Какие химические реакции будут происходить с титаном?

Титан может реагировать со многими элементами и соединениями при более высоких температурах.Различные элементы можно разделить на четыре категории в зависимости от их различных реакций с титаном:
Первая категория: элементы группы галогена и кислорода и титан образуют соединения ковалентной связи и ионной связи;
Второй разряд: переходные элементы, водород, бериллий, бор, углерод и элементы азота образуют с титаном интерметаллические соединения и конечные твердые растворы;
Третья категория: цирконий, гафний, ванадий, хром, скандий и титан образуют бесконечный твердый раствор;
Четвертая категория: инертные газы, щелочные металлы, щелочноземельные металлы, редкоземельные элементы (кроме скандия), актиний, торий и др. не реагируют или принципиально не реагируют с титаном.Он реагирует с соединением HF и газообразным фтористым фтористым водородом с образованием TiF4 при нагревании.Формула реакции
Ti+4HF=TiF4+2H2+135,0 ккал
Неводная жидкость фтористого водорода может образовывать плотную пленку тетрафторида титана на поверхности титана, которая может предотвратить погружение HF в титан.Плавиковая кислота является сильнейшим растворителем титана.Даже плавиковая кислота с концентрацией 1% может бурно реагировать с титаном:
2Ti+6HF=2TiF3+3H2
Безводный фторид и его водный раствор не реагируют с титаном при низких температурах, только фторид, плавящийся при высоких температурах, в значительной степени реагирует с титаном.HCl и газообразный хлористый хлористый водород могут вызывать коррозию металлического титана, а сухой хлористый водород реагирует с титаном с образованием TiCl4 при > 300 ℃:
Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94,75 ккал
Соляная кислота с концентрацией <5% не будет реагировать с титаном при комнатной температуре, а 20%-ная соляная кислота будет реагировать с титаном при комнатной температуре с образованием фиолетового TiCl3:
2Ti+6HCl=2TiCl3+3H2
При высокой температуре даже разбавленная соляная кислота вызывает коррозию титана.Различные безводные хлориды, такие как магний, марганец, железо, никель, медь, цинк, ртуть, олово, кальций, натрий, барий и ионы NH4+ и их водные растворы не реагируют с титаном. Титан высокой чистоты находится в этих хлоридах. Обладает хорошей стабильностью.Серная кислота и сероводород титана имеют явные реакции с 5% серной кислотой.При комнатной температуре серная кислота с концентрацией около 40% имеет самую высокую скорость коррозии титана.Когда концентрация превышает 40%, скорость коррозии становится медленнее, когда концентрация достигает 60%, 80% достигается быстрее всего.Нагревание разбавленной кислоты или 50% концентрированной серной кислоты может реагировать с титаном с образованием сульфата титана:
Ti+H2SO4=TiSO4+H2
2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+3H2
Нагретая концентрированная серная кислота может быть восстановлена ​​титаном с образованием SO2:
2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202 ккал
Титан реагирует с сероводородом при комнатной температуре с образованием на его поверхности защитной пленки, которая может предотвратить дальнейшее взаимодействие сероводорода с титаном.Но при высокой температуре сероводород реагирует с титаном с образованием водорода:
Ti+H2S=TiS+H2+70 ккал
Порошкообразный титан реагирует с сероводородом с образованием сульфида титана при 600°C.Продуктом реакции в основном является TiS при 900°C и Ti2S3 при 1200°C.Плотная и гладкая поверхность титана азотной кислоты и царской водки обладает хорошей устойчивостью к азотной кислоте.Это связано с тем, что азотная кислота может быстро образовать прочную оксидную пленку на поверхности титана, но поверхность шероховатая, особенно губчатый титан или титановый порошок.Во-вторых, горячая разбавленная азотная кислота реагирует:
3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO
3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO
Концентрированная азотная кислота при температуре выше 70 ℃ также может реагировать с титаном:
Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O
При комнатной температуре титан не реагирует с царской водкой.При высокой температуре титан может реагировать с царской водкой с образованием TiCl2.Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O ⑾ Таким образом, свойства титана тесно связаны с температурой, формой его существования и чистотой.Плотный металлический титан довольно стабилен в природе, но порошкообразный титан может вызвать самовозгорание на воздухе.Наличие примесей в титане существенно влияет на физическую, химическую, механическую и коррозионную стойкость титана.В частности, некоторые примеси внедрения могут искажать решетку титана и влиять на различные свойства титана.Химическая активность титана при комнатной температуре очень мала, и он может реагировать с некоторыми веществами, такими как плавиковая кислота, но активность титана быстро возрастает при повышении температуры, особенно при высоких температурах, титан может бурно реагировать со многими веществами.Процесс плавки титана обычно проводят при высокой температуре выше 800°С, поэтому его необходимо проводить в вакууме или под защитой инертной атмосферы.Физические свойства металлического титана Титан (Ti) представляет собой серый металл.Атомный номер 22, относительная атомная масса 47,87.Расположение внеядерных электронов в подслое 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2.Подвижность металла находится между магнием и алюминием, и он не стабилен при комнатной температуре.Поэтому в природе он существует только в химическом состоянии.Общие соединения титана включают ильменит (FeTiO3) и рутил (TiO2).Титан имеет относительно высокое содержание в земной коре, занимая девятое место, достигая 5600 частей на миллион, что в пересчете на процент составляет 0,56%.Плотность чистого титана составляет 4,54×103 кг/м3, молярный объем 10,54 см3/моль, низкая твердость и твердость по шкале Мооса всего около 4, поэтому он обладает хорошей пластичностью.Титан обладает хорошей термической стабильностью, с температурой плавления 1660±10°С и температурой кипения 3287°С.Химические свойства металлического титана Восстановительная способность металлического титана чрезвычайно сильна в высокотемпературной среде.Он может соединяться с кислородом, углеродом, азотом и многими другими элементами, а также может лишать кислорода некоторые оксиды металлов (например, оксид алюминия).Титан соединяется с кислородом при комнатной температуре, образуя очень тонкую и плотную оксидную пленку.Эта оксидная пленка не реагирует с азотной кислотой, разбавленной серной кислотой, разбавленной соляной кислотой и царской водкой при комнатной температуре.Реагирует с плавиковой кислотой, концентрированной соляной кислотой и концентрированной серной кислотой.
Титан устойчив к коррозии, поэтому его часто используют в химической промышленности.В прошлом для деталей, содержащих горячую азотную кислоту, в химических реакторах использовалась нержавеющая сталь.Нержавеющая сталь также боится сильной коррозионно-горячей азотной кислоты.Такие детали необходимо заменять каждые шесть месяцев.Для изготовления этих деталей используется титан, хотя его стоимость дороже, чем у деталей из нержавеющей стали, но его можно использовать непрерывно в течение пяти лет, но он гораздо более экономичен в расчетах.
В электрохимии титан представляет собой односторонний вентильный металл с очень отрицательным потенциалом, и обычно невозможно использовать титан в качестве анода для разложения.
Самым большим недостатком титана является то, что его трудно извлечь.Основная причина в том, что титан обладает сильной способностью соединяться с кислородом, углеродом, азотом и многими другими элементами при высоких температурах.Поэтому, будь то плавка или литье, люди стараются предотвратить «вторжение» этих элементов в титан.При выплавке титана доступ воздуха и воды, конечно же, строго воспрещен.Даже глиноземный тигель, обычно используемый в металлургии, также запрещено использовать, потому что титан лишит глинозем кислорода.Люди используют тетрахлорид магния и титана для реакции в инертном газе - гелии или аргоне для очистки титана.
Люди пользуются чрезвычайно сильной химической способностью титана при высоких температурах.При выплавке стали азот легко растворяется в расплавленной стали.При охлаждении стального слитка в стальном слитке образуются пузыри, что влияет на качество стали.Поэтому сталелитейщики добавляют металлический титан в расплавленную сталь, чтобы в сочетании с азотированием он превратился в шлак-нитрид титана, который плавает на поверхности расплавленной стали, так что стальной слиток является относительно чистым.
При полете сверхзвукового самолета температура его крыльев может достигать 500°С.Если для изготовления крыла используется относительно жаропрочный алюминиевый сплав, то одна-две-три сотни градусов будут непосильными.Вместо алюминиевого сплава должен быть легкий, прочный и устойчивый к высоким температурам материал, и титан может удовлетворить эти требования.Титан выдерживает испытание более чем сотней градусов ниже нуля.При такой низкой температуре титан по-прежнему обладает хорошей ударной вязкостью, не будучи хрупким.
Используя сильную способность поглощения воздуха титаном и цирконием, воздух может быть удален, создавая вакуум.Например, вакуумный насос из титана может накачать воздуха только на одну часть от десяти триллионов.