilmenit và rutil có giá trị kinh tế quan trọng, nhưng rất khó tìm với mức độ tập trung cao, theo thứ tự là 6,0 và 0,7 triệu tấn được khai thác trong năm 2011.[14] Các mỏ ilmenit chứa titani đáng kể phân bố ổ tây Úc, Trung Quốc, Ấn Độ, Mozambique, New Zealand, Na Uy, Ukraine và Nam Phi.[16] Khoảng 186.000 tấn titani kim loại được sản xuất năm 2011, chủ yếu ở Trung Quốc (60.000 tấn), Nhật Bản (56.000 tấn), Nga (40,000 tấn), Hoa Kỳ (32.000 tấn) và Kazakhstan (20.700 tấn). Tổng trữ lượng titani ước tính hơn 600 triệu tấn.[14]

Nồng độ Ti khoảng chừng 4 picomolar trong đại dương. Ở 100 °C, nồng độ titani trong nước ước tính khoảng chừng dưới 10 − 7 M với pH 7. Việc xác lập loại titani trong dung dịch vẫn còn chưa sáng tỏ do tính tan của nó thấp và thiếu những chiêu thức quang phổ hiển vi nhạy cảm để xác lập, mặc dầu chỉ trạng thái oxy hóa 4 + là không thay đổi trong không khí. Không có vật chứng về vai trò sinh học của titani, mặc hiếm sinh vật được biết là có tích tụ nồng độ cao. [ 17 ]Kim loại này được tìm thấy trong thiên thạch và cũng đã được tìm thấy trong Mặt Trời và trong những ngôi sao loại M, [ 4 ] là những sao lạnh nhất với nhiệt độ mặt phẳng 3.200 °C ( 5.790 °F ). [ 18 ] Đá từ Mặt Trăng do tàu vũ trụ Apollo 17 mang về chứa 12,1 % TiO2. [ 4 ] titani cũng được tìm thấy trong tro than, cây và cả trong khung hình con người .
Trong tự nhiên, titani có 5 đồng vị bền : Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49 và Ti-50 với Ti-48 là phổ cập nhất ( chiếm 73,8 % ). 11 đồng vị phóng xạ được phân biệt với Ti-44 là bền nhất với chu kỳ luân hồi bán rã là 63 năm, Ti-45 với chu kỳ luân hồi bán rã là 184,8 phút, Ti-51 với chu kỳ luân hồi bán rã 5,76 phút, và Ti-52 với chu kỳ luân hồi bán rã 1,7 phút. Tất cả đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ luân hồi bán rã dưới 33 giây và có loại ít hơn ½ giây. [ 9 ]Các đồng vị của titani có phân tử lượng 39,99 đơn vị chức năng ( amu ) ( Ti-40 ) tới 57,966 amu ( Ti-58 ). Cơ chế phân rã hầu hết trước đổng vị bền phổ cập nhất 48T i, là bắt electron và chính sách phân rã đa phần sau là phát xạ beta. Sản phẩm phân rả chính trước 48T i là những đồng vị 21 ( scandi ) và những loại sản phẩm phân rã sau là những đồng vị 23 ( vanadi ). [ 9 ]Titani có tính phóng xạ khi bị bắn phá bẳng deuteron, phát ra đa phần là positron và những tia gamma mạnh. [ 4 ]

Titani được phát hiện ở dạng bao thể trong một khoáng vật ở Cornwall, Vương quốc Anh, năm 1791 bởi nhà địa chất học và linh mục William Gregor, sau này là Creed.[19] Ông đã nhận ra sự có mặt của nguyên tố mới trong ilmenit (FeTiO3) và đặt tên nó là menachit[5] khi ông thấy cát đen trong một dòng suối ở gần Manaccan và phát hiện rằng loại cát này có thể bị nam châm hút.[19] Khi phân tích cát, ông xác định được sự hiện diện của 2 oxide kim loại là sắt oxide (giải thích cho việc hút nam châm) và 45,25% một oxide kim loại mà ông chưa thể xác định.[15] Nhận thấy rằng oxide chưa xác định được chứa một kim loại mà không thể khớp với bất kỳ nguyên tố nào đã biết, Gregor đã thông báo rằng các phát hiện của ông đến Hiệp hội địa chất hoàng gia Cornwall (Royal Geological Society of Cornwall) và tạp chí khoa học Đức Crell’s Annalen.[19][20]

Cùng khoảng chừng thời hạn đó, Franz Joseph Muller cũng tạo ra một chất tựa như, nhưng không hề xác lập nó. [ 5 ] Nguyên tố được phát hiện lại một cách độc lập nhiều năm sau bởi nhà hóa học người Đức Martin Heinrich Klaproth trong quặng rutil ở Boinik, thuộc Hungary ( nay ở Slovakia ). [ 19 ] [ 21 ] Klaproth xác nhận nó là nguyên tố mới vào năm 1795 và đặt tên cho nó là titani. [ 18 ] Sau khi nghe về phát hiện trước đó của Gregor, ông đã lấy mẫu manaccanit và xác nhận nó chứa titani .Titani được lấy từ tên thần titani, những con của Gaia và Uranus .Kim loại này luôn khó tách ra được từ những quặng của nó. titani sắt kẽm kim loại tinh khiết ( 99,9 % ) được tách ra lần đầu vào năm 1910 bởi Matthew A. Hunter bằng cách nung Ti Cl 4 với natri trong bom thép ở 700 – 800 °C bằng quá trình Hunter. titani sắt kẽm kim loại chưa được dùng bên ngoài phòng thí nghiệm cho đến năm 1946 khi William Justin Kroll chứng tỏ là titani hoàn toàn có thể sản xuất thương mại bằng cách khử titani tetrachlor với magnesi bằng tiến trình Kroll và giải pháp này vẫn còn dùng đến ngày này .Trong thập niên 1950 – 1960, Liên Xô mua hết titani trên thị trường quốc tế như thể một giải pháp của Chiến tranh Lạnh nhằm mục đích ngăn cản quân đội Mỹ sử dụng nó. Mặc dầu vậy, Mỹ cũng có được một lượng lớn titani khi những công ty châu Âu mở mặt trận cho tình báo Mỹ mua nó .
Bột titaniCác quy trình tiến độ sản xuất titani hiện hay được sử dụng :

titani dioxide được sản xuất thương mại bằng nghiền quặng và trộn với kali carbonat và dung dịch acid hydrofluoric. Kết quả thu được kali florotitaniat (K2TiF6). Nó được tách ra với nước nóng và thủy phân với acid phosphoric

Xem thêm: COO là gì? Khác nhau COO và CEO, CFO, CPO, CCO, CHRO, CMO?

Hợp kim titani thông dụng thường được sản xuất bằng giải pháp khử. Thí dụ : cuprotitanium ( rutil và đồng bị khử ), ferrocarbon titanium ( ilmenit khử với than cốc trong lò nung điện ), và manganotitanium ( rutil với mangan hoặc mangan oxide bị khử ) .
Số oxy hóa + 4 chiếm đa phần trong những hợp chất của titani, nhưng số oxy hóa + 3 cũng khá thông dụng. Vì có số oxy hóa cao, nhiều hợp chất của titani có mức độ cộng hóa trị cao .

Mặc dù titani là kim loại khá hiếm, vì giá thành sản xuất cao, nhưng titani dioxide (còn gọi là titani(IV), titani trắng, hay titania) lại rẻ, không độc, có sẵn nhiều, và được dùng rộng rãi làm thuốc nhuộm trắng trong sơn, men, sơn mài, nhựa và xi măng xây dựng. Bột TiO2 là chất trơ về mặt hóa học, chống mờ trước ánh sáng mặt trời, chắn sáng tốt: nó là thành phần chính của nhựa gia dụng có màu từ trắng tới nâu, xám. Trong tự nhiên hợp chất này được tìm thấy trong các khoáng chất anatas, brookit và rutil.

Sơn được sản xuất từ titani dioxide chịu đựng tốt trong nhiều nhiệt độ, và có năng lực tự làm sạch, và chịu được điều kiện kèm theo môi trường tự nhiên biển. titani dioxide có độ khúc xạ cao và độ tán sắc lớn hơn kim cương .
Đồng hồ đeo tay mạ titaniKhoảng 95 % lượng titani được dùng ở dạng titani dioxide ( Ti O 2 ), một thuốc nhuộm trắng trong sơn, giấy, kem đánh răng và nhựa. Sơn được làm từ titani dioxide phản chiếu tốt bức xạ hồng ngoại nên được dùng thoáng rộng trong ngành thiên văn học và những loại sơn bên ngoài. Nó cũng được dùng trong xi-măng, đá quý và giấy .Vì có năng lực kéo dãn tốt ( kể cả khi nhiệt độ cao ), nhẹ, chống ăn mòn tốt, và năng lực chịu đựng nhiệt độ rất cao, kim loại tổng hợp titani được dùng hầu hết trong hàng không, xe bọc thép, tàu thủy quân, tàu thiên hà và tên lửa, áo chống đạn loại mà lính Mỹ được trang bị ở Iraq. Nó được dùng trong kim loại tổng hợp thép để giảm kích cỡ và chống oxy hóa ; nhưng trong thép không gỉ nó dùng để giảm lượng carbon. titani thường được luyện với nhôm, vanadi, đồng ( để tăng độ cứng ), sắt, mangan, molypden và với nhiều sắt kẽm kim loại khác .
Máy bay Airbus A380 dùng kim loại tổng hợp của titani làm vỏ và động cơ

Hợp kim với vanadi được dùng làm vỏ máy bay, vỏ chịu nhiệt, càng đáp, và ống dẫn hơi nước. Báo cáo của titanium Metals Corporation năm 2004 ước đoán lượng titani trong hàng không hiện đại là 58, 43 và 18 tấn cho máy bay Boeing 777, 747 và 737; còn đối với máy bay Airbus là 24, 17 và 12 tấn cho các loại A340, A330 và A320. Nói chung, các loại càng mới thì dùng càng nhiều và các loại thân rộng dùng nhiều nhất. Với các loại máy bay hiện đại nhất, Boeing 787 có thể dùng 91 tấn, và Airbus A380 dùng 77 tấn. Động cơ dùng khoảng 10-11 tấn titani.

Nhiều loại sản phẩm khác cũng dùng titani để sản xuất như gậy đánh golf, xe đạp điện, dụng cụ thí nghiệm, nhẫn cưới và máy tính xách tay .Các hiệu quả khác :
Bảo tàng Guggenheim ở Bilbao, Tây Ban Nha được bảo phủ bởi những tấm titanititani đôi lúc cũng được dùng để thiết kế xây dựng những khu công trình. Tượng đài cao 45 m của Yuri Gagarin ở Moskva được làm từ titani. Bảo tàng Guggenheim và thư viện Cerritos là những khu công trình tiên phong ở châu Âu và Bắc Mỹ được phủ bọc bởi những tấm titani .

Xử lý sinh học[sửa|sửa mã nguồn]

Loài nấm Marasmius oreades và Hypholoma capnoides có thể chuyển đổi sinh học titani trong đất bị nhiễm titani.[22]

Chống chỉ định[sửa|sửa mã nguồn]

Titani không ô nhiễm thậm chí còn khi ở liều lượng lớn và không có bất kỳ vai trò tự nhiên nào trong khung hình người. [ 18 ] Nếu ăn một lượng khoảng chừng 0,8 mg mỗi ngày, chúng hầu hết đi qua mà không hấp thụ trong những tế bào. [ 18 ] Tuy nhiên, titani cũng có khuynh hướng tích góp sinh học trong những mô chứa silic dioxide. Một điều tra và nghiên cứu chỉ ra rằng có mối liên hệ hoàn toàn có thể giữa titani và hội chứng vàng móng tay. [ 23 ] Cơ chế chưa rõ trong thực vật hoàn toàn có thể sử dụng titani để kích thích việc sản xuất carbohydrat và giúp chúng tăng trưởng. Điều này hoàn toàn có thể lý giải tại sao hầu hết thực vật chứa khoảng chừng 1 ppm titani, cây lương thực có khoảng chừng 2 ppm, và đuôi ngựa và cây tầm ma chứa tới 80 ppm. [ 18 ]Khi ở dạng bột sắt kẽm kim loại, titani có rủi ro tiềm ẩn cháy cao, và khi nung nóng trong không khí thì có rủi ro tiềm ẩn nổ. [ 24 ] Phương pháp chữa cháy bằng nước và carbon dioxide không hiệu suất cao so với vụ cháy do titani. Cát, đất, hoặc bột đặc biệt quan trọng mới hoàn toàn có thể dập tắt. [ 5 ] Khi sử dụng trong sản xuất hoặc luân chuyển chlor, tránh sự tiếp xúc giữa titani với khí chlor khô vì nó hoàn toàn có thể gây cháy titani / chlor. [ 25 ] Muối của titani thường được xem như vô hại trừ những loại muối chloride, như TiCl3 và TiCl4, nó được xem như chất ăn mòn .Titani hoàn toàn có thể bắt lửa ở dạng tươi, tức mặt phẳng không bị oxy hóa khi tiếp xúc với oxy lỏng. [ 26 ] Kim loại thường hoàn toàn có thể lộ ra khi mặt phẳng oxy hóa bị trầy xước với vật cứng, hoặc khi bị tính năng lực gây trầy. Điều này bộc lộ sự hạn chế trong việc sử dụng nó trong mạng lưới hệ thống oxy lỏng như trong công nghiệp ngoài hành tinh. Do tính không tinh khiết của những ống titani hoàn toàn có thể gây ra những đám cháy khi tiếp xúc với oxy, titani bị cấm sử dụng trong những mạng lưới hệ thống tương hỗ hô hấp cung ứng khí oxy, ống thép được sử dụng trong mạng lưới hệ thống áp lực đè nén cao ( 3.000 p. s. i. ) và ống nhôm cho mạng lưới hệ thống áp lực đè nén thấp .

Khai thác titani ở Nước Ta[sửa|sửa mã nguồn]

Nước Ta có trữ lượng quặng phân tách được titani chiếm khoảng chừng 50 % quốc tế, hiện tại được khai thác ở hai mỏ gồm mỏ Cây Châm thuộc tỉnh Thái Nguyên và vùng ven biển tỉnh Bình Thuận. Dưới sự quản trị lỏng lẻo, việc khai thác quặng đã gây ra nhiều hậu quả môi trường tự nhiên nghiêm trọng cho những vùng xung quanh ( đặc biệt quan trọng là ô nhiễm nguồn nước ). [ 27 ]