TITANOKSID (IV): STRUKTUR, EGENSKAPER, BRUK - KJEMI - 2026

Den titanoksid (IV) er en fast, uorganisk krystallinsk, hvitt, hvis kjemiske formel er TiO ₂ , slik det også er kjent som titandioksyd. Det eksisterer i tre krystallinske former: rutil, anatase og brookitt. Selv om det i naturen det vanligvis er farget på grunn av tilstedeværelsen av urenheter slik som jern, krom eller vanadium, ren TiO ₂ anvendes som et hvitt pigment.

Blant dens egenskaper kan vi fremheve at løseligheten til TiO ₂ avhenger betydelig av dens kjemiske og termiske historie. I tillegg til at det blir kjemisk inert når det varmes opp til høye temperaturer (900 ºC). De viktigste kildene er ilmenitt (jern og titanoksyd), rutil og anatase.

Titandioksidpulver. Den opprinnelige opplasteren var Walkerma på engelsk Wikipedia.

Den produseres først og fremst i en klasse som er egnet for bruk som pigment, og sikrer dens utmerkede lysspredningsegenskaper i bruksområder som krever hvit opacitet og glans.

Det er også produsert som et ultra-tynt materiale, for bruksområder der transparens og maksimal ultrafiolett (UV) absorpsjon er nødvendig. For eksempel som en komponent av solkrem for huden. I disse er TiO ₂ fungerer som et filter, slik at den blokkeres absorpsjon av disse stråler.

På grunn av den kjemiske inertiteten er det det foretrukne hvite pigmentet. Imidlertid har USAs Food and Drug Administration, eller FDA, etablert parametere for sikker bruk i mat og kosmetikk.

Det er også en grense for eksponering for titanoksydstøv, siden når støvet inhaleres, kan det avsette i lungene.

Struktur

TiO ₂ har tre krystallinske modifikasjoner: rutil, anatase og brookitt. Disse krystallinske variantene finnes i naturen.

rutil

Rutil krystalliserer i det tetragonale system med to TiO ₂ enheter per celle. Titan koordineres octahedrally. Rutile er vist ved kalorimetriske studier å være den mest termisk stabile krystallinske formen.

Rutil krystallstruktur. Grå baller: Titan, rosa baller: Oksygen. Solid State Source: Wikipedia Commons

anatas

Denne formen krystalliserer også i det tetragonale systemet, men anatase forekommer i form av sterkt forvrengt oktaeder av oksygenatomer i forhold til hvert titanatom, hvor to av dem er relativt nærmere. Den har 4 enheter TiO ₂ for hver krystallinsk celle.

Krystallstruktur av anatase. Benjah-bmm27 Kilde: Wikipedia Commons

brookitt

Det krystalliserer i det ortorombiske system, med 8 TiO ₂ enheter for hver krystallinsk celle.

Egenskaper

Fysisk tilstand

Krystallinsk fast stoff.

Mohs hardhet

Rutile: 7-7,5.

Anatase: 5,5-6.

Molekylær vekt

79,87 g / mol.

Smeltepunkt

Rutile: 1830-1850 ° C.

Anatase: ved oppvarming blir den rutil.

tetthet

Rutil: 4.250 g / cm ³

Anatase: 4.133 g / cm ³

Brookitt: 3,895 g / cm ³

løselighet

Uløselig i vann og organiske løsningsmidler. Løses sakte opp i HF og varmkonsentrert H ₂ SO ₄ . Uoppløselig i HCl og HNO ₃ .

pH-

7.5.

Brytningsindeks

Rutile: 2,75 ved 550 nm.

Anatase: 2,54 ved 550 nm.

Den har den høyeste brytningsindeksen av alle uorganiske pigmenter.

Andre egenskaper

Anatase konverteres raskt til rutil ved temperaturer over 700 ºC. TiO ₂ som er kalsinert ved 900 ° C, løses svakt opp i baser, fluor-fluorsyre og varm svovelsyre. Det angripes ikke av svake uorganiske syrer eller organiske syrer. Det reduseres eller oksideres ikke lett.

Anatase og rutil er bredbåndshalvledere, men deres elektriske ledningsevne avhenger av tilstedeværelsen av urenheter og defekter i krystallen.

nomenklatur

-Titan dioxide

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

applikasjoner

Hvite pigmenter

Den viktigste bruken av titan (IV) er som et hvitt pigment i en lang rekke produkter, inkludert maling, lakk, lim, plast, papir og trykkfarger. Dette skyldes den høye brytningsindeksen og den kjemiske inertiteten.

Kilde: Pexels.com

Titandioksid som brukes som det hvite pigmentet må være av høy renhet. Dens opacitet og lysstyrke stammer fra dens evne til å spre lys. Den er lysere enn diamant. Bare rutil og anatase har gode pigmenteringsegenskaper.

plast

I plast minimerer TiO ₂ sprøhet og sprekker som kan oppstå som et resultat av eksponering for lys.

Det er det viktigste pigmentet i produksjonen av utendørs PVC-plastartikler, fordi det gir UV-beskyttelse til materialet.

Den optimale krystallinske formen i dette tilfellet er rutil. I denne søknaden skal rutil ha et overflatebelegg av zirkonium, silika eller aluminium, for å minimalisere den fotokatalytiske virkning av TiO ₂ i nedbrytning av PVC.

Andre bruksområder

Andre bruksområder inkluderer glasslegeringer som brukes på stål og støpejern, som det gir uklarhet og motstand mot syrer.

I tekstilindustrien brukes det i garnguider, slik at de lett glir under spinning. Friksjonen mellom gjengene og føringene genererer statisk elektrisitet. For å spre den, må TiO ₂ brennes ved 1300 ºC for at den skal ha større elektrisk ledningsevne.

Andre bruksområder inkluderer pigmentering av trykkfarger, gummi, tekstiler, lær, syntetiske fibre, keramikk, hvit sement, gulvbelegg og takmaterialer. Som papirbelegg gjør TiO ₂ den hvitere, lysere og mer ugjennomsiktig.

Det brukes i kosmetikk for å dekke hudens ufullkommenheter, samt for å gjøre tannkrem og såpe hvit.

Den beskytter mat, drikke, kosttilskudd og farmasøytiske produkter mot for tidlig nedbrytning forårsaket av lyseffekten, og forlenger levetiden til produktet.

Det er en komponent i produksjonen av glass, keramikk og elektrokeramikk. Det brukes i elementer i elektriske kretser. Det brukes også i oksygenføleren til eksosanlegget til motorvogna.

Ultrafine TiO ₂ brukes som en komponent i solkrem, da det er en sterk absorber av ultrafiolette (UV) stråler, både UV-A og UV-B. UV-A-stråler forårsaker rynker og aldring av huden, og UV-B forårsaker brannskader og erytem.

TiO ₂ nanopartikler brukes som bæremateriale for kjemiske reaksjonskatalysatorer.

Anatase er en effektiv fotokatalysator som oksiderer organiske forbindelser. Jo mindre partikler det er, jo mer effektivt er det.

referanser

1. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avansert uorganisk kjemi. John Wiley & Sons.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Bind 19 og 24. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
3. Fakta om kjemisk sikkerhet. (2019). Titandioksid. Gjenvunnet fra: chemicalafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). PVC-tilsetningsstoffer. I PVC Formulary (andre utgave). Gjenopprettet fra sciencedirect.com
5. Denning, R. (2009). Forbedring av ullprodukter ved bruk av nanoteknologi. I fremskritt innen ullteknologi. Gjenopprettet fra sciencedirect.com
6. National Library of Medicine. (2019). Titandioksid. Gjenopprettet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov