OXID DE TITAN (IV): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Oxidul de titan (IV) este un alb cristalin anorganic solid a cărui formulă chimică este TiO ₂ , deci este , de asemenea , cunoscut sub numele de dioxid de titan. Există în trei forme cristaline: rutilă, anatază și broocit. Deși în natură este de obicei colorat datorită prezenței impurităților precum fierul, cromul sau vanadiul, TiO ₂ pur este utilizat ca un pigment alb.

Printre caracteristicile sale putem evidenția faptul că solubilitatea TiO ₂ depinde considerabil de istoricul său chimic și termic. De asemenea, atunci când este încălzit la temperaturi ridicate (900 ºC), devine inert chimic. Cele mai importante surse ale sale sunt ilmenitul (fierul și oxidul de titan), rutilul și anatasa.

Pulbere de dioxid de titan. Încărcătorul original a fost Walkerma la Wikipedia în engleză.

Este produs în principal într-o calitate adecvată pentru utilizare ca pigment, asigurând proprietățile sale excelente de împrăștiere a luminii în aplicații care necesită opacitate albă și luciu.

De asemenea, este produs ca un material ultra-subțire, pentru aplicații în care este necesară transparența și absorbția maximă a ultravioletei (UV). De exemplu, ca o componentă de protecție solară pentru piele. În acestea, TiO ₂ acționează ca un filtru, blocând astfel absorbția acestor raze.

Datorită inerției sale chimice, este pigmentul alb preferat. Cu toate acestea, Administrația Statelor Unite pentru Alimente și Droguri, sau FDA, a stabilit parametri pentru utilizarea sa în condiții de siguranță în produse alimentare și cosmetice.

Există, de asemenea, o limită a expunerii la praful de oxid de titan, deoarece atunci când praful este inhalat, acesta se poate depune în plămâni.

Structura

TiO ₂ are trei modificări cristaline: rutilă, anatază și brookit. Aceste soiuri cristaline se găsesc în natură.

Rutil

Rutilul cristalizează în sistemul tetragonal cu două unități TiO ₂ per celulă. Titanul este coordonat octaedric. Rutile s-au dovedit prin studii calorimetrice ca fiind cea mai stabilă formă cristalină.

Structura cristalului rutil. Bile gri: titan, bile roz: oxigen. Sursa statului solid: Wikipedia Commons

anatase

Această formă se cristalizează și în sistemul tetragonal, dar anatasa apare sub formă de octaedre foarte distorsionate de atomi de oxigen în raport cu fiecare atom de titan, doi fiind relativ mai apropiați. Are 4 unități de TiO ₂ pentru fiecare celulă cristalină.

Structura cristalină a anatazei. Benjah-bmm27 Sursa: Wikipedia Commons

brookit

Se cristalizează în sistemul ortorombic, cu 8 unități TiO ₂ pentru fiecare celulă cristalină.

Proprietăți

Stare fizică

Solid solid cristalin.

Duritate Mohs

Rutilă: 7-7,5.

Anatază: 5,5-6.

Greutate moleculară

79,87 g / mol.

Punct de topire

Rutil: 1830-1850 ° C.

Anatază: la încălzire devine rutilă.

Densitate

Rutil: 4,250 g / cm ³

Anatas: 4.133 g / cm ³

Brookit: 3,895 g / cm ³

Solubilitate

Insolubil în apă și solvenți organici. Dizolvă încet în HF și fierbinte concentrat H ₂ SO ₄ . Insolubilă în HCl și HNO ₃ .

pH

7.5.

Indicele de refracție

Rutilă: 2,75 la 550 nm.

Anatază: 2,54 la 550 nm.

Are cel mai mare indice de refracție al tuturor pigmenților anorganici.

Alte proprietăți

Anatasa se transformă rapid în rutil la temperaturi peste 700ºC. TiO ₂ care a fost calcinat la 900 ° C se dizolvă slab în baze, acid fluorhidric și acid sulfuric fierbinte. Nu este atacat de acizi anorganici slabi sau acizi organici. Nu este ușor redus sau oxidat.

Anatasa și rutilul sunt semiconductori în bandă largă, dar conductivitatea lor electrică depinde de prezența impurităților și a defectelor în cristal.

Nomenclatură

-Dioxid de titan

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

Aplicații

Pigmenți albi

Cea mai importantă utilizare a oxidului de titan (IV) este ca un pigment alb într-o mare varietate de produse, inclusiv vopsele, lacuri, adezivi, materiale plastice, hârtie și cerneluri de imprimare. Acest lucru se datorează indicelui său de refracție ridicat și inerției sale chimice.

Sursa: Pexels.com

Dioxidul de titan utilizat ca pigment alb trebuie să fie de înaltă puritate. Opacitatea și luminozitatea ei derivă din capacitatea sa de a împrăștia lumina. Este mai strălucitor decât diamantul. Doar rutilele și anatasa au proprietăți bune de pigmentare.

Materiale plastice

În materialele plastice, TiO ₂ minimizează fragilitatea și fisurarea care pot apărea ca urmare a expunerii la lumină.

Este cel mai important pigment în fabricarea de articole din plastic din PVC pentru exterior, deoarece oferă protecție UV materialului.

Forma cristalină optimă în acest caz este rutilă. În această aplicație, rutilul trebuie să aibă o acoperire de suprafață de zirconiu, silice sau aluminiu, pentru a reduce efectul fotocatalitic al TiO ₂ în degradarea PVC-ului.

Alte utilizări

Alte utilizări includ emailurile vitroase utilizate pe oțel și fontă, cărora le conferă opacitate și rezistență la acizi.

În industria textilă este utilizat în ghidajele firelor, astfel încât acestea să alunece ușor în timpul filării. Fricțiunea dintre fire și ghidaje generează electricitate statică. Pentru a-l disipa, TiO ₂ trebuie să fie ars la 1300 ºC, pentru a avea o conductivitate electrică mai mare.

Alte aplicații includ pigmentarea cernelurilor de imprimare, cauciucul, textilele, pielea, fibrele sintetice, ceramica, cimentul alb, acoperirea podelei și materialele pentru acoperișuri. Ca strat de hârtie, TiO ₂ îl face mai alb, mai luminos și mai opac.

Este utilizat în produse cosmetice pentru a ajuta la acoperirea imperfecțiunilor pielii, precum și pentru a face pasta de dinți și săpunul alb.

Protejează alimentele, băuturile, suplimentele și produsele farmaceutice de degradarea prematură cauzată de efectul luminii, prelungind durata de viață a produsului.

Este o componentă în producția de sticlă, ceramică și electroceramică. Este utilizat în elemente ale circuitelor electrice. De asemenea, este utilizat în senzorul de oxigen al sistemului de evacuare a autovehiculului.

Ultrafin TiO ₂ este utilizat ca o componentă în protecția solară, deoarece este un puternic absorbant al razelor ultraviolete (UV), atât UV-A, cât și UV-B. Razele UV-A provoacă riduri și îmbătrânirea pielii, iar UV-B provoacă arsuri și eritem.

Nanoparticulele TiO ₂ sunt utilizate ca material de sprijin pentru catalizatorii de reacție chimică.

Anatasa este un fotocatalizator eficient care oxidează compușii organici. Cu cât particulele sale sunt mai mici, cu atât este mai eficientă.

Referințe

1. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. John Wiley & Sons.
2. Kirk-Othmer (1994). Enciclopedia tehnologiei chimice. Volumul 19 și 24. Ediția a patra. John Wiley & Sons.
3. Fapte de securitate chimică. (2019). Dioxid de titan. Recuperat din: produse chimiceafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). Aditivi PVC. În formulare din PVC (ediția a doua). Recuperat de la sciencedirect.com
5. Denning, R. (2009). Îmbunătățirea produselor din lână folosind nanotehnologie. În avansuri în tehnologia lână. Recuperat de la sciencedirect.com
6. Biblioteca Națională de Medicină. (2019). Dioxid de titan. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov