TITANIUMOXID (IV): STRUKTUR, EGENSKABER, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den titanoxid (IV) er et fast uorganisk krystallinsk hvidt den kemiske formel TiO ₂, så det også er kendt som titandioxid. Det findes i tre krystallinske former: rutil, anatase og brookit. Selv i naturen det sædvanligvis farvet på grund af tilstedeværelsen af urenheder, såsom jern, chrom eller vanadium, rent TiO ₂ anvendes som et hvidt pigment.

Blandt dens egenskaber kan vi fremhæve, at opløseligheden af ​​TiO ₂ afhænger betydeligt af dens kemiske og termiske historie. Samt at når det opvarmes til høje temperaturer (900 ºC), bliver det kemisk inert. Dets vigtigste kilder er ilmenit (jern og titaniumoxid), rutil og anatase.

Titandioxidpulver. Den originale uploader var Walkerma på engelsk Wikipedia.

Det produceres primært i en kvalitet, der er egnet til brug som pigment, hvilket sikrer dets fremragende lysspredningsegenskaber i applikationer, der kræver hvid opacitet og glans.

Det er også produceret som et ultra-tyndt materiale til applikationer, hvor gennemsigtighed og maksimal ultraviolet (UV) absorption er påkrævet. For eksempel som en del af solcreme til huden. I disse TiO ₂ fungerer som et filter, således blokerer absorptionen af disse stråler.

På grund af dets kemiske inertitet er det det foretrukne hvide pigment. Den amerikanske fødevare- og narkotikadministration, eller FDA, har imidlertid fastlagt parametre for dens sikre anvendelse i fødevarer og kosmetik.

Der er også en grænse for eksponering for titaniumoxidstøv, da når støvet indåndes, kan det aflejres i lungerne.

Struktur

TiO ₂ har tre krystallinske modifikationer: rutil, anatase og brookit. Disse krystallinske sorter findes alle i naturen.

rutil

Rutil krystalliserer i tetragonale system med to TiO ₂ enheder per celle. Titanium koordineres octahedrally. Rutil er vist ved kalorimetriske undersøgelser at være den mest termisk stabile krystallinske form.

Rutil krystalstruktur. Grå kugler: Titanium, lyserøde kugler: Oxygen. Solid State Source: Wikipedia Commons

Anatase

Denne form krystalliserer også i det tetragonale system, men anatase forekommer i form af stærkt forvrænget octahedra af oxygenatomer med hensyn til hvert titaniumatom, hvor to af dem er relativt tættere. Det har 4 enheder af TiO ₂ for hver krystallinsk celle.

Krystallstruktur af anatase. Benjah-bmm27 Kilde: Wikipedia Commons

brookit

Det krystalliserer i den orthorhombiske system med 8 TiO ₂ enheder for hvert krystallinsk celle.

Ejendomme

Fysisk tilstand

Krystallinsk fast stof.

Mohs hårdhed

Rutile: 7-7,5.

Anatase: 5,5-6.

Molekylær vægt

79,87 g / mol.

Smeltepunkt

Rutile: 1830-1850 ° C

Anatase: ved opvarmning bliver den rutil.

Massefylde

Rutil: 4.250 g / cm ³

Anatas: 4.133 g / cm ³

Brookit: 3.895 g / cm ³

Opløselighed

Uopløselig i vand og organiske opløsningsmidler. Opløses langsomt i HF og varm koncentreret H ₂ SO ₄. Uopløselig i HCI og HNO ₃.

pH

7.5.

Brydningsindeks

Rutile: 2,75 ved 550 nm.

Anatase: 2,54 ved 550 nm.

Det har det højeste brydningsindeks for alle uorganiske pigmenter.

Andre egenskaber

Anatase omdannes hurtigt til rutil ved temperaturer over 700 ° C. TiO _2, der er blevet kalcineret ved 900 ° C, opløses svagt i baser, fluoridsyre og varm svovlsyre. Det angribes ikke af svage uorganiske syrer eller organiske syrer. Det reduceres eller oxideres ikke let.

Anatase og rutil er bredbåndshalvledere, men deres elektriske ledningsevne afhænger af tilstedeværelsen af ​​urenheder og defekter i krystallen.

nomenklatur

-Titandioxid

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

Applikationer

Hvide pigmenter

Den vigtigste anvendelse af titaniumoxid (IV) er som et hvidt pigment i en lang række produkter, herunder malinger, lakker, klæbemidler, plast, papir og trykfarver. Dette skyldes det høje brydningsindeks og dets kemiske inertitet.

Kilde: Pexels.com

Titandioxid brugt som det hvide pigment skal være af høj renhed. Dens opacitet og lysstyrke stammer fra dens evne til at sprede lys. Det er lysere end diamant. Kun rutil og anatase har gode pigmenteringsegenskaber.

Plast

I plast minimerer TiO ₂ skørhed og revner, der kan opstå som følge af udsættelse for lys.

Det er det vigtigste pigment i fremstillingen af ​​udendørs PVC-plastartikler, fordi det giver UV-beskyttelse til materialet.

Den optimale krystallinske form i dette tilfælde er rutil. I denne ansøgning skal rutil have en overfladebelægning af zirkonium, silica eller aluminium, for at minimere den fotokatalytiske virkning af TiO ₂ i nedbrydningen af PVC.

Andre anvendelser

Andre anvendelser inkluderer glasagtige emaljer, der anvendes på stål og støbejern, hvortil det giver uklarhed og resistens over for syrer.

I tekstilindustrien bruges det i garnguider, så de let glider under spinding. Friktionen mellem gevindene og styrene genererer statisk elektricitet. For at sprede den, skal TiO ₂ brændes ved 1300 ºC, for at den får større elektrisk ledningsevne.

Andre anvendelser inkluderer pigmentering af trykfarver, gummi, tekstiler, læder, syntetiske fibre, keramik, hvid cement, gulvbelægning og tagmaterialer. Som papirbelægning gør TiO ₂ den hvidere, lysere og mere uigennemsigtig.

Det bruges i kosmetik til at dække hudens ufuldkommenheder samt til at gøre tandpasta og sæbe hvid.

Tillad proteger alimentos, bebidas, suplementos y productos farmacéuticos de la degradación prematura producida por el efecto de la luz, alargando la vida del producto.

Es un componente en la producción de vidrio, cerámicas og elektrocerámicas. Se emplea en elementos de circuitos eléctricos. También se usa en el sensor de oxígeno del system de escape de los vehículos automotores.

El TiO ₂ ultrafino se usa como componente de los bloqueadores solares, ya que es un fuerte absorbente de los rayos ultravioleta (UV), tanto los UV-A como los UV-B. Los rayos UV-A causan arrugas y envejecimiento de la piel, y los UV-B causan quemaduras y eritemas.

Las nanopartículas de TiO ₂ se emo-comomateriale de soporte de catalizadores de reacciones químicas.

Anatase er en effektiv fotokatalysator, der oxiderer organiske forbindelser. Jo mindre dens partikler er, desto mere effektiv er den.

Referencer

1. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avanceret uorganisk kemi. John Wiley & sønner.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Bind 19 og 24. Fjerde udgave. John Wiley & sønner.
3. Kemiske sikkerhedsfakta. (2019). Titandioxid. Gendannes fra: chemicalafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). PVC-tilsætningsstoffer. I PVC-formulering (Anden udgave). Gendannes fra sciencedirect.com
5. Denning, R. (2009). Forbedring af uldprodukter ved hjælp af nanoteknologi. Fremskridt inden for uldteknologi. Gendannes fra sciencedirect.com
6. National Library of Medicine. (2019). Titandioxid. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov