Vieno kiečiausių metalų – titano – fizinės charakteristikos ir savybės. titano lydiniai. Pagrindinės charakteristikos

Periodinėje sistemoje cheminis elementas titanas žymimas Ti (titanu) ir yra IV grupės šoniniame pogrupyje, 4 periode po atominiu numeriu 22. Tai sidabriškai baltas kietas metalas, kuris yra daugelio dalis. mineralų. Titano galite įsigyti mūsų svetainėje.

Titaną XVIII amžiaus pabaigoje atrado chemikai iš Anglijos ir Vokietijos William Gregor ir Martin Klaproth, nepriklausomai vienas nuo kito su šešerių metų skirtumu. Tai buvo Martinas Klaprothas, kuris suteikė elementui pavadinimą senovės graikų titanų (didžiulių, stiprių, nemirtingų būtybių) garbei. Kaip vėliau paaiškėjo, pavadinimas tapo pranašišku, tačiau žmonijai prireikė net daugiau nei 150 metų, kad susipažintų su visomis titano savybėmis. Tik po trijų dešimtmečių buvo gautas pirmasis titano metalo pavyzdys. Tuo metu jis praktiškai nebuvo naudojamas dėl savo trapumo. 1925 m., po daugybės eksperimentų, chemikai Van Arkelis ir De Boeras jodido metodu gavo gryną titaną.

Dėl vertingų metalo savybių inžinieriai ir dizaineriai iškart atkreipė į tai dėmesį. Tai buvo tikras lūžis. 1940 m. Kroll sukūrė magnio terminį metodą titanui gauti iš rūdos. Šis metodas yra aktualus ir šiandien.

Fizinės ir mechaninės savybės

Titanas yra gana ugniai atsparus metalas. Jo lydymosi temperatūra yra 1668±3°C. Pagal šį rodiklį jis prastesnis už tokius metalus kaip tantalas, volframas, renis, niobis, molibdenas, tantalas, cirkonis. Titanas yra paramagnetinis metalas. Magnetiniame lauke jis neįmagnetinamas, bet ir neišstumiamas iš jo. 2 paveikslas
Titanas turi mažą tankį (4,5 g/cm³) ir didelį stiprumą (iki 140 kg/mm²). Šios savybės aukštoje temperatūroje praktiškai nekinta. Jis yra daugiau nei 1,5 karto sunkesnis už aliuminį (2,7 g/cm³), bet 1,5 karto lengvesnis už geležį (7,8 g/cm³). Pagal mechanines savybes titanas yra daug pranašesnis už šiuos metalus. Pagal stiprumą titanas ir jo lydiniai prilygsta daugeliui legiruotojo plieno rūšių.

Atsparumo korozijai požiūriu titanas nenusileidžia platinai. Metalas turi puikų atsparumą kavitacijos sąlygoms. Oro burbuliukai, susidarę skystoje terpėje aktyviai judant titano daliai, jos praktiškai nesunaikina.

Tai patvarus metalas, galintis atsispirti lūžiams ir plastinei deformacijai. Jis yra 12 kartų kietesnis už aliuminį ir 4 kartus už varį ir geležį. Kitas svarbus rodiklis – takumo riba. Padidėjus šiam rodikliui, pagerėja titano dalių atsparumas eksploatacinėms apkrovoms.

Lydiniuose su tam tikrais metalais (ypač nikeliu ir vandeniliu) titanas sugeba „atsiminti“ tam tikroje temperatūroje susidariusio gaminio formą. Tada toks gaminys gali deformuotis ir ilgą laiką išliks šioje pozicijoje. Jei gaminys pašildomas iki tokios temperatūros, kurioje jis buvo pagamintas, gaminys įgaus pirminę formą. Ši savybė vadinama „atmintimi“.

Titano šilumos laidumas yra palyginti mažas, o linijinio plėtimosi koeficientas taip pat yra atitinkamai mažas. Iš to išplaukia, kad metalas yra prastas elektros ir šilumos laidininkas. Tačiau esant žemai temperatūrai, tai yra elektros superlaidininkas, leidžiantis perduoti energiją dideliais atstumais. Titanas taip pat turi didelę elektrinę varžą.
Grynas titano metalas yra įvairiai apdorojamas šaltu ir karštu būdu. Galima tempti ir daryti vielą, kalti, vynioti juosteles, lakštus ir folijas, kurių storis iki 0,01 mm. Iš titano gaminami šių rūšių valcavimo gaminiai: titano juosta, titano viela, titano vamzdžiai, titano įvorės, titano ratas, titano juosta.

Cheminės savybės

Grynas titanas yra reaktyvus elementas. Dėl to, kad ant jo paviršiaus susidaro tanki apsauginė plėvelė, metalas yra labai atsparus korozijai. Neoksiduoja ore, sūriame jūros vandenyje, nekinta daugelyje agresyvių cheminių terpių (pvz.: praskiesta ir koncentruota azoto rūgštis, aqua regija). Esant aukštai temperatūrai, titanas daug aktyviau sąveikauja su reagentais. Jis užsidega ore esant 1200°C temperatūrai. Uždegus metalas skleidžia ryškų švytėjimą. Aktyvi reakcija vyksta ir su azotu, titano paviršiuje susidaro gelsvai ruda nitrido plėvelė.

Reakcijos su druskos ir sieros rūgštimis kambario temperatūroje yra silpnos, tačiau kaitinant metalas stipriai tirpsta. Dėl reakcijos susidaro žemesni chloridai ir monosulfatas. Taip pat pasireiškia silpna sąveika su fosforo ir azoto rūgštimis. Metalas reaguoja su halogenais. Reakcija su chloru vyksta 300°C temperatūroje.
Aktyvi reakcija su vandeniliu vyksta šiek tiek aukštesnėje nei kambario temperatūroje. Titanas aktyviai sugeria vandenilį. 1 g titano gali sugerti iki 400 cm³ vandenilio. Įkaitintas metalas skaido anglies dioksidą ir vandens garus. Sąveika su vandens garais vyksta aukštesnėje nei 800°C temperatūroje. Vykstant reakcijai susidaro metalo oksidas ir išbėga vandenilis. Aukštesnėje temperatūroje karštas titanas sugeria anglies dioksidą ir sudaro karbidą bei oksidą.

Kaip gauti

Titanas yra vienas iš labiausiai paplitusių elementų Žemėje. Jo kiekis planetos žarnyne pagal masę yra 0,57%. Didžiausia metalo koncentracija stebima „bazalto kiaute“ (0,9%), granitinėse uolienose (0,23%) ir ultrabazinėse uolienose (0,03%). Yra apie 70 titano mineralų, kuriuose jo yra titano rūgšties arba dioksido pavidalu. Pagrindiniai titano rūdos mineralai yra: ilmenitas, anatazė, rutilas, brookitas, loparitas, leukoksenas, perovskitas ir sfenas. Pagrindiniai pasaulio titano gamintojai yra Didžioji Britanija, JAV, Prancūzija, Japonija, Kanada, Italija, Ispanija ir Belgija.
Yra keletas būdų, kaip gauti titaną. Visi jie taikomi praktikoje ir yra gana veiksmingi.

1. Magnio terminis procesas.

Rūda, kurioje yra titano, kasama ir perdirbama į dioksidą, kuris lėtai ir labai aukštoje temperatūroje chloruojamas. Chlorinimas atliekamas anglies aplinkoje. Reakcijos metu susidaręs titano chloridas redukuojamas magniu. Gautas metalas kaitinamas vakuuminėje įrangoje aukštoje temperatūroje. Dėl to magnis ir magnio chloridas išgaruoja, todėl titane lieka daug porų ir tuštumų. Titanas perlydomas, kad būtų gautas aukštos kokybės metalas.

2. Hidrido-kalcio metodas.

Pirmiausia gaunamas titano hidridas, o tada jis suskirstomas į komponentus: titaną ir vandenilį. Procesas vyksta beorėje patalpoje aukštoje temperatūroje. Susidaro kalcio oksidas, kuris plaunamas silpnomis rūgštimis.
Kalcio hidrido ir magnio terminiai metodai dažniausiai naudojami pramoniniu mastu. Šie metodai leidžia gauti nemažą titano kiekį per trumpą laiką su minimaliomis piniginėmis sąnaudomis.

3. Elektrolizės metodas.

Titano chloridas arba dioksidas yra veikiamas didelės srovės. Dėl to junginiai suyra.

4. Jodido metodas.

Titano dioksidas sąveikauja su jodo garais. Tada titano jodidas yra veikiamas aukštoje temperatūroje, todėl susidaro titanas. Šis metodas yra pats efektyviausias, bet ir pats brangiausias. Titanas yra labai grynas, be priemaišų ir priedų.

Titano panaudojimas

Dėl gerų antikorozinių savybių titanas naudojamas cheminės įrangos gamybai. Didelis metalo ir jo lydinių atsparumas karščiui prisideda prie naudojimo šiuolaikinėse technologijose. Titano lydiniai yra puiki medžiaga orlaiviams, raketoms ir laivų statybai.

Paminklai pagaminti iš titano. O iš šio metalo pagaminti varpai žinomi dėl savo nepaprasto ir labai gražaus skambesio. Titano dioksidas yra dalis kai kurių vaistų, pavyzdžiui: tepalų nuo odos ligų. Taip pat labai paklausūs metalų junginiai su nikeliu, aliuminiu ir anglimi.

Titanas ir jo lydiniai buvo pritaikyti tokiose srityse kaip chemijos ir maisto pramonė, spalvotoji metalurgija, elektronika, branduolinės technologijos, energetika, galvanizavimas. Iš titano ir jo lydinių gaminami ginklai, šarvų plokštės, chirurginiai instrumentai ir implantai, drėkinimo sistemos, sporto įranga ir net papuošalai. Azotavimo procese ant metalo paviršiaus susidaro auksinė plėvelė, kuri savo grožiu nenusileidžia net tikram auksui.

Titanas yra periodinės sistemos antrinio pogrupio IV grupės elementas, eilės numeris 22, atominė masė 47,9. Cheminis ženklas – Ti. Titanas buvo atrastas 1795 m. ir pavadintas graikų epo „Titanas“ herojaus vardu. Jis yra daugiau nei 70 mineralų dalis ir yra vienas iš įprastų elementų – jo kiekis žemės plutoje yra apie 0,6%. Tai sidabriškai baltas metalas. Jo lydymosi temperatūra yra 1665 °C. Titano tiesinio plėtimosi koeficientas 20 - 100 °C diapazone yra 8,3×10 -6 deg -1, o šilumos laidumas l = 15,4 W/(m×K). Jis egzistuoja dviejų polimorfinių modifikacijų: iki 882 °С a-modifikacijos pavidalu, turintis šešiakampę sandarią kristalinę gardelę su parametrais a= 2,95 Å ir su= 4,86 ​​Å; ir virš šios temperatūros b-transformacija su į kūną orientuota kubine gardele yra stabili ( a= 3,31 Å).

Metalas sujungia didelį stiprumą su mažu tankiu r = 4,5 g/cm 3 ir dideliu atsparumu korozijai. Dėl to daugeliu atvejų jis turi didelių pranašumų prieš tokias pagrindines konstrukcines medžiagas kaip plienas ir aliuminis. Tačiau dėl mažo šilumos laidumo jį sunku naudoti konstrukcijoms ir dalims, veikiančioms esant dideliems temperatūrų skirtumams, bei tarnaujant nuo šiluminio nuovargio. Metalas šliaužia tiek aukštoje, tiek kambario temperatūroje. Titano, kaip konstrukcinės medžiagos, trūkumai yra palyginti mažas normalaus elastingumo modulis.

Didelio grynumo metalas turi geras plastikines savybes. Veikiant priemaišoms, jo plastiškumas smarkiai pasikeičia. Deguonis gerai tirpsta titane ir labai sumažina šią savybę jau esant mažoms koncentracijoms. Pridėjus azoto, mažėja ir metalo plastinės savybės. Esant azoto kiekiui daugiau nei 0,2%, titanas lūžta trapus. Tuo pačiu metu deguonis ir azotas padidina laikiną metalo atsparumą ir ištvermę. Šiuo atžvilgiu jie yra naudingos priemaišos.

Vandenilis yra kenksminga priemaiša. Dėl hidridų susidarymo jis smarkiai sumažina titano atsparumą smūgiams net esant labai mažoms koncentracijoms. Vandenilis neturi pastebimo poveikio metalo stiprumo charakteristikoms, esant įvairioms koncentracijoms.

Grynas titanas nepriklauso karščiui atsparioms medžiagoms, nes didėjant temperatūrai jo stiprumas smarkiai mažėja.

Svarbi metalo savybė yra jo gebėjimas formuoti kietus tirpalus su atmosferos dujomis ir vandeniliu. Kaitinant titaną ore, jo paviršiuje, be įprastų mastelių, susidaro sluoksnis, susidedantis iš kieto tirpalo a-Ti (alfito) pagrindu, stabilizuoto deguonimi, kurio storis priklauso nuo temperatūros ir šildymo trukmė. Jis turi aukštesnę transformacijos temperatūrą nei pagrindinis metalo sluoksnis, o jo susidarymas ant dalių ar pusgaminių paviršiaus gali sukelti trapų lūžį.

Titanas pasižymi dideliu atsparumu korozijai ore, natūraliame šaltame, karštame gėlame ir jūros vandenyje, šarminių tirpalų, neorganinių ir organinių rūgščių bei junginių druskose, net ir virinant. Atsparus atskiestos sieros, druskos chlorido (iki 5%), visų koncentracijų azoto (išskyrus dūmus), acto ir pieno rūgštims, chloridams ir regio vandenims. Didelis titano atsparumas korozijai paaiškinamas tuo, kad ant jo paviršiaus susidaro tanki vienalytė apsauginė plėvelė, kurios sudėtis priklauso nuo aplinkos ir susidarymo sąlygų. Daugeliu atvejų tai yra dioksidas - TiO 2. Tam tikromis sąlygomis metalas, sąveikaujantis su druskos rūgštimi, gali būti padengtas apsauginiu hidrido sluoksniu - TiH 2 . Titanas yra atsparus kavitacinei korozijai ir įtempių korozijai.

Pramoninis titano, kaip konstrukcinės medžiagos, naudojimo pradžia siekia praėjusio amžiaus ketvirtąjį dešimtmetį. Šiomis savybėmis titanas labiausiai pritaikomas aviacijoje, raketų technologijoje, laivų statyboje, prietaisų gamyboje ir mechaninėje inžinerijoje. Jis išlaiko aukštas stiprumo charakteristikas aukštesnėje temperatūroje, todėl sėkmingai naudojamas gaminant dalis, kurios yra kaitinamos aukštoje temperatūroje.

Šiuo metu titanas plačiai naudojamas metalurgijoje, įskaitant nerūdijančio ir karščiui atsparaus plieno legiravimo elementą. Titano priedai prie aliuminio, nikelio ir vario lydinių padidina jų stiprumą. Tai yra neatskiriama pjovimo įrankių kietųjų lydinių dalis. Titano dioksidas naudojamas suvirinimo elektrodams padengti. Titano tetrachloridas naudojamas kariuomenėje dūmų uždangoms kurti.

Elektros ir radijo inžinerijoje miltelių pavidalo titanas naudojamas kaip dujų absorberis - kaitinamas iki 500 ° C, jis energingai sugeria dujas ir taip užtikrina didelį vakuumą uždarame tūryje. Šiuo atžvilgiu jis naudojamas elektroninių lempų dalių gamybai.

Titanas kai kuriais atvejais yra nepakeičiama medžiaga chemijos pramonėje ir laivų statyboje. Iš jo gaminamos dalys, skirtos agresyviems skysčiams siurbti, korozinėje aplinkoje veikiantys šilumokaičiai, pakabos įtaisai, naudojami įvairių detalių anodavimui. Titanas yra inertiškas elektrolituose ir kituose galvanizavimo skysčiuose, todėl tinka įvairių galvanizavimo vonių dalių gamybai. Jis plačiai naudojamas gaminant hidrometalurginę įrangą nikelio-kobalto gamykloms, nes pasižymi dideliu atsparumu korozijai ir erozijai, kai liečiasi su nikelio ir kobalto dumblu esant aukštai temperatūrai ir slėgiui.

Titanas yra stabiliausias oksiduojančioje aplinkoje. Redukuojančioje aplinkoje jis gana greitai korozuoja dėl apsauginės oksido plėvelės sunaikinimo.

Titano lydiniai su įvairiais elementais yra perspektyvesnės medžiagos nei komerciškai grynas metalas.

Pagrindiniai pramoninių titano lydinių legiravimo komponentai yra vanadis, molibdenas, chromas, manganas, varis, aliuminis ir alavas. Praktiškai titanas sudaro lydinius su visais metalais, išskyrus šarminių žemių elementus, taip pat su siliciu, boru, vandeniliu, azotu ir deguonimi.

Titano polimorfinių virsmų buvimas, geras daugelio elementų tirpumas jame, kintamo tirpumo cheminių junginių susidarymas leidžia gauti platų asortimentą įvairių savybių turinčių titano lydinių.

Jie turi tris pagrindinius pranašumus, palyginti su kitais lydiniais: mažas savitasis sunkis, aukštos cheminės savybės ir puikus atsparumas korozijai. Lengvumo ir didelio stiprumo derinys daro juos ypač perspektyviomis medžiagomis kaip specialaus plieno pakaitalais aviacijos pramonėje ir dideliu atsparumu korozijai laivų statybos ir chemijos pramonėje.

Daugeliu atvejų titano lydinių naudojimas yra ekonomiškai pagrįstas, nepaisant didelių titano kainų. Pavyzdžiui, vienoje iš Rusijos įmonių buvo naudojami titano siurbliai, pasižymintys didžiausiu atsparumu korozijai, leido 200 kartų sumažinti eksploatacines išlaidas vienam siurbliui. Tokių pavyzdžių yra daug.

Priklausomai nuo legiravimo elementų poveikio polimorfinėms titano virsmoms legiravimo metu, visi lydiniai skirstomi į tris grupes:

1) su a-faze (aliuminis);

2) su b-faze (chromas, manganas, geležis, varis, nikelis, berilis, volframas, kobaltas, vanadis, molibdenas, niobis ir tantalas);

3) su a + b fazėmis (alavas, cirkonio germanis).

Titano ir aliuminio lydiniai turi mažesnį tankį ir didesnį savitąjį stiprumą nei grynas arba komerciškai grynas titanas. Pagal savitąjį stiprumą jie pranoksta daugelį nerūdijančio ir karščiui atsparaus plieno 400 - 500 °C diapazone. Šie lydiniai turi didesnį atsparumą karščiui ir didesnį atsparumą valkšnumui nei daugelis kitų titano lydinių. Jie taip pat turi padidintą normalaus elastingumo modulį. Aukštoje temperatūroje lydiniai nerūdija ir šiek tiek oksiduojasi. Jie turi gerą suvirinamumą, net ir esant dideliam aliuminio kiekiui, siūlės medžiaga ir beveik suvirinimo zona netampa trapi. Aliuminio pridėjimas sumažina titano lankstumą. Šis poveikis yra intensyviausias, kai aliuminio kiekis yra didesnis nei 7,5%. Alavo pridėjimas prie lydinių padidina jų stiprumo charakteristikas. Juose esant iki 5% Sn, pastebimo plastinių savybių sumažėjimo nepastebėta. Be to, alavo įdėjimas į lydinius padidina jų atsparumą oksidacijai ir šliaužimui. Lydiniai, kurių sudėtyje yra 4–5 % Al ir 2–3 % Sn, išlaiko didelį mechaninį stiprumą iki 500 °C.

Cirkonis mažai veikia lydinių mechanines savybes, tačiau jo buvimas prisideda prie atsparumo šliaužimui ir ilgalaikio stiprumo padidėjimo. Cirkonis yra vertingas titano lydinių komponentas.

Šio tipo lydiniai yra gana plastiški: valcuoti, štampuoti ir kalti karštoje būsenoje, suvirinti argono lankiniu ir kontaktiniu suvirinimu, patenkinamai apdirbami pjovimo būdu, turi gerą atsparumą korozijai koncentruotoje azoto rūgštyje, atmosferoje, natrio. chlorido tirpalai esant ciklinėms apkrovoms ir jūros vandeniui. Jie skirti gaminti detales, veikiančias nuo 350 iki 500 °C temperatūroje ilgalaikėms apkrovoms ir iki 900 °C trumpalaikėms apkrovoms. Lydiniai tiekiami lakštų, strypų, juostų, plokščių, kaltinių, štampų, ekstruzinių dalių, vamzdžių ir laidų pavidalu.

Kambario temperatūroje jie išlaiko kristalinę gardelę, būdingą a-titano modifikacijai. Daugeliu atvejų šie lydiniai naudojami atkaitinti.

Titano lydiniai su termodinamiškai stabilia b faze apima sistemas, kuriose yra aliuminio (3,0–4,0 %), molibdeno (7,0–8,0 %) ir chromo (10,0–15,0 %). Tačiau taip prarandamas vienas pagrindinių titano lydinių privalumų – palyginti mažas tankis. Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl šie lydiniai nėra plačiai naudojami. Sukietėjus 760–780 °C ir pasenus 450–480 °C temperatūroje, jų laikinas atsparumas yra 130–150 kg/mm ​​2 , tai atitinka plieną, kurio s in = 255 kg / mm 2 . Tačiau šis stiprumas neišsaugomas kaitinant, o tai yra pagrindinis šių lydinių trūkumas. Jie tiekiami lakštų, strypų ir kaltinių formų.

Geriausias savybių derinys pasiekiamas lydiniuose, sudarytuose iš a ir b fazių mišinio. Aliuminis juose yra nepakeičiamas komponentas. Aliuminio kiekis ne tik išplečia temperatūros diapazoną, kuriame išlaikomas a fazės stabilumas, bet ir padidina b komponento šiluminį stabilumą. Be to , šis metalas sumažina lydinio tankį ir taip kompensuoja šio parametro padidėjimą, susijusį su sunkiųjų legiruojančių elementų įvedimu. Jie turi gerą stiprumą ir lankstumą. Iš jų gaminami lakštai, strypai, kaltiniai ir štampuoti, iš tokių lydinių detalės gali būti jungiamos taškiniu, sandūriniu ir argono lankiniu suvirinimu apsauginėje atmosferoje. Jie gali būti tinkamai apdirbami, turi didelį atsparumą korozijai drėgnoje atmosferoje ir jūros vandenyje, turi gerą terminį stabilumą.

Kartais, be aliuminio ir molibdeno, į lydinius pridedamas nedidelis kiekis silicio. Tai prisideda prie to, kad karšti lydiniai puikiai tinka valcavimui, štampavimui ir kalimui, taip pat padidina atsparumą šliaužimui.

Plačiai naudojamas titano karbidas TiC ir jo pagrindu pagaminti lydiniai. Titano karbidas pasižymi dideliu kietumu ir labai aukšta lydymosi temperatūra, o tai lemia pagrindines jo taikymo sritis. Jis ilgą laiką buvo naudojamas kaip kietųjų lydinių komponentas pjovimo įrankiams ir štampams. Tipiški titano turintys kietieji lydiniai pjovimo įrankiams yra lydiniai T5K10, T5K7, T14K8, T15K6, TZ0K4 (pirmasis skaičius atitinka titano karbido kiekį, o antrasis – cementuojančio metalo kobalto koncentraciją %). Titano karbidas taip pat naudojamas kaip abrazyvinė medžiaga tiek miltelių, tiek cementuoto pavidalo. Jo lydymosi temperatūra viršija 3000°C. Jis turi aukštą elektros laidumą, o esant žemai temperatūrai - superlaidumą. Šio junginio šliaužimas yra žemas iki 1800°C. Kambario temperatūroje jis yra trapus. Titano karbidas yra stabilus šaltose ir karštose rūgštyse – druskos, sieros, fosforo, oksalo, šaltai – perchloro rūgštyje, taip pat jų mišiniuose.

Plačiai naudojamos karščiui atsparios medžiagos, kurių pagrindą sudaro titano karbidas, legiruotas su molibdenu, tantalu, niobiu, nikeliu, kobaltu ir kitais elementais. Tai leidžia gauti medžiagų, kurios sujungia didelį titano karbido stiprumą, atsparumą šliaužimui ir oksidacijai aukštoje temperatūroje su metalų lankstumu ir atsparumu šiluminiam smūgiui. Tuo pačiu principu gaminamos karščiui atsparios medžiagos, kurių pagrindą sudaro kiti karbidai, taip pat boridai, silicidai, kurie jungiami bendruoju keramikos-metalo medžiagų pavadinimu.

Lydiniai titano karbido pagrindu išlaiko pakankamai aukštą atsparumą karščiui iki 1000 - 1100 °C. Jie pasižymi dideliu atsparumu dilimui ir atsparumu korozijai. Lydinių atsparumas smūgiams yra mažas, ir tai yra pagrindinė kliūtis jų platinimui.

Titano karbidas ir jo pagrindu pagaminti lydiniai su kitų metalų karbidais naudojami kaip ugniai atsparios medžiagos. Tigliai iš titano karbido ir jo lydinio su chromo karbidu nedrėksta ir praktiškai ilgą laiką nesąveikauja su išlydytu alavu, bismutu, švinu, kadmiu ir cinku. Titano karbido nesudrėkina išlydytas varis 1100–1300 ° C temperatūroje ir sidabras 980 ° C temperatūroje vakuume, aliuminio 700 ° C temperatūroje argono atmosferoje. Lydiniai, kurių pagrindą sudaro titano karbidas su volframo karbidu arba tantalu, pridedant iki 15% Co 900–1000 ° C temperatūroje ilgą laiką, beveik nėra atsparūs išlydyto natrio ir bismuto poveikiui.

Viskas, ką reikia žinoti apie titaną, taip pat chromą ir volframą

Daugelį domina klausimas: koks yra kiečiausias metalas pasaulyje? Tai yra titanas. Ši kieta medžiaga bus daugumos straipsnio tema. Taip pat šiek tiek susipažinsime su tokiais kietaisiais metalais kaip chromas ir volframas.

9 įdomūs faktai apie titaną

1. Yra keletas versijų, kodėl metalas gavo savo pavadinimą. Pagal vieną teoriją jis buvo pavadintas titanų – bebaimių antgamtinių būtybių – vardu. Pagal kitą versiją, pavadinimas kilęs iš Titanijos, fėjų karalienės.
2. Titaną XVIII amžiaus pabaigoje atrado vokiečių ir anglų chemikas.
3. Titanas ilgą laiką nebuvo naudojamas pramonėje dėl natūralaus trapumo.
4. 1925 m. pradžioje po daugybės eksperimentų chemikai gavo gryną titaną.
5. Titano drožlės yra degios.
6. Tai vienas lengviausių metalų.
7. Titanas gali tirpti tik aukštesnėje nei 3200 laipsnių temperatūroje.
8. Verda 3300 laipsnių temperatūroje.
9. Titanas turi sidabro spalvą.

Titano atradimo istorija

Metalą, kuris vėliau buvo pavadintas titanu, atrado du mokslininkai – anglas Williamas Gregoras ir vokietis Martinas Gregoras Klaprothas. Mokslininkai dirbo lygiagrečiai ir nesusikirto vienas su kitu. Skirtumas tarp atradimų – 6 metai.

William Gregor pavadino savo atradimą menakin.

Po daugiau nei 30 metų buvo gautas pirmasis titano lydinys, kuris pasirodė itin trapus ir niekur negali būti panaudotas. Manoma, kad tik 1925 metais buvo išskirtas grynas titanas, kuris tapo vienu paklausiausių metalų pramonėje.

Įrodyta, kad rusų mokslininkui Kirilovui 1875 metais pavyko išgauti gryną titaną. Jis išleido brošiūrą, kurioje išsamiai aprašo savo darbą. Tačiau mažai žinomo ruso tyrimai liko nepastebėti.

Bendra informacija apie titaną

Titano lydiniai yra mechanikų ir inžinierių išsigelbėjimas. Pavyzdžiui, orlaivio korpusas pagamintas iš titano. Skrydžio metu jis pasiekia kelis kartus didesnį nei garso greitį. Titano korpusas įkaista iki aukštesnės nei 300 laipsnių temperatūros ir netirpsta.

Metalas uždaro dešimtuką „Labiausiai paplitę metalai gamtoje“. Dideli telkiniai aptikti Pietų Afrikoje, Kinijoje, o daug titano – Japonijoje, Indijoje ir Ukrainoje.

Bendras pasaulio titano atsargų kiekis yra daugiau nei 700 mln. Jei gamybos tempas išliks toks pat, titanas tarnaus dar 150-160 metų.

Didžiausia kiečiausio metalo gamintoja pasaulyje yra Rusijos įmonė „VSMPO-Avisma“, tenkinanti trečdalį pasaulio poreikių.

Titano savybės

1. Atsparumas korozijai.
2. Didelis mechaninis stiprumas.
3. Mažas tankis.

Titano atominė masė yra 47,88 amu, serijos numeris cheminėje periodinėje lentelėje yra 22. Išoriškai jis labai panašus į plieną.

Metalo mechaninis tankis yra 6 kartus didesnis nei aliuminio, 2 kartus didesnis nei geležies. Jis gali jungtis su deguonimi, vandeniliu, azotu. Suporuotas su anglimi, metalas sudaro neįtikėtinai kietus karbidus.

Titano šilumos laidumas yra 4 kartus mažesnis nei geležies ir 13 kartų mažesnis nei aliuminio.

Titano kasybos procesas

Žemėje yra daug titano, tačiau jį išgauti iš žarnyno kainuoja daug pinigų. Plėtrai naudojamas jodido metodas, kurio autorius yra Van Arkel de Boer.

Metodas pagrįstas metalo gebėjimu jungtis su jodu, suskaidžius šį junginį galima gauti gryną titaną, be priemaišų.

Įdomiausi dalykai iš titano:

• protezai medicinoje;
• mobiliųjų įrenginių plokštės;
• Kosmoso tyrinėjimo raketų sistemos;
• vamzdynai, siurbliai;
• stogeliai, karnizai, pastatų išorės apdaila;
• daugumos dalių (važiuoklės, odos).

Titano panaudojimas

Titanas aktyviai naudojamas kariuomenėje, medicinoje ir papuošaluose. Jam buvo suteiktas neoficialus pavadinimas „ateities metalas“. Daugelis sako, kad tai padeda svajonę paversti realybe.

Kiečiausias metalas pasaulyje iš pradžių buvo naudojamas karinėje ir gynybos sferoje. Šiandien pagrindinis titano gaminių vartotojas yra orlaivių pramonė.

Titanas yra universali konstrukcinė medžiaga. Daugelį metų jis buvo naudojamas kuriant orlaivių turbinas. Orlaivių varikliuose iš titano gaminami ventiliatoriaus elementai, kompresoriai ir diskai.

Šiuolaikinio lėktuvo konstrukcijoje gali būti iki 20 tonų titano lydinio.

Pagrindinės titano panaudojimo sritys orlaivių pramonėje:

• erdvinės formos gaminiai (durų apvadai, liukai, apvalkalai, grindys);
• agregatai ir komponentai, kuriuos veikia didelė apkrova (sparnų laikikliai, važiuoklė, hidrauliniai cilindrai);
• variklio dalys (kėbulas, kompresorių mentės).

Titano dėka žmogus sugebėjo praeiti pro garso barjerą ir prasibrauti į kosmosą. Jis buvo naudojamas kuriant pilotuojamas raketų sistemas. Titanas gali atlaikyti kosminę spinduliuotę, temperatūros pokyčius, judėjimo greitį.

Šis metalas turi mažą tankį, o tai svarbu laivų statybos pramonėje. Gaminiai iš titano yra lengvi, o tai reiškia, kad sumažėja svoris, padidėja jo manevringumas, greitis, atstumas. Jei laivo korpusas aptrauktas titanu, jo dažyti nereikės daug metų – jūros vandenyje titanas nerūdija (atsparumas korozijai).

Dažniausiai šis metalas naudojamas laivų statyboje, gaminant turbininius variklius, garo katilus, kondensatoriaus vamzdžius.

Naftos pramonė ir titanas

Itin gilus gręžimas laikomas perspektyvia titano lydinių naudojimo sritimi. Norint ištirti ir išgauti požeminius turtus, reikia prasiskverbti giliai po žeme – per 15 tūkstančių metrų. Pavyzdžiui, iš aliuminio pagaminti gręžimo vamzdžiai lūžtų dėl savo gravitacijos, o tik titano lydiniai gali pasiekti tikrai didelį gylį.

Ne taip seniai titanas buvo pradėtas aktyviai naudoti kuriant šulinius jūros lentynose. Specialistai naudoja titano lydinius kaip įrangą:

• naftos gavybos įrenginiai;
• slėginiai indai;
• giluminiai vandens siurbliai, vamzdynai.

Titanas sporte, medicinoje

Titanas yra itin populiarus sporto srityje dėl savo tvirtumo ir lengvumo. Prieš kelis dešimtmečius iš titano lydinių buvo pagamintas dviratis – pirmasis sportinis inventorius iš kiečiausios medžiagos pasaulyje. Šiuolaikinis dviratis susideda iš titano korpuso, tų pačių stabdžių ir sėdynės spyruoklių.

Japonija sukūrė titano golfo lazdas. Šie įrenginiai yra lengvi ir patvarūs, tačiau itin brangūs savo kaina.

Iš titano gaminama dauguma daiktų, kurie yra alpinistų ir keliautojų kuprinėje – indai, maisto ruošimo rinkiniai, lentynos palapinėms sutvirtinti. Titano ledo kirviai yra labai populiari sporto įranga.

Šis metalas yra labai paklausus medicinos pramonėje. Dauguma chirurginių instrumentų yra pagaminti iš titano – lengvi ir patogūs.

Kita ateities metalo taikymo sritis yra protezų kūrimas. Titanas puikiai „susijungia“ su žmogaus kūnu. Gydytojai šį procesą pavadino „tikrais santykiais“. Titano konstrukcijos yra saugios raumenims ir kaulams, retai sukelia alerginę reakciją, jų nesunaikina organizme esantis skystis. Protezai iš titano yra atsparūs ir atlaiko didžiulius fizinius krūvius.

Titanas yra nuostabus metalas. Tai padeda žmogui pasiekti neregėtų aukštumų įvairiose gyvenimo srityse. Jis yra mylimas ir gerbiamas už savo jėgą, lengvumą ir ilgus tarnavimo metus.

Chromas yra vienas kiečiausių metalų.

Įdomūs chromo faktai

1. Metalo pavadinimas kilęs iš graikų kalbos žodžio „chroma“, reiškiančio dažus.
2. Natūralioje aplinkoje chromo nėra gryno pavidalo, o tik chromo geležies rūdos, dvigubo oksido, pavidalu.
3. Didžiausi metalo telkiniai yra Pietų Afrikoje, Rusijoje, Kazachstane ir Zimbabvėje.
4. Metalo tankis - 7200kg/m3.
5. Chromas lydosi 1907 laipsnių temperatūroje.
6. Verda 2671 laipsnio temperatūroje.
7. Visiškai grynas be priemaišų, chromas pasižymi lankstumu ir kietumu. Kartu su deguonimi, azotu ar vandeniliu metalas tampa trapus ir labai kietas.
8. Šį sidabriškai baltą metalą XVIII amžiaus pabaigoje atrado prancūzas Louisas Nicolas Vauquelinas.

Chromo metalo savybės

Chromas turi labai didelį kietumą, gali pjauti stiklą. Jo neoksiduoja oras, drėgmė. Jei metalas yra šildomas, oksidacija įvyks tik paviršiuje.

Per metus sunaudojama daugiau nei 15 000 tonų gryno chromo. Didžiosios Britanijos įmonė „Bell Metals“ laikoma gryniausio chromo gamybos lydere.

Daugiausia chromo suvartojama JAV, Vakarų Europoje ir Japonijoje. Chromo rinka yra nepastovi, o kainos yra įvairios.

Chromo naudojimo sritys

Jis dažniausiai naudojamas lydiniams ir galvanizuotoms dangoms kurti (transportavimui skirtas chromavimas).

Į plieną dedama chromo, kuris pagerina metalo fizines savybes. Šie lydiniai yra paklausiausi juodojoje metalurgijoje.

Populiariausią plieno rūšį sudaro chromas (18%) ir nikelis (8%). Tokie lydiniai puikiai atsparūs oksidacijai, korozijai, yra stiprūs net esant aukštai temperatūrai.

Šildymo krosnys gaminamos iš plieno, kuriame yra trečdalis chromo.

Kas dar pagaminta iš chromo?

1. Šaunamųjų ginklų vamzdžiai.
2. Povandeninių laivų korpusas.
3. Plytos, kurios naudojamos metalurgijoje.

Kitas itin kietas metalas – volframas.

Įdomūs faktai apie volframą

1. Metalo pavadinimas vokiečių kalba („Wolf Rahm“) reiškia „vilko puta“.
2. Tai ugniai atspariausias metalas pasaulyje.
3. Volframas turi šviesiai pilką atspalvį.
4. Metalą XVIII amžiaus pabaigoje (1781 m.) atrado švedas Karlas Scheele.
5. Volframas lydosi 3422 laipsnių temperatūroje, verda 5900 laipsnių temperatūroje.
6. Metalo tankis yra 19,3 g/cm³.
7. Atominė masė - 183,85, VI grupės elementas Mendelejevo periodinėje sistemoje (eilės numeris - 74).

Volframo gavybos procesas

Volframas priklauso didelei retųjų metalų grupei. Jame taip pat yra rubidžio, molibdeno. Šiai grupei būdingas mažas metalų paplitimas gamtoje ir nedidelis vartojimo mastas.

Volframo gavimas susideda iš 3 etapų:

• metalo atskyrimas nuo rūdos, jo kaupimasis tirpale;
• junginio išskyrimas, jo gryninimas;
• gryno metalo išgavimas iš gatavo cheminio junginio.
• Pradinė medžiaga volframui gauti yra scheelitas ir volframitas.

Volframo taikymas

Volframas yra patvariausių lydinių pagrindas. Iš jo gaminami orlaivių varikliai, elektrovakuuminių prietaisų dalys, kaitrinės gijos.
Didelis metalo tankis leidžia naudoti volframą kuriant balistines raketas, kulkas, atsvarus, artilerijos sviedinius.

Volframo junginiai naudojami kitų metalų apdirbimui, kasybos pramonėje (gręžinių gręžimui), dažymui ir tekstilės gaminiams (kaip organinės sintezės katalizatorius).

Iš sudėtingų volframo junginių gaminami:

• laidai - naudojami šildymo krosnyse;
• juostos, folija, plokštės, lakštai - valcavimui ir plokščiam kalimui.

Titanas, chromas ir volframas yra „kiečiausių metalų pasaulyje“ sąrašo viršuje. Jie naudojami daugelyje žmogaus veiklos sričių – orlaivių ir raketų moksle, karinėje srityje, statybose ir tuo pačiu tai toli gražu ne visas metalo panaudojimo spektras.

Daugelį domina šiek tiek paslaptingas ir iki galo nesuprantamas titanas – metalas, kurio savybės kiek dviprasmiškos. Metalas yra ir stipriausias, ir trapiausias.

Pats stipriausias ir trapiausias metalas

Jį 6 metų skirtumu atrado du mokslininkai – anglas W. Gregoras ir vokietis M. Klaprothas. Titano vardas siejamas, viena vertus, su mitiniais titanais, antgamtiniais ir bebaimis, kita vertus, su Titanija, fėjų karaliene.
Tai viena iš labiausiai paplitusių medžiagų gamtoje, tačiau gryno metalo gavimo procesas yra ypač sunkus.

22 D. Mendelejevo lentelės cheminis elementas Titanas (Ti) priklauso IV periodo 4 grupei.

Titano spalva yra sidabriškai balta su ryškiu blizgesiu. Jos akcentai mirga visomis vaivorykštės spalvomis.

Tai vienas iš ugniai atsparių metalų. Jis lydosi +1660°C (±20°) temperatūroje. Titanas yra paramagnetinis: jis neįmagnetinamas magnetiniame lauke ir nėra išstumiamas iš jo.
Metalas pasižymi mažu tankiu ir dideliu stiprumu. Tačiau šios medžiagos ypatumas slypi tame, kad net minimalios kitų cheminių elementų priemaišos kardinaliai pakeičia jos savybes. Esant nereikšmingai kitų metalų daliai, titanas praranda atsparumą karščiui, o jo sudėtyje esantis minimalus nemetalinių medžiagų kiekis daro lydinį trapus.
Ši savybė lemia 2 rūšių medžiagų buvimą: grynos ir techninės.

1. Grynas titanas naudojamas ten, kur reikalinga labai lengva medžiaga, kuri gali atlaikyti dideles apkrovas ir itin aukštus temperatūros diapazonus.
2. Techninė medžiaga naudojama ten, kur vertinami tokie parametrai kaip lengvumas, stiprumas ir atsparumas korozijai.

Medžiaga turi anizotropijos savybę. Tai reiškia, kad metalas gali pakeisti savo fizines charakteristikas, remiantis taikoma jėga. Į šią savybę reikėtų atsižvelgti planuojant medžiagos naudojimą.

Titanas praranda savo stiprumą, kai jame yra mažiausia kitų metalų priemaišų.

Atlikti titano savybių tyrimai normaliomis sąlygomis patvirtina jo inertiškumą. Medžiaga nereaguoja į supančios atmosferos elementus.
Parametrų kaita prasideda, kai temperatūra pakyla iki +400°C ir aukščiau. Titanas reaguoja su deguonimi, gali užsidegti azote, sugeria dujas.
Dėl šių savybių sunku gauti gryną medžiagą ir jos lydinius. Titano gamyba pagrįsta brangios vakuuminės įrangos naudojimu.

Titanas ir konkurencija su kitais metalais

Šis metalas nuolat lyginamas su aliuminio ir geležies lydiniais. Daugelis titano cheminių savybių yra žymiai geresnės nei konkurentų:

1. Pagal mechaninį stiprumą titanas geležį lenkia 2 kartus, o aliuminį 6 kartus. Jo stiprumas didėja mažėjant temperatūrai, o to nepastebi konkurentai.
   Titano antikorozinės savybės yra daug aukštesnės nei kitų metalų.
2. Aplinkos temperatūroje metalas yra visiškai inertiškas. Bet kai temperatūra pakyla virš +200°C, medžiaga pradeda sugerti vandenilį, pakeisdama savo charakteristikas.
3. Esant aukštesnei temperatūrai, titanas reaguoja su kitais cheminiais elementais. Jis turi didelį specifinį stiprumą, kuris yra 2 kartus didesnis nei geriausių geležies lydinių savybės.
4. Titano antikorozinės savybės žymiai viršija aliuminio ir nerūdijančio plieno savybes.
5. Medžiaga yra prastas elektros laidininkas. Titano savitoji varža yra 5 kartus didesnė nei geležies, 20 kartų didesnė nei aliuminio ir 10 kartų didesnė už magnio.
6. Titanui būdingas mažas šilumos laidumas, tai yra dėl mažo šiluminio plėtimosi koeficiento. Tai 3 kartus mažiau nei geležies ir 12 kartų mažiau nei aliuminio.
   

Kaip gaunamas titanas?

Medžiaga užima 10 vietą pagal paplitimą gamtoje. Yra apie 70 mineralų, kurių sudėtyje yra titano titano rūgšties arba jos dioksido pavidalu. Labiausiai paplitę iš jų ir turintys didelį metalo darinių procentą:

• ilmenitas;
• rutilas;
• anatazė;
• perovskitas;
• brookitas.

Pagrindiniai titano rūdos telkiniai yra JAV, Didžiojoje Britanijoje, Japonijoje, dideli jų telkiniai aptinkami Rusijoje, Ukrainoje, Kanadoje, Prancūzijoje, Ispanijoje, Belgijoje.

Titano gavyba yra brangus ir daug darbo reikalaujantis procesas

Iš jų gauti metalą labai brangu. Mokslininkai sukūrė 4 titano gamybos būdus, kurių kiekvienas yra veiksmingas ir efektyviai naudojamas pramonėje:

1. Magnio metodas. Išskirtos žaliavos, kuriose yra titano priemaišų, apdorojamos ir gaunamas titano dioksidas. Ši medžiaga yra chloruojama kasyklų arba druskos chloravimo įrenginiuose aukštesnėje temperatūroje. Procesas yra labai lėtas ir atliekamas dalyvaujant anglies katalizatoriui. Tokiu atveju kietasis dioksidas paverčiamas dujine medžiaga – titano tetrachloridu. Gauta medžiaga redukuojama magniu arba natriu. Reakcijos metu susidaręs lydinys kaitinamas vakuume iki itin aukštų temperatūrų. Dėl reakcijos magnis ir jo junginiai išgaruoja su chloru. Proceso pabaigoje gaunama į kempinę panaši medžiaga. Jis išlydomas ir gaunamas aukštos kokybės titanas.
2. Hidrido-kalcio metodas. Rūda yra veikiama cheminės reakcijos ir gaunamas titano hidridas. Kitas etapas yra medžiagos atskyrimas į komponentus. Titanas ir vandenilis išsiskiria kaitinant vakuuminėse gamyklose. Proceso pabaigoje gaunamas kalcio oksidas, kuris plaunamas silpnomis rūgštimis. Pirmieji du metodai yra susiję su pramonine gamyba. Jie leidžia gauti gryno titano per trumpiausią įmanomą laiką palyginti mažomis sąnaudomis.
3. elektrolizės metodas. Titano junginiai yra veikiami didelės srovės. Priklausomai nuo žaliavos, junginiai skirstomi į komponentus: chlorą, deguonį ir titaną.
4. Jodido metodas arba rafinavimas. Titano dioksidas, gaunamas iš mineralų, užpilamas jodo garais. Dėl reakcijos susidaro titano jodidas, kuris kaitinamas iki aukštos temperatūros - + 1300 ... + 1400 ° C ir veikia jį elektros srove. Tuo pačiu metu komponentai yra izoliuojami nuo žaliavos: jodo ir titano. Šiuo metodu gautas metalas neturi priemaišų ir priedų.

Naudojimo sritys

Titano naudojimas priklauso nuo jo išvalymo nuo priemaišų laipsnio. Net nedidelis kiekis kitų cheminių elementų titano lydinio sudėtyje radikaliai keičia jo fizines ir mechanines savybes.

Titanas su tam tikru kiekiu priemaišų vadinamas techniniu. Jis pasižymi dideliu atsparumu korozijai, yra lengvas ir labai patvari medžiaga. Jo taikymas priklauso nuo šių ir kitų rodiklių.

• Chemijos pramonėje iš titano ir jo lydinių gaminami šilumokaičiai, įvairaus diametro vamzdžiai, jungiamosios detalės, korpusai ir įvairios paskirties siurblių dalys. Medžiaga yra nepakeičiama tose vietose, kur reikalingas didelis stiprumas ir atsparumas rūgštims.
• Transporte titanas naudojamas dviračių, automobilių, geležinkelio vagonų ir traukinių dalių ir mazgų gamybai. Medžiagos naudojimas sumažina riedmenų ir automobilių svorį, daro dviračių dalis lengvesnes ir tvirtesnes.
• Titanas yra svarbus jūrų laivyno skyriuje. Iš jo gaminamos povandeninių laivų korpusų dalys ir elementai, valčių ir sraigtasparnių sraigtai.
• Statybos pramonėje naudojamas cinko-titano lydinys. Jis naudojamas kaip fasadų ir stogų apdailos medžiaga. Šis labai tvirtas lydinys turi svarbią savybę: iš jo galima pagaminti fantastiškiausios konfigūracijos architektūrines detales. Jis gali būti bet kokios formos.
• Pastarąjį dešimtmetį titanas buvo plačiai naudojamas naftos pramonėje. Jo lydiniai naudojami gaminant įrangą, skirtą itin giliam gręžimui. Medžiaga naudojama naftos ir dujų gamybos įrangai jūroje gaminti.

Titanas turi labai platų pritaikymo spektrą.

Grynas titanas turi savo paskirtį. Jis reikalingas ten, kur reikalingas atsparumas aukštoms temperatūroms ir kartu turi būti išlaikytas metalo tvirtumas.

Jis taikomas :

• orlaivių ir kosmoso pramonė, skirta odos dalių, korpusų, tvirtinimo detalių, važiuoklių gamybai;
• vaistai protezavimui ir širdies vožtuvų bei kitų prietaisų gamybai;
• darbo kriogeninėje srityje technika (čia jie naudoja titano savybę - mažėjant temperatūrai padidėja metalo stiprumas ir neprarandamas jo plastiškumas).

Procentais titano naudojimas įvairių medžiagų gamybai atrodo taip:

• 60% sunaudojama dažų gamybai;
• plastikas sunaudoja 20%;
• Popieriaus gamyboje sunaudojama 13 proc.;
• mechaninė inžinerija sunaudoja 7% gauto titano ir jo lydinių.

Žaliavos ir titano gavimo procesas yra brangūs, jo gamybos kaštus kompensuoja ir atsiperka gaminių iš šios medžiagos tarnavimo laikas, gebėjimas nekeisti savo išvaizdos per visą eksploatacijos laikotarpį.

Titanas– vienas paslaptingų, mažai tyrinėtų makroelementų moksle ir žmogaus gyvenime. Nors jis ne veltui vadinamas „kosminiu“ elementu, nes. jis aktyviai naudojamas pažangiose mokslo, technologijų, medicinos šakose ir daugeliu kitų būdų – tai ateities elementas.

Šis metalas yra sidabriškai pilkos spalvos (žr. nuotrauką), netirpus vandenyje. Jis turi mažą cheminį tankį, todėl jam būdingas lengvumas. Tuo pačiu metu jis yra labai tvirtas ir lengvai apdorojamas dėl savo lydymosi ir lankstumo. Elementas yra chemiškai inertiškas, nes ant paviršiaus yra apsauginė plėvelė. Titanas nedegus, bet jo dulkės yra sprogios.

Šio cheminio elemento atradimas priklauso didžiajam mineralų mylėtojui, anglui Williamui MacGregorui. Tačiau titanas vis dar skolingas chemikui Martinui Heinrichui Klaprothui, kuris jį atrado nepriklausomai nuo McGregoro.

Prielaidos dėl priežasčių, kodėl šis metalas buvo pavadintas „titanu“, yra romantiškos. Pagal vieną versiją, vardas siejamas su senovės graikų dievais titanais, kurių tėvai buvo dievas Uranas ir deivė Gaja, tačiau pagal antrąją jis kilęs iš fėjų karalienės – Titanijos vardo.

Kad ir kaip būtų, šis makroelementas yra devintas pagal dydį gamtoje. Tai yra floros ir faunos atstovų audinių dalis. Jūros vandenyje jo yra daug (iki 7 proc.), tačiau dirvožemyje tik 0,57 proc. Titano atsargomis turtingiausia Kinija, antroje vietoje – Rusija.

Titano veiksmas

Makroelemento poveikį organizmui lemia jo fizikinės ir cheminės savybės. Jo dalelės yra labai mažos, jos gali prasiskverbti į ląstelės struktūrą ir paveikti jos darbą. Manoma, kad dėl savo inertiškumo makroelementas chemiškai nesąveikauja su dirginančiomis medžiagomis, todėl nėra toksiškas. Tačiau fiziškai veikiant jis susiliečia su audinių, organų ląstelėmis, krauju, limfa, o tai sukelia mechaninius jų pažeidimus. Taigi elementas savo veikimu gali pažeisti viengrandę ir dvigrandę DNR, pažeisti chromosomas, o tai gali sukelti vėžio išsivystymo riziką ir genetinio kodo gedimą.

Paaiškėjo, kad makroelementų dalelės negali prasiskverbti per odą. Todėl į žmogaus vidų jie patenka tik su maistu, vandeniu ir oru.

Titanas geriau pasisavinamas per virškinamąjį traktą (1-3 proc.), tačiau per kvėpavimo takus tik apie 1 proc., tačiau jo kiekis organizme koncentruotas kaip ir plaučiuose (30 proc.). Su kuo tai susiję? Išanalizavę visus aukščiau pateiktus skaičius, galime padaryti keletą išvadų. Pirma, titanas paprastai prastai įsisavinamas organizme. Antra, per virškinimo traktą titanas išsiskiria su išmatomis (0,52 mg) ir šlapimu (0,33 mg), tačiau plaučiuose toks mechanizmas yra silpnas arba jo visai nėra, nes su amžiumi titano koncentracija šiame organe didėja. padidėja beveik 100 kartų. Kokia yra tokios didelės koncentracijos ir tokios silpnos absorbcijos priežastis? Greičiausiai taip yra dėl nuolatinio dulkių, kuriose visada yra titano komponento, atakos prieš mūsų kūną. Be to, šiuo atveju būtina atsižvelgti į mūsų ekologiją ir pramoninių objektų prieinamumą šalia gyvenviečių.

Palyginti su plaučiais, kituose organuose, tokiuose kaip blužnis, antinksčiai, skydliaukė, makroelemento kiekis išlieka nepakitęs visą gyvenimą. Taip pat elemento buvimas stebimas limfoje, placentoje, smegenyse, moters motinos piene, kauluose, naguose, plaukuose, akies lęšyje, epitelio audiniuose.

Būdamas kauluose, titanas dalyvauja jų susiliejime po lūžių. Taip pat teigiamas poveikis pastebimas regeneraciniuose procesuose, vykstančiuose pažeistuose judančių kaulų sąnariuose sergant artritu ir artroze. Šis metalas yra stiprus antioksidantas. Silpnina laisvųjų radikalų poveikį odai ir kraujo ląstelėms, apsaugo visą kūną nuo priešlaikinio senėjimo ir nusidėvėjimo.

Koncentruodamasis į smegenų dalis, atsakingas už regėjimą ir klausą, teigiamai veikia jų veiklą. Metalo buvimas antinksčiuose ir skydliaukėje reiškia, kad jis dalyvauja metabolizme dalyvaujančių hormonų gamyboje. Jis taip pat dalyvauja hemoglobino gamyboje, raudonųjų kraujo kūnelių gamyboje. Mažindamas cholesterolio ir karbamido kiekį kraujyje, jis stebi normalią jo sudėtį.

Neigiamas titano poveikis organizmui atsiranda dėl to, kad yra sunkusis metalas. Patekęs į organizmą, jis neskyla ir nesuyra, o nusėda žmogaus organuose ir audiniuose, jį nuodydamas ir trukdydamas gyvybiniams procesams. Jis nerūdija, yra atsparus šarmams ir rūgštims, todėl skrandžio sultys nepajėgios jo veikti.

Titano junginiai turi savybę blokuoti trumpųjų bangų ultravioletinę spinduliuotę ir nėra absorbuojami per odą, todėl jais galima apsaugoti odą nuo ultravioletinių spindulių.

Įrodyta, kad rūkymas daug kartų padidina metalo patekimą į plaučius iš oro. Ar tai nėra priežastis mesti šį blogą įprotį!

Dienos norma – kam reikalingas cheminis elementas?

Makroelemento paros norma susidaro dėl to, kad žmogaus organizme yra apie 20 mg titano, iš kurio 2,4 mg yra plaučiuose. Kasdien organizmas su maistu gauna 0,85 mg medžiagos, su vandeniu – 0,002 mg, su oru – 0,0007 mg. Titano paros norma yra labai sąlyginė, nes jo poveikio organams pasekmės nebuvo iki galo ištirtos. Apytiksliai tai yra apie 300–600 mcg per dieną. Klinikinių duomenų apie šios normos viršijimo pasekmes nėra – viskas yra bandomųjų tyrimų stadijoje.

titano trūkumas

Sąlygų, kurioms esant būtų pastebėtas metalo trūkumas, nenustatyta, todėl mokslininkai padarė išvadą, kad gamtoje jų nėra. Tačiau jo trūkumas pastebimas daugumoje rimtų ligų, kurios gali pabloginti paciento būklę. Šį trūkumą galima pašalinti naudojant titano turinčius preparatus.

Titano pertekliaus poveikis organizmui

Vienkartinio titano patekimo į organizmą makroelemento perteklius nebuvo aptiktas. Jeigu, tarkime, žmogus prarijo titano smeigtuką, tai, matyt, apie apsinuodijimą kalbėti nereikia. Greičiausiai dėl savo inertiškumo elementas nesilies, o bus pašalintas natūraliai.

Didelį pavojų kelia sistemingai didėjanti makroelemento koncentracija kvėpavimo sistemoje. Dėl to pažeidžiamos kvėpavimo ir limfinės sistemos. Taip pat yra tiesioginis ryšys tarp silikozės laipsnio ir elemento kiekio kvėpavimo sistemoje. Kuo didesnis jo kiekis, tuo sunkesnė liga.

Sunkiųjų metalų perteklius pastebimas žmonėms, dirbantiems chemijos ir metalurgijos įmonėse. Titano chloridas yra pavojingiausias – po 3 darbo metų prasideda sunkių lėtinių ligų pasireiškimas.

Tokios ligos gydomos specialiais vaistais ir vitaminais.

Kokie yra šaltiniai?

Elementas į žmogaus organizmą patenka daugiausia su maistu ir vandeniu. Daugiausia jo yra ankštiniuose augaluose (žirniai, pupelės, lęšiai, pupelės) ir grūduose (rugiuose, miežiuose, grikiuose, avižose). Jo buvimas buvo atskleistas pieno ir mėsos patiekaluose, taip pat kiaušiniuose. Augaluose šio elemento yra daugiau nei gyvūnuose. Jo ypač daug dumblių – krūminės kladoforos.

Visuose maisto produktuose, kurių sudėtyje yra E171 maisto dažiklio, yra šio metalo dioksido. Jis naudojamas padažams ir prieskoniams gaminti. Abejotina šio priedo žala, nes titano oksidas praktiškai netirpsta vandenyje ir skrandžio sultyse.

Naudojimo indikacijos

Elemento naudojimo indikacijų yra, nepaisant to, kad šis kosminis elementas dar mažai ištirtas, jis aktyviai naudojamas visose medicinos srityse. Dėl savo stiprumo, atsparumo korozijai ir biologinio inertiškumo jis plačiai naudojamas protezavimo srityje, gaminant implantus. Jis naudojamas odontologijoje, neurochirurgijoje, ortopedijoje. Dėl patvarumo iš jo gaminami chirurginiai instrumentai.

Šios medžiagos dioksidas naudojamas gydant odos ligas, tokias kaip cheilitas, pūslelinė, spuogai, burnos gleivinės uždegimai. Jie pašalina veido hemangiomą.

Metalo nikelidas dalyvauja pašalinant lokaliai išplitusį gerklų vėžį. Jis naudojamas gerklų ir trachėjos endoprotezavimui pakeisti. Jis taip pat naudojamas užkrėstoms žaizdoms gydyti kartu su antibiotikų tirpalais.

Makroelementų glicerosolvato akvakompleksas skatina opinių žaizdų gijimą.

Viso pasaulio mokslininkams yra daug galimybių tyrinėti ateities elementą, nes jo fizikinės ir cheminės savybės yra didelės ir gali atnešti neribotą naudą žmonijai.