TITAANIOKSIDI (IV): RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026

Titaani (IV) on kiinteä epäorgaaninen kiteisenä valkoisena, jonka kemiallinen kaava on TiO ₂, niin se tunnetaan myös titaanidioksidia. Sitä on kolmessa kiteisessä muodossa: rutiili, anataasi ja brookite. Vaikka luonto on yleensä värillinen, koska läsnä on epäpuhtauksia, kuten rautaa, kromia tai vanadiinia, puhdas TiO ₂ käytetään valkoista pigmenttiä.

Sen ominaisuuksista voimme korostaa, että TiO _2: n liukoisuus riippuu huomattavasti sen kemiallisesta ja lämpöhistoriasta. Sen lisäksi, että se lämmitetään korkeisiin lämpötiloihin (900 ºC), se muuttuu kemiallisesti inertiksi. Sen tärkeimmät lähteet ovat ilmeniitti (rauta ja titaanioksidi), rutiili ja anataasi.

Titaanidioksidijauhe. Alkuperäinen lähettäjä oli Walkerma englanniksi Wikipediassa.

Sitä valmistetaan pääasiassa pigmentiksi käytettäväksi sopivassa laatua, mikä varmistaa sen erinomaiset valonsirontaominaisuudet sovelluksissa, joissa vaaditaan valkoista opasiteettia ja kiiltoa.

Sitä valmistetaan myös erittäin ohuena materiaalina sovelluksiin, joissa vaaditaan läpinäkyvyyttä ja maksimaalista ultravioletti (UV) imeytymistä. Esimerkiksi osana ihon aurinkovoidetta. Näissä TiO ₂ toimii suodattimena, estäen siten näiden säteiden imeytymisen.

Kemiallisen inerttinsä vuoksi se on edullinen valkoinen pigmentti. Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto (FDA) on kuitenkin vahvistanut parametrit sen turvalliselle käytölle elintarvikkeissa ja kosmetiikassa.

Titaanioksidipölylle altistumiselle on myös raja, koska hengitettäessä pölyä se voi kerääntyä keuhkoihin.

Rakenne

TiO _{2: lla} on kolme kiteistä modifikaatiota: rutiili, anataasi ja brookite. Nämä kidemuodot ovat kaikki luonnossa.

rutiili

Rutiilia kiteytyy tetragonisessa, jossa on kaksi TiO ₂ yksikköä per solu. Titaani on koordinoitu kahdeksankulmaisesti. Kalorimetriset tutkimukset ovat osoittaneet, että rutiili on kaikkein lämpöstabiilin kiteinen muoto.

Rutiili kiderakenne. Harmaat pallot: titaani, vaaleanpunaiset pallot: happi. Solid State Lähde: Wikipedia Commons

anataasi

Tämä muoto kiteytyy myös tetragonaalisessa järjestelmässä, mutta anataasi esiintyy voimakkaasti vääristyneiden happiatomien oktaedreinä kunkin titaaniatomin suhteen, joista kaksi on suhteellisen lähempänä. Se on 4 yksikköä TiO ₂ kunkin kiteinen solu.

Anataasin kiderakenne. Benjah-bmm27 Lähde: Wikipedia Commons

brukiitti

Se kiteytyy ortorombinen järjestelmä, jossa 8 TiO ₂ yksikköä jokaista kiteisen solu.

ominaisuudet

Fyysinen tila

Kiteinen kiinteä aine.

Mohsin kovuus

Rutiili: 7-7,5.

Anataasi: 5,5-6.

Molekyylipaino

79,87 g / mol.

Sulamispiste

Rutiili: 1830-1850 ° C.

Anataasi: kuumentuessaan siitä tulee rutiili.

Tiheys

Rutiili: 4250 g / cm ³

Anataasi: 4,133 g / cm ³

Brukiitti: 3895 g / cm ³

Liukoisuus

Liukenematon veteen ja orgaanisiin liuottimiin. Liukenee hitaasti HF ja kuumalla väkevällä H ₂ SO ₄. HCl: ssä liukenematon ja HNO ₃.

pH

7.5.

Taitekerroin

Rutiili: 2,75 aallonpituudella 550 nm.

Anataasi: 2,54 aallonpituudella 550 nm.

Sillä on korkein taitekerroin kaikista epäorgaanisista pigmenteistä.

Muut ominaisuudet

Anataasi muuttuu nopeasti rutiiliksi yli 700 ºC: n lämpötiloissa. TiO ₂, joka on kalsinoitu 900 ° C: liukenee heikosti emäksistä, fluorivetyhapon ja kuumaa rikkihappoa. Heikot epäorgaaniset hapot tai orgaaniset hapot eivät hyökkää siihen. Se ei ole helposti pelkistyvä tai hapettunut.

Anataasi ja rutiili ovat laajakaistapuolijohteita, mutta niiden sähkönjohtavuus riippuu epäpuhtauksien ja vikojen esiintymisestä kidessä.

nimistö

-Titaanidioksidi

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

Sovellukset

Valkoiset pigmentit

Titaani (IV) oksidin tärkein käyttö on valkoisena pigmenttinä monissa erilaisissa tuotteissa, mukaan lukien maalit, lakat, liimat, muovit, paperi ja painovärit. Tämä johtuu sen korkeasta taitekerroksesta ja sen kemiallisesta inertistä.

Lähde: Pexels.com

Valkoisena pigmenttinä käytetyn titaanidioksidin on oltava erittäin puhdasta. Sen opasiteetti ja kirkkaus johtuvat kyvystä hajottaa valoa. Se on kirkkaampi kuin timantti. Vain rutiililla ja anataasilla on hyvät pigmenttiominaisuudet.

muovit

Muovissa TiO ₂ minimoi haurauden ja halkeilun, joka voi tapahtua valolle altistumisen seurauksena.

Se on tärkein pigmentti ulkokäyttöön tarkoitettujen PVC-muovituotteiden valmistuksessa, koska se tarjoaa materiaalille UV-suojan.

Optimaalinen kiteinen muoto tässä tapauksessa on rutiili. Tässä hakemuksessa rutiili on oltava päällyste zirkoniumin, piidioksidin tai alumiinin, minimoida fotokatalyyttisen vaikutuksen TiO ₂ hajoamiseen PVC.

Muut käyttötavat

Muihin käyttötarkoituksiin kuuluvat teräs- ja valurautaan käytettävät lasipitoiset emalit, joille ne antavat opasiteetin ja happojen kestävyyden.

Tekstiiliteollisuudessa sitä käytetään langanoppaissa, jotta ne liukuvat helposti kehruun aikana. Kierteiden ja ohjaimien välinen kitka tuottaa staattista sähköä. Sen hajottamiseksi TiO ₂ on poltettava 1300 ºC: n lämpötilassa, jotta sen sähkönjohtavuus olisi parempi.

Muita sovelluksia ovat painomusteiden, kumin, tekstiilien, nahan, synteettisten kuitujen, keramiikan, valkoisen sementin, lattianpäällysteiden ja kattomateriaalien pigmentointi. Paperipinnoitteena TiO ₂ tekee siitä valkoisemman, kirkkaamman ja läpinäkymättömän.

Sitä käytetään kosmetiikassa auttamaan peittämään ihon epätäydellisyydet sekä tekemään hammastahna ja saippua valkoiseksi.

Se suojaa ruokaa, juomia, lisäravinteita ja farmaseuttisia tuotteita valon vaikutuksen aiheuttamilta ennenaikaisilta hajoamisilta pidentäen tuotteen käyttöikää.

Se on osa lasin, keramiikan ja elektrokeramiikan tuotannossa. Sitä käytetään sähköpiirien elementeissä. Sitä käytetään myös moottoriajoneuvon pakojärjestelmän happianturissa.

Äärimmäistä hienoa TiO _2: ta käytetään auringonsuojavoiteen komponenttina, koska se imee voimakkaasti ultravioletti (UV) säteitä, sekä UV-A että UV-B. UV-A-säteet aiheuttavat ryppyjä ja ihon ikääntymistä, ja UV-B aiheuttaa palovammoja ja punoitusta.

TiO _2- nanohiukkasia käytetään kemiallisten reaktioiden katalyyttien tukimateriaalina.

Anataasi on tehokas fotokatalyytti, joka hapettaa orgaaniset yhdisteet. Mitä pienemmät sen hiukkaset, sitä tehokkaampi se on.

Viitteet

1. Cotton, F. Albert ja Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kehittynyt epäorgaaninen kemia. John Wiley & Sons.
2. Kirk-Othmer (1994). Kemiallisen tekniikan tietosanakirja. Osa 19 ja 24. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
3. Kemialliset turvallisuustiedot. (2019). Titaanidioksidi. Palautettu osoitteesta: chemicalsafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). PVC-lisäaineet. PVC-kaavoissa (toinen painos). Palautettu osoitteesta sciencedirect.com
5. Denning, R. (2009). Villatuotteiden parantaminen nanoteknologialla. Edistyneenä villateknologiassa. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com
6. Kansallinen lääketieteellinen kirjasto. (2019). Titaanidioksidi. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov