תחמוצת טיטניום (IV): מבנה, תכונות, שימושים - כִּימִיָה - 2025

תחמוצת טיטניום (IV) הוא לבן גבישי אורגניים מוצקים שאת הנוסחה הכימית היא TIO ₂ , אז זה ידוע גם בשם טיטניום דיאוקסיד. הוא קיים בשלוש צורות גבישיות: רוטיל, אנטאז וברוקיט. למרות שבטבע הוא בדרך כלל צבעוני בגלל נוכחותם של זיהומים כמו ברזל, כרום או ונדיום, TiO ₂ טהור משמש כפיגמנט לבן.

בין המאפיינים שלה אנו יכולים להדגיש כי המסיסות של TiO ₂ תלויה במידה ניכרת בהיסטוריה הכימית והתרמית שלו. כמו כן שכאשר הוא מחומם לטמפרטורות גבוהות (900 מעלות צלזיוס) הוא הופך להיות אינרטי כימית. המקורות החשובים ביותר שלו הם אילמניט (תחמוצת ברזל וטיטניום), רוטיל ואנטאז.

אבקת טיטניום דו חמצני. המעלה המקורי היה Walkerma בוויקיפדיה האנגלית.

הוא מיוצר בעיקר בדרגה המתאימה לשימוש כפיגמנט, ומבטיח את תכונות פיזור האור המצוינות ביישומים הדורשים אטימות ומבריק לבן.

זה מיוצר גם כחומר דק במיוחד, ליישומים בהם נדרשת שקיפות וספיגה מקסימאלית (UV). לדוגמא, כמרכיב בקרם הגנה לעור. באלה TiO ₂ פועל כמסנן ובכך חוסם את ספיגתן של קרניים אלה.

בגלל האינרטיות הכימית שלו, זהו הפיגמנט הלבן המועדף. עם זאת, ארגון המזון והתרופות האמריקני, או ה- FDA, קבע פרמטרים לשימושו הבטוח במזון וקוסמטיקה.

ישנה גם מגבלה בחשיפה לאבק תחמוצת טיטניום, מכיוון שכאשר נשאף את האבק הוא יכול להפקיד לריאות.

מִבְנֶה

ל- TiO ₂ שלושה שינויים גבישיים: רוטיל, אנטאז וברוקיט. זנים גבישיים אלה נמצאים כולם בטבע.

רוטיל

רוטיל מתגבש במערכת הטטרגון עם שתי יחידות TiO ₂ לתא. טיטניום מתואם באופן אוקטדרי. Rutile הוכח על ידי מחקרים קלורימטריים כצורה גבישית יציבה ביותר.

מבנה גביש רוטילי. כדורים אפורים: טיטניום, כדורים ורודים: חמצן. מקור מוצק: Wikipedia Commons

אנטאס

צורה זו מתגבשת גם במערכת הטטרגון, אולם האנטאז מתרחש בצורה של אוקטדרה מעוותת מאוד של אטומי חמצן ביחס לכל אטום טיטניום, ושניים מהם קרובים יחסית. יש לו 4 יחידות TiO ₂ לכל תא גביש.

מבנה קריסטל של אנאטאז. Benjah-bmm27 מקור: Wikipedia Commons

ברוקיט

היא מתגבשת במערכת האורתורומומית, עם 8 יחידות TiO ₂ לכל תא גביש.

נכסים

מצב פיזי

מוצק גבישי.

קשיות של מוהס

רוטיל: 7-7.5.

אנאטאז: 5.5-6.

משקל מולקולרי

79.87 גרם / מול.

נקודת המסה

רוטיל: 1830-1850 מעלות צלזיוס.

Anatase: בחימום הוא הופך להיות רוטיל.

צְפִיפוּת

רוטיל: 4,250 גרם / ס"מ ³

אנטאז: 4.133 גר '/ ס"מ ³

ברוקיט: 3,895 גרם / ס"מ ³

מְסִיסוּת

בלתי מסיס במים ובממסים אורגניים. נמס לאט ב- HF וב- H ₂ SO ₄ מרוכז. בלתי מסיס ב- HCl ו- HNO ₃ .

pH

7.5.

מדד שבירה

רוטיל: 2.75 על 550 ננומטר.

Anatase: 2.54 על 550 ננומטר.

יש לו מדד השבירה הגבוה ביותר מבין כל הפיגמנטים הלא-אורגניים.

נכסים אחרים

אנטאס ממיר במהירות לרוטיל בטמפרטורות מעל 700 מעלות צלזיוס. TiO ₂ שהועבר ב 900 מעלות צלזיוס מתמוסס חלש בבסיסים, חומצה הידרפלואורית וחומצה גופרתית חמה. זה לא מותקף על ידי חומצות אורגניות חלשות או חומצות אורגניות. זה לא מופחת בקלות או מתחמצן.

אנאטאז ורוטיל הם מוליכים למחצה בפס רחב, אך המוליכות החשמלית שלהם תלויה בנוכחות זיהומים ופגמים בגביש.

מִנוּחַ

-טיטניום דו - חמצני

-רוטיל

-Anatase

ברוקיטה

-טיטניה

יישומים

פיגמנטים לבנים

השימוש החשוב ביותר לתחמוצת טיטניום (IV) הוא כפיגמנט לבן במגוון רחב של מוצרים, כולל צבעים, לכות, דבקים, פלסטיקה, נייר והדפסת דיו. זה נובע ממדד השבירה הגבוה שלו ואי האינטרליות הכימית שלו.

מקור: Pexels.com

דו חמצני הטיטניום המשמש כפיגמנט הלבן חייב להיות בעל טוהר גבוה. אטימותו ובהירותו נובעות מיכולתו לפזר אור. הוא בהיר יותר מיהלום. רק לרוטיל ואנטאז יש תכונות פיגמנטציה טובות.

פלסטיקה

בפלסטיקה, TiO ₂ ממזער את שבירות וסדקים העלולים להתרחש כתוצאה מחשיפה לאור.

זהו הפיגמנט החשוב ביותר בייצור של מוצרי פלסטיק חיצוניים מפלסטיק, מכיוון שהוא מספק הגנת UV לחומר.

הצורה הגבישית האופטימלית במקרה זה היא רוטיל. ביישום זה, על הרוטיל להיות בעל ציפוי משטח של זירקוניום, סיליקה או אלומיניום, כדי למזער את ההשפעה הפוטו-קטליטית של TiO ₂ בשפלת ה- PVC.

שימושים אחרים

שימושים אחרים כוללים אמיילים זגוגיים המשמשים על פלדה וברזל יצוק, אליהם הוא מעניק אטימות ועמידות בפני חומצות.

בתעשיית הטקסטיל משתמשים בו במדריכי חוט, כך שהם מחליקים בקלות במהלך ספינינג. החיכוך בין החוטים למנחים מייצר חשמל סטטי. כדי לפזר אותו, צריך לשרוף את ה- TiO ₂ בגובה 1300 מעלות צלזיוס, בכדי שיהיה לו מוליכות חשמלית גבוהה יותר.

יישומים אחרים כוללים פיגמנטציה של דיו, גומי, טקסטיל, עור, סיבים סינטטיים, קרמיקה, מלט לבן, חיפוי רצפה וחומרי קירוי. כציפוי נייר, TiO ₂ הופך אותו לבהיר יותר, בהיר יותר ואטום יותר.

הוא משמש בקוסמטיקה כדי לסייע בכיסוי פגמים בעור, כמו גם להכנת משחת שיניים וסבון לבן.

הוא מגן על מזון, משקאות, תוספי מזון ומוצרי תרופות מפני השפלה מוקדמת הנגרמת כתוצאה מהשפעת האור, ומאריך את חיי המוצר.

זהו מרכיב בייצור זכוכית, קרמיקה ואלקטרceramics. הוא משמש באלמנטים של מעגלי חשמל. הוא משמש גם בחיישן החמצן של מערכת הפליטה של ​​הרכב.

ה- Ultra Ti-TiO ₂ משמש כמרכיב למסנן קרינה, מכיוון שהוא בולם חזק של קרני אולטרה סגול (UV), הן UV-A והן UV-B. קרני ה- UV-A גורמות לקמטים ולהזדקנות העור, ו- UV-B גורמים לכוויות ואריתמה.

חלקיקים של חלקיקים TiO ₂ משמשים כחומר תמיכה לזרזי תגובה כימית.

אנטאז הוא פוטו-קטליסט יעיל המחמצן תרכובות אורגניות. ככל שחלקיקיו קטנים יותר, כך הוא יעיל יותר.

הפניות

1. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. ג'ון וויילי ובניו.
2. קירק-אחר (1994). אנציקלופדיה לטכנולוגיה כימית. כרך 19 ו -24 המהדורה הרביעית. ג'ון וויילי ובניו.
3. עובדות בטיחות כימית. (2019). טיטניום דו - חמצני. התאושש מ: Chemicalafetyfacts.org
4. Wypych, ג'ורג '. (2015). תוספי PVC. בגיבוש PVC (מהדורה שנייה). התאושש מ- sciencedirect.com
5. דנינג, ר '(2009). שיפור מוצרי צמר באמצעות ננו-טכנולוגיה. בהתקדמות בטכנולוגיית צמר. התאושש מ- sciencedirect.com
6. הספרייה הלאומית לרפואה. (2019). טיטניום דו - חמצני. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov