Titan (iv) oxid

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de către contribuabili cu experiență și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 17 februarie 2022; Verificările necesită 43 de modificări .
Oxid de titan (IV)
General

Nume sistematic
Dioxid de titan
Chim. formulă TiO2 _
Proprietăți fizice
Stat solid
Masă molară 79.866 g/ mol
Densitate (Р) 4,235 г/см³
(А) 4,05 г/см³
(Б) 4,1 г/см³
Proprietati termice
Temperatura
 •  topirea 1843 ° C.
 •  fierbere 2972 ° C.
 • descompunere 2900 ° C.
Presiunea aburului [unu]
Clasificare
Reg. numar CAS 13463-67-7
PubChem
Reg. numărul EINECS 236-675-5
ZÂMBETE   O=[Ti]=O
InChI   InChI=1S/2O.TiGWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N
Codex Alimentarius E171
RTECS XR2775000
CHEBI 32234
ChemSpider
Siguranță
NFPA 704 NFPA 704 four-colored diamond 0 unu 0
Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel.
 Fișiere media la Wikimedia Commons

Оксид титана (iv ) ( диоксид титана , двvormisись титана , титановые  белила , пиыевой краситеacь e171 ) . Является основным продуктом титановой индустрии (на производство чистого титана идёт литана идёт литана идёт литана идёт литодь 5 ондустрии )

Clădire

Оксид титана существует в виде нескольких модификаций. В природе встречаются кристаллы с тетрагональной сингонией ( анатаз , рутил ) и ромбитил и ромбичес нгобичес . Искусственно получены ещё две модификации высокого давления — ромбическая IV и гексагона Vль.

Характеристики кристаллической решётки [3]
Модификация/Параметр Рутил Анатаз Брукит Ромбическая IV Гексагональная V
Параметры элементарной решётки, нм A 0,45929 0,3785 0,51447 0,4531 0,922
b 0,9184 0,5498
c 0,29591 0,9486 0,5145 0,4900 0,5685
Число формульных единиц в ячейке 2 patru opt    
grup spațial P4/mnm I4/amd Pbca Pbcn  

При нагревании и анатаз , и брукит необратимо превращаются в рутил (температуры перетературы перетературы перетературы перетевании необратимо необратимо). Основой структур этих модификаций являются октаэдры TiO 6 , то есть каждый ион Ti 4+ окружён шестью ионами O 2 − , а каждый ион O 2− окружён тремя ионами Ti 4+ .

Октаэдры расположены таким образом, что каждый ион кислорода принадлежит трём октаэдрам. В анатазе на один октаэдр приходятся 4 общих ребра, в рутиле  — 2.

Fiind în natură

В чистом виде в природе встречается в виде минералов рутила , анатаза и брукита (по строению первые два имеют тетрагональную, а последний — ромбическую сингонию), причём основную часть составляет рутил.

Третье в мире по запасам рутила месторождение находится в Рассказовском районе Тамском районе Тамстовб . Крупные месторождения находятся также в Чили (Cerro Bianco), канадской провинции Квебек , Сьерора .

Proprietăți

Чистый диоксид титана — бесцветные кристаллы (желтеют при нагревании). Для технических целей применяется в раздроблённом состоянии, представляя собой белый покорошоп. Не растворяется в воде и разбавленных минеральных кислотах (за исключением плавиковой ).

для рутила 4,235 г/см³[3] для анатаза 4,05 г/см³ [3] (3,95 г/см³ [4] ) для брукита 4,1 г/см³[3]

Prezea теckcerратprezeра плавления, кипения р разложения для дрnun niciodată модификацийий не кзата рпананакmet (ка altceva .

Седняfa ianuată ianuată _ _ _
Modificare Interval de temperatură, K
298—500 298—600 298-700 298—800 298-900 298—1000
rutil 60.71 62,39 63,76 64,92 65,95 66,89
anatază 63.21 65.18 66,59 67,64 68,47 69.12
Термо problema
Modificare ΔH ° F, 298 , кдж/моль [7] S° 298 , J/mol/K [8] ΔG ° F, 298 , кдж/моль [9] C ° P, 298 , дж/моль/k [10] , kj/mol [11]
rutil -944,75 (-943,9 [4] ) 50,33 -889,49 (-888,6 [4] ) 55.04 (55.02 [4] ) 67
anatază -933,03 (938,6 [4] ) 49,92 -877,65 (-888,3 [4] ) 55,21 (55,48 [4] ) 58

Datorită împachetării mai dense a ionilor într-un cristal de rutil, atracția lor reciprocă crește, activitatea fotochimică scade, duritatea (abrazivitatea), creșterea indicelui de refracție (2,55 pentru anatază și 2,7 pentru rutil), constantă dielectrică .

Proprietăți chimice

Dioxidul de titan este amfoter , adică prezintă atât proprietăți bazice, cât și acide (deși reacționează în principal cu acizii concentrați).

Медленно растворяется концентрированной серной кислоте, ообразуя сответстcurs ющие соли че…

Când se topesc cu oxizi, hidroxizi, carbonați, titanați se formează  - săruri ale acidului titanic ( hidroxid de titan amfoter TiO (OH) 2 )

C пероксидо§ водорода даёё ортотитановую кислоту :

При нагревании с аммиаком даёт нитрид титана :

Când este încălzit, este redus de carbon și metale active ( Mg , Ca , Na ) pentru a reduce oxizi.

При нагревании с хлором в присутствии восстановителей (углерода) образует тетрахлорид титана .

Încălzirea la 2200 °C conduce mai întâi la eliminarea oxigenului cu formarea de Ti 3 O 5 albastru (adică TiO 2 Ti 2 O 3 ), apoi Ti 2 O 3 violet închis .

Dioxidul hidratat TiO 2 n H 2 O [hidroxid de titan(IV), oxohidrat de titan, oxohidroxid de titan], în funcție de condițiile de preparare, poate conține cantități variabile de grupări OH legate Ti, apă structurală, reziduuri acide și cationi adsorbiți. TiO 2 n H 2 O proaspăt precipitat obținut la rece este ușor solubil în minerale diluate și acizi organici puternici, dar aproape insolubil în soluții alcaline. Ușor peptizat cu formarea de soluții coloidale stabile .

п. Их плотность ~ 3,2 г/см³ и выше.

Odată cu îmbătrânirea precipitatului, TiO 2 n H 2 O se transformă treptat în dioxid anhidru, care reține cationii și anionii adsorbiți în stare legată. Îmbătrânirea este accelerată prin fierberea suspensiei cu apă. Structura TiO 2 formată în timpul îmbătrânirii este determinată de condițiile de depunere. Precipitarea cu amoniac din soluții de acid clorhidric la pH < 2 are ca rezultat eșantioane cu structură rutilă, la pH 2–5 cu structură anatazică și dintr-un mediu alcalin, amorf cu raze X. Produsele cu o structură rutilă nu sunt formate din soluții de sulfat.

Кроме того, под воздействием ультрафиолетовых лучей способен разлагать воду и органие ничесокинич.

Реëистрационный номер  о — - un2546

Prin inhalare

TLV (concentrație maximă admisă): ca TWA (concentrație medie ponderată în timp, SUA) - 10 mg/m³ A4 (ACGIH 2001).

ПДК в воздухе рабочей зоны — 10 мг/м³ (1998)

IARC (IARC) clasifică oxidul de titan ca grupa 2B (potenţial cancerigen) dacă nanoparticulele sunt inhalate [12] .

Оценки безопасности пищевой добавки E171 (Оксид титана) со стороны EFSA (European Food Safety Authority): был разрешён к пищевому применению до 2022 года директивой 94/36/EEC (в отдельных формах) [13] , ADI не установлен, MoS 2250 мг/ кг [14] .

Воонце 2010-х появилось несколько публикаций inra о milise

[19]

Interzis în Franța din 2020 [20] . În 2021, Autoritatea europeană de siguranță alimentară a decis că, din cauza datelor noi despre nanoparticule , dioxidul de titan „nu mai poate fi considerat ca un aditiv alimentar sigur”, genotoxicitatea sa , care poate duce la efecte cancerigene, nu poate fi redusă și „o sigură Aportul zilnic al acestui supliment alimentar nu poate fi stabilit. " Comisarul european de sănătate a anunțat planurile de interzicere a utilizării sale în Uniunea Europeană [21]

Potrivit lui Rospotrebnadzor , aditivul alimentar E171 este aprobat pentru utilizare în Rusia [22]

Mineritul și producția

Producția mondială de dioxid de titan la sfârșitul anului 2004 a atins aproximativ 5 milioane de tone [23] .

Основные производители и экспортёры диоксида титана:

В последние годы чрезвычайно ыыстро растёт производство диоксида титана витае .

Сумской государственный институт минеральных удобрений и пигментов (МИНДИП) в своих научно-исследовательских работах особое место уделяет технологиям получения оксида титана (IV) сульфатным способом: исследование, разработка новых марок, модернизация технологии и аппаратурного оформления процесса.

Există două metode industriale principale pentru obținerea TiO2 : din concentrat de ilmenit (FeTiO3 ) și din tetraclorura de titan . Deoarece rezervele ilmenitului nu sunt în mod clar suficiente pentru a răspunde nevoilor industriei, o parte semnificativă a TIO 2 este produsă din tetraclorură de titan.

Producția de dioxid de titan din concentrat de ilmenit

Первый завод по производству титановых белил из природного титанового минерала ильменита FeTiO 3 был построен в Норвегии в 1918 г., однако первые промышленные партии белил имели жёлтый цвет из-за примесей соединений железа и плохо подходили для живописи , так что фактически белые титановые белила стали использоваться художниками лиш в 1922—1925 г. При этом следprezeт уазать, что до 1925 г. ыыли дост deose л лиш композитные титановые пи extremменты на базе барита или калцита .

Până în anii ’40 dioxidul de titan a fost produs într-o modificare cristalină - anataza (β-TiO 2 ) a sistemului tetragonal cu un indice de refracție de ~2,5

Технология производства состоит из трёх этапов:

  • получение растворов сульфата титана (путёё обработки иль încât После восстановления на барабанmpă вакuniм -фиильтрах отделяюю растворов с ьфаатов о шла deja. Сульфат железа (ii) отделяюю вакуум-кристализаторе.
  • Hidroliza unei soluții de săruri de sulfat de titan. Hidroliza se realizează prin metoda introducerii nucleelor ​​(se prepară prin precipitarea Ti(OH) 4 din soluții de sulfat de titan cu hidroxid de sodiu). În faza de hidroliză, particulele rezultate din hidrolizat (hidrați de dioxid de titan) au o capacitate mare de adsorbție , în special în ceea ce privește sărurile de Fe3+ , din acest motiv, în etapa anterioară, fierul feric este redus la feros. Variind condițiile de hidroliză (concentrație, durata etapelor, număr de nuclee, aciditate etc.), este posibil să se obțină randamentul particulelor de hidrolizat cu proprietățile dorite, în funcție de aplicația dorită.
  • термообработка гидратов диоксида титана. Для термообработки исп dispoziția При термообработке исаряется вода (гидроксид титана и и // alizați

Producția de dioxid de titan din tetraclorura de titan

1938—1939 г. способ производства изменился — появился так называемый хлорный метод производства белил из тетрахлорида титана , благодаря чему титановые белила стали выпускаться в кристаллической модификации рутил (α-TiO 2 ) — также тетрагональной сингонии , но с другими параметрами решётки и несколько бо́льшим по сравнению с анатазом показателем преломления 2,61.

Există trei metode principale pentru obținerea dioxidului de titan din tetraclorura sa:

  • hidroliza soluțiilor apoase de tetraclorură de titan (cu tratament termic ulterior al precipitatului)
  • hidroliza în fază de vapori a tetraclorurii de titan (pe baza interacțiunii vaporilor de tetraclorură de titan cu vaporii de apă) la 400 °C.
  • термообрабоațiile _ Поцесс обычно ведётс.

Aplicație

Основные применения диоксида титана:

  • производство лакокрасочных материалов, в частности, титановых белил — 57 % от всего потребления[23] (диоксид титана рутильной модификации обладает более высокими пигментными свойствами — светостойкостью, разбеливающей способностью и др.);
  • производство пластмасс - 21 % [23] ;
  • производство ла§минированной бумаги - 14 % [23] ;
  • производство декоративной косpareтики;
  • производство огнеüорной бумаги [25] ;
  • CONCRES POTOCATALYTICE.
Мировые мощности по производству пигментов на основе диоксида титана (тыс. тонн/год)[26]
2001 2002 2003 2004
America 1730 1730 1730 1680
Europa de Vest 1440 1470 1480 1480
Japonia 340 340 320 320
Australia 180 200 200 200
Alte țări 690 740 1200 1400
Total 4380 4480 4930 5080

Alte aplicații sunt în fabricarea de produse din cauciuc, industria sticlei (sticlă termorezistentă și optică), ca refractare (acoperirea electrozilor de sudură și acoperirea matrițelor), în cosmetică (săpun etc.), în industria farmacologică ca pigment și umplutură pentru unele forme de dozare ( tablete , etc.), în industria alimentară ( aditiv alimentar E171 ) [27] .

Folosit în procesele de purificare a aerului prin fotocataliză .

Sunt în desfășurare cercetări privind utilizarea dioxidului de titan în bateriile fotochimice - celule Grätzel , în care dioxidul de titan, care este un semiconductor cu o bandă interzisă largă de 3-3,2 eV (în funcție de faza cristalină) și o suprafață dezvoltată, este sensibilizat de către coloranți organici [28] .

Interdicția UE

La 7 februarie 2022, UE a introdus o interdicție privind utilizarea dioxidului de titan (E171) în industria alimentară. Perioada de tranziție va dura 6 luni. Utilizarea dioxidului de titan în industria farmaceutică va continua deocamdată din cauza lipsei de substanțe alternative. [29]

Prețurile și piața

Prețurile pentru dioxid de titan diferă în funcție de gradul de puritate și de marcă. Astfel, dioxidul de titan mai ales pur (99,999%) sub formă de rutil și anatază a costat în septembrie 2006 0,5-1 dolar pe gram (în funcție de mărimea achiziției), iar dioxidul de titan tehnic - 2,2-4,8 dolari pe gram.kg în funcție de marca și volumul achiziției.

Note

  1. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0617.html
  2. A. E. Rikoshinsky. Piața mondială a pigmentului dioxid de titan. Starea, tendințele, prognozele // Lakokrasochnye materialy 2002-2003. Director . - M . : Colegiul editorial al săptămânalului „Furnizor”, 2003. - S. 53-61. — 832 p. - 3000 de exemplare.
  3. 1 2 3 4 Enciclopedia chimică
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 Rabinovici. V. A., Khavin Z. Ya. Scurtă carte de referință chimică L.: Chemistry, 1977 p. 105
  5. Scurtă carte de referință a cantităților fizice și chimice. Ed. a 8-a, revăzută / Ed. A. A. Ravdel și A. M. Ponomareva. - L .: Chimie, 1983. P. 60
  6. Pe lângă modificarea entalpiei standard de fuziune, ibid., p. 82
  7. modificarea entalpiei standard (căldura de formare) în timpul formării din substanțe simple care sunt stabile termodinamic la 101,325 kPa (1 atm) și o temperatură de 298 K
  8. entropia standard la 298 K
  9. ↑ modificarea energiei Gibbs standard (căldura de formare) în timpul formării din substanțe simple care sunt stabile termodinamic la 101,325 kPa (1 atm) și o temperatură de 298 K
  10. capacitate termică izobară standard la 298 K
  11. Modificarea entalpiei de topire. Date din Enciclopedia chimică p. 593
  12. Copie arhivată .
  13. Copie arhivată (link nu este disponibil) . Consultat la 27 ianuarie 2017. Arhivat din original pe 2 februarie 2017. 
  14. Reevaluarea dioxidului de titan (E 171) ca aditiv alimentar | . Consultat la 27 ianuarie 2017. Arhivat din original pe 2 februarie 2017.
  15. https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.2903/j.efsa.2018.5366 Arhivat 3 februarie 2019 la Wayback Machine https://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/5366 Arhivat la 1 octombrie 2018 la Wayback Machine
  16. EFSA închide ușa reevaluării dioxidului de titan
  17. https://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/4545 Arhivat 2 februarie 2017 la Wayback Machine https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.2903/j.efsa .2016.4545 Arhivat 30 mai 2021 la Wayback Machine EFSA ANS Panel (EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food), 2016. Aviz științific privind reevaluarea dioxidului de titan (E 171) ca aditiv alimentar. EFSA Journal 2016;14(9):4545, 83 p. doi:10.2903/j.efsa.2016.4545
  18. Rezumatul aditivilor de culoare pentru utilizare în Statele Unite în alimente, medicamente, produse cosmetice și dispozitive medicale . Consultat la 7 octombrie 2018. Arhivat din original la 22 aprilie 2019.
  19. e-CFR Titlul 21 (Alimente și Medicamente) Capitolul I Subcapitolul A Partea 73 (LISTA ADITIVILOR DE CULOARE SCURTĂ DE LA CERTIFICARE) - § 73.575 Dioxid de titan. (link indisponibil) . Consultat la 7 octombrie 2018. Arhivat din original pe 7 octombrie 2018. 
  20. Franța a interzis aditivul alimentar periculos E171  (rusă)  ? . rosng.ru . Preluat la 16 octombrie 2020. Arhivat din original la 21 noiembrie 2020.
  21. Boffey, Daniel E171: Organismul de pază al UE spune că colorantul alimentar utilizat pe scară largă în Marea Britanie este  nesigur . The Guardian (6 mai 2021). Preluat la 20 decembrie 2021. Arhivat din original la 7 mai 2021.
  22. http://49.rospotrebnadzor.ru/rss_all/-/asset_publisher/Kq6J/content/id/444267 Copie de arhivă din 7 octombrie 2018 pe Wayback Machine  - Lista D, Lista K
  23. 1 2 3 4 TiO2 - Dioxid de titan - Dioxid de titan, știri, prețuri, recenzii . Consultat la 16 septembrie 2006. Arhivat din original pe 9 septembrie 2006.
  24. Conform structurii federale a Rusiei , subiecții Federației Ruse se află pe teritoriul disputat al Crimeei - Republica Crimeea și orașul cu importanță federală Sevastopol . Conform diviziunii administrative a Ucrainei , regiunile Ucrainei sunt situate pe teritoriul disputat al Crimeei - Republica Autonomă Crimeea și orașul cu statut special Sevastopol .
  25. Oamenii de știință au inventat hârtie care nu arde  (rusă) , Yoki.Ru  (27 septembrie 2006). Arhivat 24 octombrie 2020. Consultat la 23 noiembrie 2017.
  26. Pe piața mondială a dioxidului de titan (link inaccesibil) . Stiri . Titanmet.ru (16 decembrie 2005). Data accesului: 22 august 2014. Arhivat din original la 28 septembrie 2007. 
  27. O interdicție privind utilizarea dioxidului de titan E171 în producția de alimente intră în vigoare în țările UE Arhivat 6 februarie 2022 la Wayback Machine // Sputnik , 02/06/2022
  28. Grätzel, M. Celule solare sensibilizate la colorant  //  Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews  : jurnal. - 2003. - Vol. 4 , nr. 2 .
  29. REGULAMENTUL COMISIEI (UE) 2022/63 Arhivat la 17 februarie 2022 la Wayback Machine // Europa.eu, 18.01.2022

Literatură

  • Akhmetov T. G., Porfiryeva R. T., Gaysin L. G. et al. Tehnologia chimică a substanțelor anorganice: în 2 cărți. Carte. 1. - Ed. T. G. Akhmetova. - M .: Liceu, 2002. - ISBN 5-06-004244-8 . p. 369-402.
  • Nekrasov BV Fundamentele chimiei generale. T. I. - Ed. a 3-a, rev. si suplimentare M.: Chimie, 1973. - S. 644, 648.
  • Enciclopedie chimică (versiune electronică). — S. 593, 594
  • Chimie: Ref. ed. / W. Schroeter, K.-H. Lautenschleger, H. Bibrak și alții: Per. cu el. Ed. a II-a, stereotip. - M .: Chimie, 2000. S. 411.
  • Yuryev Yu. N. Proprietăți ale filmelor subțiri de oxid de titan (TiO[2 ) și carbon amorf (a-C) depuse folosind un sistem de pulverizare cu magnetron dublu: rezumat al disertației pentru gradul de candidat de științe tehnice: spec. 01.04.07]. - Tomsk, 2016. - 22 p.

Link -uri