أكسيد التيتانيوم (4): الهيكل ، الخصائص ، الاستخدامات - كيمياء - 2026

و أكسيد التيتانيوم (IV) هو صلب أبيض بلوري غير العضوي الذي هو تيو الصيغة الكيميائية ₂ ، لذلك وكما هو معروف أنها ثاني أكسيد التيتانيوم. يوجد في ثلاثة أشكال بلورية: الروتيل ، والأناتاز ، والبروكيت. على الرغم من الطبيعة الملونة هو عادة بسبب وجود الشوائب مثل الحديد والكروم والفاناديوم، النقي تيو ₂ يتم استخدام صبغة بيضاء.

ومن خصائصه يمكننا التأكيد على أن ذوبان تيو ₂ يعتمد إلى حد كبير على التاريخ الكيميائية والحرارية لها. بالإضافة إلى أنه عندما يتم تسخينه إلى درجات حرارة عالية (900 درجة مئوية) فإنه يصبح خامل كيميائيًا. أهم مصادره هي الإلمنيت (أكسيد الحديد والتيتانيوم) والروتيل والأناتاز.

مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم. كان القائم بالتحميل الأصلي هو Walkerma في Wikipedia الإنجليزية.

يتم إنتاجه بشكل أساسي في درجة مناسبة للاستخدام كصبغة ، مما يضمن خصائص تشتت الضوء الممتازة في التطبيقات التي تتطلب عتامة بيضاء ولمعان.

يتم إنتاجه أيضًا كمواد فائقة الرقة ، للتطبيقات التي تتطلب الشفافية وأقصى امتصاص للأشعة فوق البنفسجية (UV). على سبيل المثال ، كعنصر من مكونات واقية من الشمس للبشرة. في هذه، وتيو ₂ تعمل كمصفاة، وبالتالي منع امتصاص هذه الأشعة.

بسبب خمولها الكيميائي ، فهي الصبغة البيضاء المفضلة. ومع ذلك ، فإن إدارة الغذاء والدواء الأمريكية ، أو FDA ، قد أنشأت معايير لاستخدامها الآمن في الأغذية ومستحضرات التجميل.

هناك أيضًا حد للتعرض لغبار أكسيد التيتانيوم ، لأنه عند استنشاق الغبار ، يمكن أن يترسب في الرئتين.

بناء

تيو ₂ ثلاثة تعديلات البلورية: الروتيل، التيتانيوم Anatase، وbrookite. تم العثور على جميع هذه الأصناف البلورية في الطبيعة.

روتيل

الروتيل يبلور في نظام رباعي الزوايا مع اثنين من تيو ₂ وحدة لكل خلية. التيتانيوم منسق ثماني السطوح. أظهرت الدراسات المسعرية أن الروتيل هو الشكل البلوري الأكثر استقرارًا حرارياً.

هيكل بلوري الروتيل. الكرات الرمادية: التيتانيوم ، الكرات الوردية: الأكسجين. مصدر الحالة الصلبة: ويكيبيديا كومنز

أناتاس

يتبلور هذا الشكل أيضًا في نظام رباعي الزوايا ، لكن anatase يحدث في شكل ثماني وجوه مشوهة للغاية من ذرات الأكسجين فيما يتعلق بكل ذرة تيتانيوم ، اثنتان منها أقرب نسبيًا. ويضم 4 وحدات من تيو ₂ لكل خلية البلورية.

التركيب البلوري لل anatase. Benjah-bmm27 المصدر: ويكيبيديا كومنز

بروكيت

فإنه يبلور في نظام معيني متعامد المحاور، مع 8 تيو ₂ وحدة لكل خلية البلورية.

الخصائص

الحالة الفيزيائية

بلورية صلبة.

صلابة موس

الروتيل: ​​7-7.5.

أناتاس: 5.5-6.

الوزن الجزيئي الغرامي

79.87 جم / مول.

نقطة الانصهار

الروتيل: ​​1830-1850 درجة مئوية.

Anatase: عند التسخين يصبح روتيل.

كثافة

الروتيل: ​​4250 جم / سم ³

Anatase: 4.133 جم / سم ³

بروكيت: 3895 جم / سم ³

الذوبان

غير قابل للذوبان في الماء والمذيبات العضوية. يذوب ببطء في HF وتركيز H ₂ SO ₄. غير قابل للذوبان في حمض الهيدروكلوريك و HNO ₃.

الرقم الهيدروجيني

7.5

معامل الانكسار

الروتيل: ​​2.75 عند 550 نانومتر.

Anatase: 2.54 عند 550 نانومتر.

يحتوي على أعلى معامل انكسار لجميع الأصباغ غير العضوية.

خصائص أخرى

يتحول Anatase بسرعة إلى الروتيل عند درجات حرارة أعلى من 700 درجة مئوية. تيو ₂ التي تم المكلس في 900 يذوب ° C ضعيف في القواعد، وحمض الهيدروفلوريك وحمض الكبريتيك الساخن. لا تهاجمه الأحماض غير العضوية أو الأحماض العضوية الضعيفة. لا يتم تقليله أو أكسدة بسهولة.

يعتبر Anatase و rutile من أشباه الموصلات ذات النطاق العريض ، لكن التوصيل الكهربائي لهما يعتمد على وجود الشوائب والعيوب في البلورة.

التسمية

-ثاني أكسيد التيتانيوم

-روتيل

-أناتاس

-بروكيتا

-تتانيا

التطبيقات

أصباغ بيضاء

أهم استخدام لأكسيد التيتانيوم (IV) هو صبغة بيضاء في مجموعة متنوعة من المنتجات ، بما في ذلك الدهانات والورنيش والمواد اللاصقة والبلاستيك والورق وأحبار الطباعة. ويرجع ذلك إلى معامل انكسارها العالي وخاملها الكيميائي.

المصدر: Pexels.com

يجب أن يكون ثاني أكسيد التيتانيوم المستخدم كصبغة بيضاء ذات نقاوة عالية. تنبع عتامة وسطوعه من قدرته على تشتيت الضوء. إنه أكثر إشراقًا من الماس. فقط الروتيل والأنتاز لهما خصائص تصبغ جيدة.

بلاستيك

في صناعة البلاستيك، تيو ₂ يقلل هشاشة وتكسير يمكن أن تحدث نتيجة التعرض للضوء.

وهي أهم صبغة في صناعة المواد البلاستيكية الخارجية PVC ، لأنها توفر حماية من الأشعة فوق البنفسجية للمادة.

الشكل البلوري الأمثل في هذه الحالة هو الروتيل. في هذا التطبيق، يجب أن يكون الروتيل طلاء سطح الزركونيوم، والسليكا أو الألومنيوم، للحد من تأثير ضوئي من تيو ₂ في تدهور PVC.

استخدامات اخرى

تشمل الاستخدامات الأخرى المينا الزجاجية المستخدمة في الفولاذ والحديد الزهر ، والتي تضفي عليها عتامة ومقاومة للأحماض.

En la industria textil se emplea en las guías de hilo، para que se deslicen fácilmente durante el hilado. La fricción entre los hilos y las guías genera electricidad estática. Para disiparla، el TiO ₂ debe ser quemado a 1300C، con el objeto de que posea una mayor Conductividad eléctrica.

Otras aplicaciones incluyen la pigmentación de tintas para Impresión، goma، textiles، cuero، fibras sintéticas، cerámicas، Cemento blanco، recubrimiento de pisos y materiales para techos. Como recubrimiento de papel، el TiO ₂ lo hace más blanco، brillante y más opaco.

Se emplea en cosméticos para ayudar a cubrir imperfecciones de la piel، así como para dar el color blanco a la pasta de dientes y en jabón.

إنه يحمي الأطعمة والمشروبات والمكملات والمنتجات الصيدلانية من التدهور المبكر الناتج عن تأثير الضوء ، مما يطيل من عمر المنتج.

إنه مكون في إنتاج الزجاج والسيراميك والسيراميك الكهربائي. يتم استخدامه في عناصر الدوائر الكهربائية. يتم استخدامه أيضًا في مستشعر الأكسجين لنظام عادم السيارات.

يستخدم Ultrafine TiO ₂ كعنصر في واقي الشمس ، لأنه ممتص قوي للأشعة فوق البنفسجية (UV) ، كلا من UV-A و UV-B. تتسبب الأشعة فوق البنفسجية أ في ظهور التجاعيد وشيخوخة الجلد ، وتسبب الأشعة فوق البنفسجية - ب حروقًا واحمرارًا.

تيو ₂ النانوية تستخدم كمادة دعم محفزات التفاعل الكيميائي.

Anatase هو محفز ضوئي فعال يؤكسد المركبات العضوية. كلما كانت جزيئاته أصغر ، زادت فعاليتها.

المراجع

1. قطن ، ف.ألبرت وويلكينسون ، جيفري. (1980). كيمياء غير عضوية متقدمة. جون وايلي وأولاده.
2. كيرك أوتمير (1994). موسوعة التكنولوجيا الكيميائية. المجلد 19 و 24. الطبعة الرابعة. جون وايلي وأولاده.
3. حقائق السلامة الكيميائية. (2019). ثاني أكسيد التيتانيوم. تم الاسترجاع من: chemicalafetyfacts.org
4. Wypych ، جورج. (2015). إضافات PVC. في صيغة PVC (الإصدار الثاني). تعافى من sciencedirect.com
5. دينينج ، ر. (2009). تحسين منتجات الصوف باستخدام تقنية النانو. التقدم في تكنولوجيا الصوف. تعافى من sciencedirect.com
6. المكتبة الوطنية للطب. (2019). ثاني أكسيد التيتانيوم. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov