OXID TITANIČITÝ (IV): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIA - CHÉMIA - 2025

Oxid titaničitý (IV) je pevná anorganická kryštalickej bielej, ktorého chemický vzorec je TiO ₂ , tak, že je tiež známy ako oxid titaničitý. Existuje v troch kryštalických formách: rutil, anatas a brookite. Aj keď sa v prírode sa obvykle farebné v dôsledku prítomnosti nečistôt, ako je železo, chróm alebo vanád, čistý TiO ₂ sa používa ako biely pigment.

Medzi jeho charakteristiky možné zdôrazniť, že rozpustnosť TiO ₂ značne závisí na jeho chemickej a tepelnej histórii. Okrem toho sa pri zahriatí na vysoké teploty (900 ° C) stáva chemicky inertným. Jeho najdôležitejšími zdrojmi sú ilmenit (oxid železa a titánu), rutil a anatáza.

Prášok oxidu titaničitého. Pôvodným uploaderom bola Walkerma na anglickej Wikipédii.

Vyrába sa predovšetkým v kvalite vhodnej na použitie ako pigment, čo zaisťuje jeho vynikajúce vlastnosti rozptylu svetla v aplikáciách vyžadujúcich nepriehľadnosť a lesk bielej farby.

Vyrába sa tiež ako ultratenký materiál pre aplikácie, kde sa vyžaduje priehľadnosť a maximálna absorpcia ultrafialového žiarenia (UV). Napríklad ako súčasť opaľovacieho krému na pokožku. V tých, TiO ₂ funguje ako filter, čím blokuje absorpciu týchto lúčov.

Vzhľadom na svoju chemickú inertnosť je výhodným bielym pigmentom. Americká správa potravín a liečiv (FDA) USA však stanovila parametre pre bezpečné používanie v potravinách a kozmetike.

Existuje tiež limitná expozícia prachu z oxidu titaničitého, pretože keď je prach vdýchnutý, môže sa ukladať v pľúcach.

štruktúra

TiO ₂ má tri kryštalickej modifikácie: rutil, anatas, brookit a. Všetky tieto kryštalické odrody sa vyskytujú v prírode.

rutil

Rutil kryštalizuje v tetragonálnej systém s dvoma TiO ₂ jednotiek na bunku. Titán je oktaedrálne koordinovaný. Kalorimetrické štúdie ukázali, že rutil je termicky najstabilnejšou kryštalickou formou.

Rutilná kryštalická štruktúra. Šedé gule: titán, ružové gule: kyslík. Solid State Zdroj: Wikipedia Commons

anatas

Táto forma tiež kryštalizuje v tetragonálnom systéme, ale anatáza sa vyskytuje vo forme vysoko zdeformovaných oktaedra atómov kyslíka vzhľadom na každý atóm titánu, z ktorých dva sú relatívne bližšie. To má 4 jednotky TiO ₂ pre každú kryštalickej bunky.

Kryštálová štruktúra anatasu. Benjah-bmm27 Zdroj: Wikipedia Commons

brookit

To kryštalizuje v kosoštvorcovej systéme, s 8 TiO ₂ jednotky pre každú kryštalickej bunky.

vlastnosti

Fyzický stav

Kryštalická tuhá látka.

Mohsova tvrdosť

Rutil: 7-7,5.

Anatáza: 5,5 - 6.

Molekulová hmotnosť

79,87 g / mol.

Bod topenia

Rutil: 1830 - 1850 ° C.

Anatas: po zahriatí sa stáva rutilným.

Hustota

Rutil: 4250 g / cm ³

Anatas: 4,133 g / cm ³

Brookit: 3895 g / cm ³

rozpustnosť

Nerozpustný vo vode a organických rozpúšťadlách. Pomaly sa rozpúšťa v HF a horúcej koncentrovanej H ₂ SO ₄ . Nerozpustný v HCl a HNO ₃ .

pH

7.5.

Index lomu

Rutil: 2,75 pri 550 nm.

Anatáza: 2,54 pri 550 nm.

Má najvyšší index lomu zo všetkých anorganických pigmentov.

Ďalšie vlastnosti

Anatase sa pri teplotách nad 700 ° C rýchlo premieňa na rutil. TiO ₂ , ktorý bol nekalcinovaných pri teplote 900 ° C rozpustí v slabo bázou, kyseliny fluorovodíkovej a horúcej kyseliny sírovej. Nie je napadnutá slabými anorganickými kyselinami alebo organickými kyselinami. Nie je ľahko redukovateľná ani oxidovaná.

Anatáza a rutil sú širokopásmové polovodiče, ale ich elektrická vodivosť závisí od prítomnosti nečistôt a defektov v kryštáli.

názvoslovie

-Oxid titaničitý

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

aplikácia

Biele pigmenty

Najdôležitejšie použitie oxidu titaničitého je ako biely pigment v širokej škále produktov, vrátane farieb, lakov, lepidiel, plastov, papiera a tlačiarenských farieb. Dôvodom je vysoký index lomu a chemická inertnosť.

Zdroj: Pexels.com

Oxid titaničitý použitý ako biely pigment musí mať vysokú čistotu. Jeho nepriehľadnosť a jas sú odvodené od jeho schopnosti rozptyľovať svetlo. Je jasnejší ako diamant. Iba rutil a anatáza majú dobré pigmentačné vlastnosti.

plasty

V plastoch, TiO ₂ minimalizuje lámavosť a praskanie, ktoré môžu nastať v dôsledku vystavenia svetlu.

Je to najdôležitejší pigment pri výrobe vonkajších plastových výrobkov z PVC, pretože poskytuje materiálu ochranu pred UV žiarením.

Optimálnou kryštalickou formou je v tomto prípade rutil. V tejto aplikácii je rutil musí mať povrchový povlak z oxidu zirkoničitého, oxidu kremičitého alebo hliníka, aby sa minimalizovalo Fotokatalytický efekt TiO ₂ v degradácii PVC.

Iné použitia

Medzi ďalšie použitia patria sklovité smalty používané na oceľ a liatinu, ktoré prepožičiavajú kyselinám odolnosť a odolnosť.

V textilnom priemysle sa používa vo vodidlách priadze, aby sa počas spriadania ľahko kĺzali. Trenie medzi závitmi a vodiacimi prvkami vytvára statickú elektrinu. Na jeho rozptýlenie musí byť TiO ₂ spálený pri 1300 ° C, aby mal väčšiu elektrickú vodivosť.

Medzi ďalšie aplikácie patrí pigmentácia tlačiarenských farieb, gumy, textilu, kože, syntetických vlákien, keramiky, bieleho cementu, podlahových krytín a strešných krytín. Vďaka povrchovej vrstve papiera je TiO ₂ belšia, jasnejšia a nepriehľadnejšia.

Používa sa v kozmetike na pokrytie nedokonalostí pokožky, ako aj na bielenie zubnej pasty a mydla.

Chráni potraviny, nápoje, doplnky a farmaceutické výrobky pred predčasnou degradáciou spôsobenou účinkom svetla a predlžuje tak životnosť výrobku.

Je súčasťou výroby skla, keramiky a elektrokeramiky. Používa sa v prvkoch elektrických obvodov. Používa sa tiež v kyslíkovom senzore výfukového systému motorového vozidla.

Ultrafine TiO ₂ sa používa ako zložka na ochranu proti slnečnému žiareniu, pretože je silným absorbérom ultrafialových (UV) lúčov, UV-A aj UV-B. Lúče UV-A spôsobujú vrásky a starnutie pokožky a UV-B spôsobujú popáleniny a erytém.

TiO ₂ nanočastice sa používajú ako nosný materiál pre chemické reakcie katalyzátory.

Anatáza je účinný fotokatalyzátor, ktorý oxiduje organické zlúčeniny. Čím menšie sú jeho častice, tým účinnejšie sú.

Referencie

1. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chémia. John Wiley a synovia.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyklopédia chemickej technológie. Zväzok 19 a 24. Štvrté vydanie. John Wiley a synovia.
3. Fakty o chemickej bezpečnosti. (2019). Oxid titaničitý. Získané z: Chemicalsafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). PVC prísady. V PVC Formulary (druhé vydanie). Obnovené zo stránky sciusalirect.com
5. Denning, R. (2009). Vylepšovanie výrobkov z vlny pomocou nanotechnológie. In Advance in Wool Technology. Obnovené zo stránky sciusalirect.com
6. Národná lekárska knižnica. (2019). Oxid titaničitý. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov