Titāna fizikālās un ķīmiskās īpašības
Titāna fizikālās īpašības
1. Blīvums: Titāna blīvums ir no 4,506 līdz 4,516 g/kubikcentimetru, kas ir vieglāks par alumīniju, bet smagāks par dzelzi, varu un niķeli.
2. Krāsa un izskats: Titāns ir sudrabaini balts metāls ar metālisku spīdumu un tēraudam līdzīgu izskatu.
3. Kušanas temperatūra un viršanas temperatūra: titāna kušanas temperatūra ir aptuveni 1668 ± 4 grādi, un viršanas temperatūra ir aptuveni 3260 ± 20 grādi, kas parāda, ka titānam ir lieliska stabilitāte augstā temperatūrā.
4. Latentais kausēšanas siltums: titāna latentais saplūšanas siltums ir no 3,7 līdz 5.0 kcal/gram atoma, kas nozīmē, ka kušanas procesā ir jāuzņem noteikts siltuma daudzums.
5. Latentais iztvaikošanas siltums: titāna latentais iztvaikošanas siltums ir no 102,5 līdz 112,5 kcal/grama atoma, kas nozīmē, ka ir nepieciešams ievērojams enerģijas daudzums, lai šķidro titānu pārvērstu gāzveida stāvoklī.
6. Kritiskā temperatūra un kritiskais spiediens: titāna kritiskā temperatūra ir 4350 grādi, bet kritiskais spiediens ir 1130 atmosfēras. Kritiskā temperatūra nozīmē, ka virs šīs temperatūras neatkarīgi no tā, cik liels spiediens tiek palielināts, titāna šķidrums nevar pastāvēt šķidrā stāvoklī.
7. Supravadītspēja: titāna supravadītspēja ir ārkārtīgi zemā temperatūrā, un tā supravadīšanas kritiskā temperatūra ir 0,38 līdz 0,4K, kas ļauj titānu izmantot kā supravadošu materiālu dažos īpašos lietojumos.
8. Siltumvadītspēja un elektrovadītspēja: Salīdzinot ar citiem metāliem, titānam ir salīdzinoši slikta siltumvadītspēja un elektrovadītspēja. Tā elektrovadītspēja ir nedaudz zemāka nekā nerūsējošajam tēraudam, tāpēc to bieži neizmanto elektrovadītspējai.
9. Paramagnētisms un magnētiskā caurlaidība: titāns ir paramagnētisks materiāls, un tā magnētiskā caurlaidība ir tuvu 1,00004, kas norāda, ka tā reakcija uz ārējiem magnētiskajiem laukiem ir salīdzinoši vāja.
Titānam piemīt plastiskums. Augstas tīrības pakāpes titāna pagarinājums var sasniegt 50-60%, bet sekcijas saraušanās var sasniegt 70-80%. Tomēr tā stiprība ir zema un nav piemērota izmantošanai kā strukturālie materiāli. Piemaisījumu klātbūtne titānā ļoti ietekmē tā mehāniskās īpašības. Jo īpaši intersticiālie piemaisījumi (skābeklis, slāpeklis, ogleklis) var ievērojami palielināt titāna izturību un ievērojami samazināt tā plastiskumu. Titāna kā strukturālā materiāla labās mehāniskās īpašības tiek panāktas, stingri kontrolējot atbilstošu piemaisījumu saturu un pievienojot sakausējuma elementus.
Titāna ķīmiskās īpašības
1. Aktivitāte: Titāns ir salīdzinoši aktīvs pārejas metāls, taču tas ir samērā stabils istabas temperatūrā. Tas var reaģēt ar skābekli, slāpekli, sēru un citiem nemetāliem augstās temperatūrās, veidojot atsaucīgus savienojumus.
2. Oksidācijas pakāpe: galvenais titāna oksidācijas stāvoklis ir +4. Lai gan tas var parādīties arī dažos savienojumos, +3, +2 un citos oksidācijas stāvokļos, titāna +4 oksidācijas stāvoklis ir visstabilākais.
3. Reakcija ar skābekli: Dazai var reaģēt ar skābekli augstā temperatūrā, veidojot titāna oksīdu, kas ir balta cieta viela. Parastās rūdas formas ir rutilas un rutilas.
4. Reakcija ar slāpekli: Titāns var reaģēt ar slāpekli, veidojot titāna nitrīdu, ļoti cietu vielu, ko parasti izmanto pārklājumos un griezējinstrumentos.
5. Reakcija ar halogēniem: titāns var reaģēt ar fluoru, hloru, bromu un jodu, veidojot atbilstošus halogenīdus. Šiem halogenīdiem ir svarīga loma dažos rūpnieciskos lietojumos.
6. Reakcija ar skābi: uz titāna virsmas veidojas stabila oksīda aizsargplēve, kas padara to ļoti izturīgu pret koroziju. Tas ļauj titānam labi darboties korozīvā vidē, un tāpēc to plaši izmanto ķīmiskajās iekārtās.
7. Reakcija ar sārmu: Titānam ir laba izturība pret koroziju pret sārmu. Dažos sārmainos apstākļos uz titāna virsmas izveidosies oksīda plēve, lai aizsargātu metāla virsmu no turpmākas erozijas.
8. Sakausējuma veidošanās: Titāns var veidot sakausējumus ar daudziem elementiem, tostarp dzelzi, alumīniju, vanādiju, varu utt. Šiem sakausējumiem parasti ir augstas stiprības, izturības pret koroziju un viegluma īpašības. Tāpēc to plaši izmanto kosmosa un citās rūpniecības jomās.
Rezumējot, titāna īpašības ir ļoti cieši saistītas ar temperatūru, tā formu un tīrību. Blīvs metālisks titāns dabā ir diezgan stabils, bet pulverveida titāns var izraisīt spontānu aizdegšanos gaisā. Piemaisījumu klātbūtne titānā būtiski ietekmē titāna fizikālās, ķīmiskās, mehāniskās īpašības un izturību pret koroziju. Jo īpaši daži intersticiāli piemaisījumi var izkropļot titāna režģi un ietekmēt dažādas titāna īpašības. Titānam ir ļoti maza ķīmiskā aktivitāte istabas temperatūrā, un tas var reaģēt ar dažām vielām, piemēram, fluorūdeņražskābi. Tomēr, paaugstinoties temperatūrai, titāna aktivitāte strauji palielinās. Īpaši augstā temperatūrā titāns var spēcīgi reaģēt ar daudzām vielām. Titāna kausēšanas process parasti tiek veikts augstā temperatūrā virs 800 grādiem, tāpēc tas jādarbina vakuumā vai inertas atmosfēras aizsardzībā.
Titānam ir svarīga loma daudzās rūpniecības un tehnoloģiju jomās, pateicoties tā lieliskām ķīmiskajām īpašībām. Tā izturība pret koroziju, stabilitāte augstā temperatūrā un spēja veidot sakausējumus ar citiem elementiem padara to par ideālu izvēli daudziem lietojumiem.
