티타늄이 미래의 금속이라고 불리는 이유는 무엇입니까?
1791년 영국의 성직자이자 광물학 애호가인 HW Gregor는 티탄철광석에서 티타늄과 철의 혼합 산화물인 흑색 자성 모래(FeTiO3)를 처음으로 발견했습니다. 그는 광물에 새로운 원소가 포함되어 있을 수도 있다는 것을 깨달았습니다. 1795년 독일의 화학자 MH 클라프로트(MH Klaproth)는 헝가리 금홍석에서 독자적으로 산화티타늄을 제조하고 그리스 신화에 나오는 대지의 신에게서 태어난 거인 '타이탄'의 이름을 따서 '티타늄'이라고 명명했습니다. 1910년이 되어서야 미국의 화학자 MA Hunter가 사염화티타늄을 금속 나트륨으로 대체하여 순도 99.9%의 원소 티타늄을 얻었습니다. 이는 인류가 발견한 29번째 원소이며, 라틴어명 역시 최초이다. 두 번째 소문자는 요소 기호 Ti를 형성합니다. 중국 이름 티타늄은 중국의 라틴어 이름을 음역하여 특별히 만든 새로운 표음 문자입니다.
티타늄의 물리적 특성
티타늄의 원자반경(공유결합반경)은 132pm, 이온반경은 68pm(4), 76pm(2), 원자량은 47.86, 원자부피는 10.65cm3 /mol, 밀도는 4.507g/cm3, 경도는 4.0도, 녹는점은 1660도, 끓는점은 3287도입니다. 티타늄 금속은 은백색이며 결정 구조 유형은 금속 결정과 육각형 결정 시스템입니다. 강철처럼 보이고 비강도가 가장 높으며 저온 및 고온에 모두 강하고 -250도 ~ 500도 범위에서 높은 강도를 유지할 수 있으며 내마모성도 있습니다. 순수 금속은 연성과 가소성이 좋아 판이나 와이어로 압착할 수 있습니다. 그러나 불순물이 있으면 단단해지고 부서지기 쉽습니다. 티타늄의 기계적 강도는 알루미늄의 3배, 마그네슘의 6배로 매우 높으며 금속 피로가 거의 없습니다. 티타늄 금속은 기계적 진동이나 전기적 진동을 받은 후 강철, 구리 및 기타 금속이나 합금에 비해 자체 진동 감쇠 시간이 가장 깁니다. 전기 전도성과 열 전달 특성이 좋고 비자성이지만 -272.74 도의 저온에서 초전도체가 될 수 있습니다. 액체 티타늄은 거의 모든 금속을 용해하고 많은 금속과 합금을 형성할 수 있습니다.
티타늄의 화학적 성질
티타늄의 원자가 전자 배열은 3d24s2, 전기 음성도 1.5, 1차 전자 친화력 37.7kJ/mol, 1차 이온화 에너지 659kJ/mol, 표준 전극 전위 -0.86V, 산화수 4, 3, 2입니다. , 0, -1. 공통 원자가 상태 3 및 4 실온에서 티타늄은 공기와 물에서 상대적으로 안정하고 산소 및 할로겐과 상호 작용하지 않으며 묽은 산, 묽은 알칼리 및 바닷물에 부식되지 않습니다. 그러나 온도가 올라가면 화학적 활성이 급격히 증가합니다. 온도가 600도보다 높으면 산소, 질소, 탄소, 황, 할로겐 등 다양한 비금속 원소와 직접 결합할 수 있습니다. 일반 화합물의 형성 외에도, 특히 염소와 함께 휘발성이고 쉽게 가수분해되는 화합물 등을 채우는 화합물도 형성될 수 있습니다.
또한 티타늄은 뜨거운 진한 염산, 황산, 인산 및 불화수소산에 용해되어 티타늄염을 형성합니다. 일반적으로 산 농도가 높을수록 용해 속도가 빨라집니다. 4가지 뜨거운 농축 유기산 용액도 티타늄 금속을 부식시킬 수 있습니다. 이들은 옥살산, 포름산, 트리클로로아세트산 및 트리플루오로아세트산입니다. 티타늄은 삼염화알루미늄에 의해 부식될 수도 있습니다. 상기 화합물이 티타늄에 미치는 부식 효과는 주로 티타늄 표면의 극히 미세한 산화막을 부식시키는 능력에 기인합니다. 티타늄의 불활성은 이 산화막의 보호 효과 때문입니다. 부식성 용액에 질산 및 기타 산화제를 첨가하면 산화제가 산화막을 재생하고 티타늄 표면을 부동태화할 수 있기 때문에 일반적으로 티타늄의 부식이 느려질 수 있습니다. 티타늄 분말은 반응성이 매우 높으며 공기 중에서 탈 수 있습니다.
티타늄 추출
금속 티타늄은 고온에서 산소, 질소, 수소와 강한 친화력을 가지므로 환원 반응을 통해 산화물로부터 직접 티타늄을 추출할 수 없습니다. 모광석에서 티타늄을 추출하려면 Kroll 또는 Hunter 공정이 필요합니다. 반응식은 다음과 같다:
(1000도 진공 증류로 Mg 및 MgCl2, 아크 용해 잉곳 제거)
티타늄 금속 가공에는 네 가지 주요 단계가 있습니다.
티타늄 광석을 "스펀지"(통기성 형태)로 복원합니다.
잉곳을 만들려면 스폰지 본체를 녹여(또는 스폰지 본체에 중간 합금을 첨가하여) 잉곳을 형성합니다.
강철 잉곳을 빌렛, 바, 플레이트, 시트, 스트립 및 파이프와 같은 일반 기계 제품으로 변환하는 예비 제조;
기계 제품의 가공, 제조, 심층 가공 및 성형.
티타늄의 주요 용도
①티타늄으로 만든 군함과 잠수함은 비자성체이므로 자성 지뢰에 의해 탐지 및 추적되지 않습니다. 이 잠수함은 깊은 수압을 견딜 수 있으며 일반 잠수함이 도달할 수 없는 수심 4,500m까지 항해할 수 있습니다.
②티타늄강합금의 인성, 탄성, 내식성을 이용하여 선박의 선체, 잠수함 등을 제작할 수 있으며, 티타늄강합금(고온 550도에서도 우수한 강도를 유지함)의 높은 비강도, 고온저항성을 이용하여 선박을 제작할 수 있습니다. 항공기. , 탱크, 로켓, 위성 및 우주선. 보잉 777을 생산하려면 59톤의 티타늄이 필요하고, 보잉 747을 생산하려면 44톤, 보잉 737을 생산하려면 18톤의 티타늄이 필요한 것으로 추산됩니다.
③철-티타늄 합금의 특성을 이용하여 상온에서 수소를 흡수하고 고온에서 수소를 방출하므로 접근이 용이한 소형 수소저장창고로 활용이 가능하다. 또한 전자관 및 브라운관 제조의 게터, 폼 금속 제조의 수소 공급원, 분말 야금 및 서멧의 씰로 사용할 수 있습니다.
④티타늄과 니켈을 같은 비율로 만든 "최고의 형상기억합금"은 강력한 형상기억 변형능력, 좋은 회복능력, 긴 기억수명을 가지고 있습니다. 우주선 안테나 및 파이프 연결 부품에 일반적으로 사용됩니다. 또한 의료 장비, 전기 장비, 조작기 및 로봇의 제조뿐만 아니라 정형외과 치료 및 의료 정형외과에도 사용됩니다.
⑤ 티탄산 바륨, 티탄산 납, 티탄산 프라세오디뮴 및 기타 재료로 만든 압전 세라믹은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 압전 라이터, 이동식 X선 전원 공급 장치 및 포병 폭발 장치에도 사용됩니다. 또한 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수도 있습니다. 전기 에너지는 초음파 진동으로 변환되어 수중 물고기 탐색, 초음파 세척, 초음파 의료 및 금속 비파괴 테스트에 사용됩니다. 자동화 장비에도 널리 사용됩니다.
⑥티타늄은 '생체친화성 금속'이라고 불립니다. 독성이 없으며 인간 분비물에 의한 부식에 강합니다. 신체의 피부, 근육, 근육 및 뼈와 잘 어울립니다. 이물질이지만 면역반응을 일으키지 않아 의학에서 인공금속으로 많이 사용된다. 골격 용도의 경우 액체 티타늄을 사용하여 손상된 뼈를 복구할 수도 있습니다.
7순수 이산화티타늄은 일반적으로 "티타늄 화이트"로 알려진 우수한 안료이며, 이산화티타늄 광촉매는 나노 규모의 활성 물질입니다. 기판 표면에 코팅하고 건조하여 얇은 막을 형성하는데, 이는 빛의 작용으로 강력한 촉매 효과를 나타냅니다. 분해 기능은 공기 중의 독성 및 유해 가스를 효과적으로 분해할 수 있습니다.
