Какими магнитными свойствами обладает атом титана

Уникальные физико-технические свойства титана – лёгкость, особая прочность и высокая коррозионная стойкость сделали его одним из основных композиционных материалов, широко востребованных практически во всех областях машиностроения и во многих отраслях промышленности.

Однако всё большее применение находят и другие особенности титана, обусловленные его температурными, электрическими и магнитными свойствами.

Чистый, без примесей, титан имеет очень высокую температуру плавления (около 1660°C), по тугоплавкости он уступает только таким металлам, как молибден, тантал, вольфрам, платиноиды, ниобий, цирконий и рений. Теплопроводность титана составляет 22,065 Вт/(м.К), что примерно в 7 раз ниже, чем теплопроводность магния, в 3 – железа, в 17 – меди и алюминия. Коэффициент термического расширения у титана самый маленький по сравнению с другими металлами: при температуре 20°C он в 3 раза меньше, чем у алюминия, в 1,5 – чем у железа и в 2 – чем у меди. Поэтому такие качества титана, как твёрдость и прочность сохраняются при достаточно высоких температурах — до +450-500°C, для некоторых сплавов титана этот предел достигает +650°C. При понижении температуры титан сохраняет хорошую пластичность при некотором увеличении прочностных характеристик, и это ещё больше расширяет температурный диапазон его использования. Сейчас титановые сплавы применяются для условий от -250 до +550 °С.

При нагревании, даже незначительном, проявляется одно из главных свойств титана – его способность активно поглощать газы: водород – начиная с 50-70°С, кислород – свыше 400°С, азот, углекислый газ и окись углерода – с 600°С. Такая высокая химическая активность титана требует соблюдения особых условий при его плавке или сварке. Вместе с тем способность к газопоглощению обеспечила титану применение в электронной и радиопромышленности в качестве геттерного материала.

Наряду с тем, что титан обладает низкой теплопроводностью, он является также плохим проводником электричества. При температуре 20°C, в зависимости от содержащихся примесей, удельное электросопротивление титана колеблется в интервале 0,42-0,55 мкОм*м. Для сравнения: если принять за 100% электропроводность серебра, то медь будет обладать электропроводностью 94%, алюминий – 55%, железо и ртуть – 2%, а титан –лишь 0,3%. Но при температурах ниже -272°C титан становится сверхпроводником электричества, и это его свойство открывает новые перспективы применения титановых сплавов в областях, связанных с генерированием, передачей на большие расстояния и использованием электроэнергии.

Ещё более привлекательным для применения в электротехнике делает титан его слабая магнитная восприимчивость, характеризующаяся коэффициентом магнитной проницаемости, равным 1, 00004. То есть титан, так же как, например, алюминий, относится к парамагнитным металлам, которые не намагничиваются подобно железу или никелю в магнитном поле, но и не выталкиваются из него, как медь, серебро или золото. Это свойство титана с успехом используется как в производстве специального немагнитного оборудования, техники, приборов и машин, так и в медицине для создания имплантатов и протезов. В последнем случае особую ценность титановым конструкциям придаёт то, что их низкая электропроводность и слабая намагничиваемость не препятствуют проведению любых физиотерапевтических процедур.

Источник

Многих интересует немного загадочный и не до конца изученный титан — металл, свойства которого отличаются некоторой двоякостью. Металл и самый прочный, и самый хрупкий.

Двоякость титана

Самый прочный и самый хрупкий металл

Его открыли двое ученых с разницей в 6 лет — англичанин У. Грегор и немец М. Клапрот. Название титана связывают, с одной стороны, с мифическими титанами, сверхъестественными и бесстрашными, с другой стороны, с Титанией — королевой фей.
Это один из самых распространенных в природе материалов, но процесс получения чистого металла отличается особой сложностью.

Свойства титана

22 химический элемент таблицы Д. Менделеева Titanium (Ti) относится к 4 группе 4 периода.

Цвет титана серебристо-белый с выраженным блеском. Его блики переливаются всеми цветами радуги.

Это один из тугоплавких металлов. Он плавится при температуре +1660 °С (±20°). Титан отличается парамагнитностью: он не намагничивается в магнитном поле и не выталкивается из него.
Металл характеризуется низкой плотностью и высокой прочностью. Но особенность этого материала заключается в том, что даже минимальные примеси других химических элементов кардинально изменяют его свойства. При наличии ничтожной доли других металлов титан теряет свою жаропрочность, а минимум неметаллических веществ в его составе делают сплав хрупким.
Эта особенность обуславливает наличие 2 видов материала: чистого и технического.

Титан чистого вида используют там, где требуется очень легкое вещество, выдерживающее большие нагрузки и сверхвысокие температурные диапазоны.
Технический материал применяется там, где ценятся такие параметры, как легкость, прочность и устойчивость к коррозии.

Вещество обладает свойством анизотропности. Это означает, что металл может изменять свои физические характеристики, исходя из приложенных усилий. На эту особенность следует обращать внимание, планируя применение материала.

Свойства титана

Титан теряет прочность при малейшем присутствии в нем примесей других металлов

Проведенные исследования свойств титана в нормальных условиях подтверждают его инертность. Вещество не реагирует на элементы, находящиеся в окружающей атмосфере.
Изменение параметров начинается при повышении температуры до +400°С и выше. Титан вступает в реакцию с кислородом, может воспламеняться в азоте, впитывает газы.
Эти свойства затрудняют получение чистого вещества и его сплавов. Производство титана основано на применении дорогостоящей вакуумной аппаратуры.

Титан и конкуренция с другими металлами

Этот металл постоянно сравнивают с алюминием и сплавами железа. Многие химические свойства титаназначительно лучше, чем у конкурентов:

По механической прочности титан превосходит железо в 2 раза, а алюминий в 6 раз. Прочность его увеличивается при снижении температуры, чего не отмечается у конкурентов.
Антикоррозионные характеристики титана значительно превышают показатели других металлов.
При температурах окружающей среды металл абсолютно инертен. Но при повышении температуры свыше +200°С вещество начинает поглощать водород, изменяя свои характеристики.
При более высоких температурах титан вступает в реакции с другими химическими элементами. Он обладает высокой удельной прочностью, что в 2 раза превосходит свойства лучших сплавов железа.
Антикоррозионные свойства титана значительно превышают показатели алюминия и нержавеющей стали.
Вещество плохо проводит электричество. Титан имеет удельное электросопротивление в 5 раз выше, чем у железа, в 20 раз, чем у алюминия, и в 10 раз выше, чем у магния.
Титан характеризуется низкой теплопроводностью, это обусловлено низким коэффициентом температурного расширения. Она меньше в 3 раза, чем у железа, и в 12, чем у алюминия.

Какими способами получают титан?

Материал занимает 10 место по распространению в природе. Существует около 70 минералов, содержащих титан в виде титановой кислоты или его двуокиси. Наиболее распространенные из них и содержащие высокий процент производных металла:

ильменит;
рутил;
анатаз;
перовскит;
брукит.

Основные залежи титановых руд находятся в США, Великобритании, Японии, большие месторождения их открыты в России, Украине, Канаде, Франции, Испании, Бельгии.

Как добывают титан

Добыча титана – дорогой и трудозатратный процесс

Получение металла из них стоит очень дорого. Ученые разработали 4 способа производства титана, каждый из которых рабочий и эффективно используется в промышленности:

Магниетермический способ. Добытое сырье, содержащее титановые примеси, перерабатывают и получают диоксид титана. Это вещество подвергается хлорированию в шахтных или солевых хлораторах при повышенном температурном режиме. Процесс очень медленный, ведется в присутствии углеродного катализатора. При этом твердый диоксид переводится в газообразное вещество – тетрахлорид титана. Полученный материал восстанавливается магнием или натрием. Сплав, образовавшийся при реакции, подвергают нагреванию в вакуумной установке до сверхвысоких температур. В результате реакции происходит испарение магния и его соединений с хлором. В конце процесса получают губкоподобный материал. Его плавят и получают титан высокого качества.
Гидридно-кальциевый способ. Руду подвергают химической реакции и получают гидрид титана. Следующий этап – разделение вещества на составляющие. Титан и водород выделяют в процессе нагревания в вакуумных установках. По окончании процесса получают оксид кальция, который отмывают слабыми кислотами. Первые два способа относятся к промышленному производству. Они позволяют получать в кратчайшие сроки чистый титан с относительно небольшими издержками.
Электролизный метод. Титановые соединения подвергают воздействию током большой силы. В зависимости от исходного сырья, соединения разделяются на составляющие: хлор, кислород и титан.
Йодидный способ или рафинирование. Полученный из минералов диоксид титана обдают парами йода. В результате реакции образуется йодид титана, который нагревают до высокой температуры – +1300…+1400°С и воздействуют на него электрическим током. При этом из исходного материала выделяются составляющие: йод и титан. Металл, полученный данным способом, не имеет примесей и добавок.

Области применения

Применение титана зависит от степени его очистки от примесей. Наличие даже небольшого количества других химических элементов в составе сплава титана кардинально меняет его физико-механические характеристики.

Титан с некоторым количеством примесей называется техническим. Он имеет высокие показатели коррозийной стойкости, это легкий и очень прочный материал. От этих и других показателей зависит его применение.

В химической промышленности из титана и его сплавов изготавливают теплообменники, различного диаметра трубы, арматуру, корпуса и детали для насосов различного назначения. Вещество незаменимо в местах, где требуются высокая прочность и стойкость к кислотам.
На транспорте титан используют для изготовления деталей и агрегатов велосипедов, автомобилей, железнодорожных вагонов и составов. Применение материала уменьшает вес подвижных составов и автомобилей, придает легкость и прочность велосипедным деталям.
Большое значение титан имеет в военно-морском ведомстве. Из него изготавливают детали и элементы корпусов для подводных лодок, пропеллеры для лодок и вертолетов.
В строительной промышленности применяется сплав цинк-титан. Он используется как отделочный материал для фасадов и кровель. Этот очень прочный сплав имеет важное свойство: из него можно изготавливать архитектурные детали самой фантастической конфигурации. Он может принимать любую форму.
В последнее десятилетие титан широко применяют в нефтедобывающей отрасли. Сплавы его применяют при изготовлении оборудования для сверхглубокого бурения. Материал используется для изготовления оборудования для добычи нефти и газа на морских шельфах.

Где применяют титан

У титана очень широкая область применения

Чистый титан имеет свои области применения. Он нужен там, где необходима стойкость к высоким температурам и при этом должна сохраняться прочность металла.

Его применяют в:

авиастроении и космической отрасли для изготовления деталей обшивки, корпусов, элементов крепления, шасси;
медицине для протезирования и изготовления сердечных клапанов и других аппаратов;
технике для работы в криогенной области (здесь используют свойство титана – при снижении температуры усиливается прочность металла и не утрачивается его пластичность).

В процентном соотношении использование титана для производства различных материалов выглядит так:

на изготовление краски используется 60 %;
пластик потребляет 20 %;
в производстве бумаги используют 13 %;
машиностроение потребляет 7 % получаемого титана и его сплавов.

Сырье и процесс получения титана дорогостоящие, затраты на его производство компенсируются и окупаются сроком службы изделий из этого вещества, его способностью не менять свой внешний вид за весь период эксплуатации.

Источник

По магнитным свойствам различают диамагнитные металлы (выталкиваемые из магнитного поля) и парамагнитные (втягиваемые магнитным полем). Диамагнитны медь, серебро, золото, цинк, кадмий, ртуть, цирконий. Парамагнитными считают скандий, иттрий, лантан, титан, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден, вольфрам, марганец, рений, рутений, радий, палладий, осмий, иридий, платину. Железо, кобальт и никель обладают ферромагнетизмом, т. е. особенно высокой магнитной восприимчивостью. [c.257]

Аномальная магнитная анизотропия в графите в значительной ере нарушается при частичном окислении в смеси азотной и сер-той кислот, когда образуется так называемый синий графит [85]. Титан и цирконий исследовались Клеимом, Сквайром и Кауфманом [86]. Восприимчивость этих элементов имеет некоторые характерные особенности. С возрастанием температуры, как это видно из фиг. 47, их восприимчивость возрастает до тех пор, пока не достигается аномальная область вблизи 1200° К для ти-гана и 1000° К для циркония. Эти аномалии не связаны с гистерезисом, полностью воспроизводимы и несомненно связаны изменением кристаллической структуры. Для циркония это изменение особенно поразительно, так как его восприимчивость возрастает почти вертикально, когда температура достигает 1100° К, а затем внезапно становится почти независимой от температуры. Эти изменения происходят параллельно изменениям электрической проводимости, удельной теплоемкости и теплопро- [c.213]

Поскольку большая часть железа находится в виде обособленных минералов, постольку возможно механическое их удаление. Концентрат подвергают восстановительному обжигу при 900—1000°, в результате обжига повышается магнитная восприимчивость железосодержащих минералов (см. табл. 61), часть окислов железа восстанавливается до металла. Затем концентрат подвергают магнитной сепарации. Так как железо входит в основном в минералы, содержащие титан, то при этом удаляется и он. В очищенном концентрате содержание ТЮг уменьшается до 0,04—0,07%, а РегОз — до 0,04—0,06% [12, 59,77—78]. [c.313]

Титан парамагнитен атомная магнитная восприимчивость его при 20°С равна 0,152 магнитная проницаемость 1,00004. [c.262]

Удельная магнитная восприимчивость титана Титан обладает парамагнитными свойствами. [c.178]

Поскольку четырехвалентный титан диамагнитен, а трехвалентный— парамагнитен (магнитный момент равен 1,73 Цв), то с помощью метода ЭПР можно изучать строение комплексов, содержащих титан только в трехвалентном состоянии. Измеряя интенсивность сигнала ЭПР или магнитную восприимчивость растворов комплексов трехвалентного титана, определяют (примерно с одинаковой точностью) концентрацию парамагнитных частиц, которая равна концентрации трехвалентного титана [50]. [c.30]

При действии фторида водорода на титан при нагреаании образуется фторид титана. Согласно рентгеноструктурному исследованию кристаллы его относятся к структурному типу ReOs-Исследование магнитной восприимчивости свидетельствует о том, что соединение парамагнитно (один неспаренный электрон на один атом Т1). Какой фторид титана образовался Напишите уравнение реакции. [c.123]

Титан выше 73 К парамагнитен. Магнитная восприимчивость при комнатной температуре составляет х=3,2-10 и с повыщеиием температуры возрастает приблизительно линейно от 73 до 1073 К. Температурный коэффициент магнитной восприимчивости в этом интервале составляет около 0,0012-10 К . В области аэ= Р-превращення наблюдается сильное возрастание восприимчивости. Магнитная восприимчивость Р-титана слабо зависит ог температуры. [c.243]

Магнитные свойства элементов этой группы мало иеследо-,ны. Они должны быть парамагнитными во всех состояниях, юме четырехвалентного. Квасцы титана имеют парамагнит-то восприимчивость, соответствующую только спиновой фор-7ле. Это было теоретически проверено Ван-Флеком [128]. Не- тсрые исследования диаграммы состояния системы титан — кис-фод будут упомянуты ниже. [c.111]

Источник

Титан — один из самых распространенных на Земле металлов, его содержание в земной коре примерно 0,57 %. Его название совпадает с именем самого холодного спутника Сатурна.

Титан — это магический металл Водолея. В нем присутствуют все силы, что имеются в Водолее: и Сатурн, и Уран. Именно титановые кольца необходимо носить астрологам в качестве профессионального оберега на счастливой руке, то есть на правой руке — мужчинам и на левой руке — женщинам. Также титан поможет пробудить и поддержать способность изобретать новое, то есть это металл гениальности, новшеств, контактов с будущим, озарений. Сейчас достаточно много ювелирных фирм делают красивые кольца из титана.

Титан — это уникальный металл будущего — он вдвое легче железа и в 6 раз прочнее алюминия. Его цвет серебристо-белый, плавится он при 1665°С, кипит при 3227°С. Металл этот — 22-й элемент таблицы Менделеева, названный в честь героев греческих мифов титаном. *

Титан обычно применяется в аэрокосмической сфере, медицине и при изготовлении оружия. Инертные свойства металла и его поразительная твердость послужили причиной его использования при производстве протезов и вооружения, в ювелирном деле и в космосе. Титановые кольца — вечные, они не «похудеют» от трения и не погнутся. И вновь виной уникальные свойства металла — а точнее, его поразительная твердость. Этому веществу не страшно ничего — оно чувствует себя комфортно и на пальце невесты, и в двигателе самолета A380, с той лишь разницей, что на кольцо уходит несколько граммов, а на двигатель самолета — около 11 тонн титана. Титановые кольца абсолютно не вызывают аллергию, поэтому приобретая такое кольцо, можно быть уверенным в том, что кольца переживут не только своих владельцев, но и много поколений их потомков. Титановые кольца не потускнеют, не заржавеют и не окрасят ваш палец в зеленый цвет. Драгоценные металлы склонны меняться в цвете с течением времени. А порой оставляют непривлекательные следы на коже. Титан же, оправдывая звание инертного металла, не вступает в химические реакции и сохраняет первозданный вид столетиями. Кстати, именно из титана выполнен 40-метровый памятник Юрию Гагарину в Москве. Титановые кольца очень легкие. Атомная масса металла равна 47,867. Соответствующий показатель для золота — 196,966. Выбор титана позволит в прямом смысле облегчить участь вашего безымянного пальца.

Свойства: ковкий, легкий, прочный, пластичный, не поддается коррозии ни на воздухе, ни в воде, так как покрывается защитной оксидной пленкой; растворяется лишь в плавиковой кислоте.

Известно около 70 минералов, его содержащих: титанит, ильменит и пр. Ильменит участвует в приготовлении прочнейших титановых белил, которые используются для покраски космических кораблей. Химически титан достаточно активен, особенно при повышенных температурах.

По материалам astrologica.ru

* Титаны — это были боги первого поколения, рожденные от брака земли Геи и неба Урана; их шесть братьв (Гиперион, Иапет, Кой, Крий, Крон, Океан) и шесть сестер-титанид (Мнемосина, Рея, Тейя, Тефида, Феба, Фемида), вступивших в брак между собой и породивших новое поколение титанов: Прометей, Гелиос, музы, Лето и других. Имя «титаны», связанное, возможно, с солнечным жаром или владычеством, догреческого присхождения. Младший их титанов, Крон, по наущению своей матери Геи серпом оскопил Урана, чтобы прекратить его бесконечную плодовитость и занял место верховного бога среди титанов. Родившемуся от Крона и Реи Зевсу, в свою очередь, было суждено лишить власти отца и стать во главе нового поколения богов — олимпийцев.

Источник