TITANIUMOXID (IV): STRUKTUR, EGENSKAPER, ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2026

Den titanoxid (IV) är ett fast oorganiskt kristallint vitt vars kemiska formel är TiO ₂ , så det är också känd som titandioxid. Det finns i tre kristallina former: rutil, anatas och brookit. Även om i naturen är det vanligtvis färgat på grund av närvaron av föroreningar, såsom järn, krom eller vanadin, ren TiO ₂ används som ett vitt pigment.

Bland dess egenskaper kan vi betona att lösligheten av TiO ₂ beror avsevärt på dess kemiska och termiska historia. Förutom att det blir kemiskt inert när det värms upp till höga temperaturer (900 ºC). Dess viktigaste källor är ilmenit (järn och titanoxid), rutil och anatas.

Titandioxidpulver. Den ursprungliga uppladdaren var Walkerma på engelska Wikipedia.

Det produceras främst i en kvalitet som är lämplig för användning som pigment, vilket garanterar dess utmärkta ljusspridningsegenskaper i applikationer som kräver vit opacitet och glans.

Det produceras också som ett ultratunt material för applikationer där transparens och maximal ultraviolett (UV) absorption krävs. Till exempel som en del av solskyddsmedel för huden. I dessa, TiO ₂ fungerar som ett filter, vilket sålunda blockerar absorptionen av dessa strålar.

På grund av dess kemiska inertitet är det det föredragna vita pigmentet. Men USA: s livsmedels- och drogadministration, eller FDA, har fastställt parametrar för dess säkra användning i livsmedel och kosmetika.

Det finns också en gräns för exponering för titanoxidstoft, eftersom när dammet inhaleras kan det avsättas i lungorna.

Strukturera

TiO ₂ har tre kristallina modifikationer: rutil, anatas och brookit. Dessa kristallina sorter finns alla i naturen.

rutil

Rutil kristalliserar i det tetragonala systemet med två TiO ₂ enheter per cell. Titan koordineras oktaedriskt. Rutil har visats genom kalorimetriska studier vara den mest termiskt stabila kristallina formen.

Rutil kristallstruktur. Grå bollar: titan, rosa bollar: syre. Solid State Source: Wikipedia Commons

anatas

Denna form kristalliseras också i det tetragonala systemet, men anatas förekommer i form av starkt förvrängd oktaedra av syreatomer med avseende på varje titanatom, varav två är relativt närmare. Den har 4 enheter TiO ₂ för varje kristallin cell.

Kristallstruktur av anatas. Benjah-bmm27 Källa: Wikipedia Commons

brookit

Det kristalliserar i den ortorombiska systemet, med 8 TiO ₂ enheter för varje kristallint cell.

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Kristallint fast ämne.

Mohs hårdhet

Rutile: 7-7,5.

Anatas: 5,5-6.

Molekylvikt

79,87 g / mol.

Smältpunkt

Rutile: 1830-1850 ° C

Anatas: vid uppvärmning blir det rutil.

Densitet

Rutil: 4 250 g / cm ^{^}

Anatas: 4,133 g / cm ³

Brookite: 3,895 g / cm ^{^}

löslighet

Olöslig i vatten och organiska lösningsmedel. Löses långsamt i HF och varm koncentrerad H ₂ SO ₄ . Olöslig i HCl och HNO ₃ .

pH

7,5.

Brytningsindex

Rutile: 2,75 vid 550 nm.

Anatas: 2,54 vid 550 nm.

Det har det högsta brytningsindexet för alla oorganiska pigment.

Andra egenskaper

Anatas omvandlas snabbt till rutil vid temperaturer över 700 ºC. TiO ₂ som har kalcinerats vid 900 ° C upplöses svagt i baser, fluorvätesyra och varm svavelsyra. Den attackeras inte av svaga oorganiska syror eller organiska syror. Det reduceras eller oxideras inte lätt.

Anatas och rutil är bredbandsledare, men deras elektriska konduktivitet beror på förekomsten av föroreningar och defekter i kristallen.

Nomenklatur

-Titandioxid

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

tillämpningar

Vita pigment

Den viktigaste användningen för titanium (IV) oxid är som ett vitt pigment i en mängd olika produkter, inklusive färger, lacker, lim, plast, papper och tryckfärger. Detta beror på dess höga brytningsindex och dess kemiska inertitet.

Källa: Pexels.com

Titandioxiden som används som det vita pigmentet måste vara av hög renhet. Dess opacitet och ljusstyrka härrör från dess förmåga att sprida ljus. Det är ljusare än diamant. Endast rutil och anatas har goda pigmenteringsegenskaper.

plast

I plast minimerar TiO ₂ sprödhet och sprickor som kan uppstå till följd av exponering för ljus.

Det är det viktigaste pigmentet vid tillverkning av utomhus-PVC-plastföremål, eftersom det ger UV-skydd för materialet.

Den optimala kristallina formen i detta fall är rutil. I denna ansökan, måste rutil har en ytbeläggning av zirkonium, kisel eller aluminium, för att minimera den fotokatalytiska verkan av TiO ₂ i nedbrytningen av PVC.

Andra användningsområden

Andra användningsområden inkluderar glasbaserade emaljer som används på stål och gjutjärn, till vilka det ger opacitet och resistens mot syror.

I textilindustrin används det i garnguider, så att de lätt glider under snurrning. Friktionen mellan gängorna och styrningarna genererar statisk elektricitet. För att sprida den måste TiO ₂ brännas vid 1300 ºC för att den ska ha större elektrisk ledningsförmåga.

Andra tillämpningar inkluderar pigmentering av tryckfärger, gummi, textilier, läder, syntetfibrer, keramik, vit cement, golvbeläggning och takmaterial. Som pappersbeläggning gör TiO ₂ den vitare, ljusare och mer ogenomskinlig.

Det används i kosmetika för att täcka hudens brister och för att göra tandkräm och tvålvitt.

Det skyddar livsmedel, drycker, kosttillskott och farmaceutiska produkter från för tidig nedbrytning orsakad av ljuseffekten och förlänger produktens livslängd.

Det är en komponent i tillverkningen av glas, keramik och elektroceramik. Det används i element i elektriska kretsar. Det används också i syrgasgivaren i motorfordons avgassystem.

Ultrafine TiO ₂ används som en komponent i solskyddsmedel, eftersom det är en stark absorberare av ultravioletta (UV) strålar, både UV-A och UV-B. UV-A-strålar orsakar rynkor och åldrande hud, och UV-B orsakar brännskador och erytem.

TiO _2- nanopartiklar används som bärarmaterial för kemiska reaktionskatalysatorer.

Anatas är en effektiv fotokatalysator som oxiderar organiska föreningar. Ju mindre dess partiklar, desto effektivare är det.

referenser

1. Cotton, F. Albert och Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avancerad oorganisk kemi. John Wiley & Sons.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Volym 19 och 24. Fjärde upplagan. John Wiley & Sons.
3. Fakta om kemisk säkerhet. (2019). Titandioxid. Återställs från: chemicalafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). PVC-tillsatser. I PVC-formulär (andra upplagan). Återställs från sciencedirect.com
5. Denning, R. (2009). Förbättra ullprodukter med nanoteknologi. I Advances in Wool Technology. Återställs från sciencedirect.com
6. National Library of Medicine. (2019). Titandioxid. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov