티타늄은 고온에서 많은 원소 및 화합물과 반응할 수 있습니다.다양한 원소는 티타늄과의 서로 다른 반응에 따라 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
첫 번째 범주: 할로겐 및 산소 그룹 원소와 티타늄은 공유 결합 및 이온 결합 화합물을 형성합니다.
두 번째 범주: 전이 원소, 수소, 베릴륨, 붕소, 탄소 및 질소 원소는 티타늄과 금속간 화합물 및 유한 고용체를 형성합니다.
세 번째 범주: 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 크롬, 스칸듐 및 티타늄은 무한한 고용체를 형성합니다.
네 번째 범주: 불활성 가스, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 원소(스칸듐 제외), 악티늄, 토륨 등은 티타늄과 반응하지 않거나 기본적으로 반응하지 않습니다.가열하면 화합물 HF 및 불화 수소 불화 가스와 반응하여 TiF4를 생성합니다.반응식은
Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0kcal
비수성 불화수소액은 티타늄 표면에 치밀한 사불화티타늄 막을 형성하여 HF가 티타늄에 스며드는 것을 방지할 수 있습니다.플루오르화수소산은 티타늄에 가장 강력한 용매입니다.농도가 1%인 불산도 티타늄과 격렬하게 반응할 수 있습니다.
2Ti+6HF=2TiF3+3H2
무수불화물과 그 수용액은 저온에서 티타늄과 반응하지 않고 고온에서 녹는 불화물만이 티타늄과 크게 반응한다.HCl 및 염화수소 염화수소 가스는 금속 티타늄을 부식시킬 수 있으며 건조한 염화수소는 티타늄과 반응하여 >300℃에서 TiCl4를 형성합니다.
Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75kcal
농도가 5% 미만인 염산은 실온에서 티타늄과 반응하지 않으며 20% 염산은 실온에서 티타늄과 반응하여 보라색 TiCl3를 생성합니다.
2Ti+6HCl=2TiCl3+3H2
온도가 높으면 묽은 염산도 티타늄을 부식시킵니다.마그네슘, 망간, 철, 니켈, 구리, 아연, 수은, 주석, 칼슘, 나트륨, 바륨 및 NH4+ 이온과 같은 다양한 무수 염화물과 그 수용액은 티타늄과 반응하지 않습니다. 고순도 티타늄 이 염화물에는 좋은 안정성이 있습니다.황산 및 황화수소티타늄은 5% 황산과 명백한 반응을 보입니다.실온에서 약 40%의 황산은 티타늄에서 가장 빠른 부식 속도를 보입니다.농도가 40% 이상일 때 부식속도는 농도가 60%에 도달할 때 느려지고, 80% 도달이 가장 빠릅니다.묽은 산 또는 50% 진한 황산을 가열하면 티타늄과 반응하여 황산 티타늄을 형성할 수 있습니다.
Ti+H2SO4=TiSO4+H2
2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+3H2
가열된 농축 황산은 티타늄으로 환원되어 SO2를 생성할 수 있습니다.
2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202 kcal
티타늄은 실온에서 황화수소와 반응하여 표면에 보호막을 형성하여 황화수소와 티타늄의 추가 반응을 방지할 수 있습니다.그러나 고온에서 황화수소는 티타늄과 반응하여 수소를 생성합니다.
Ti+H2S=TiS+H2+70kcal
분말형 티타늄은 황화수소와 반응하여 600°C에서 황화티타늄을 형성합니다.반응 생성물은 주로 900°C에서 TiS이고 1200°C에서 Ti2S3입니다.질산과 왕수 티타늄의 조밀하고 매끄러운 표면은 질산에 대한 안정성이 좋습니다.이는 질산이 티타늄 표면에 강한 산화막을 빠르게 형성할 수 있지만 표면이 거칠고 특히 스폰지 티타늄이나 분말 티타늄이기 때문입니다.둘째, 뜨거운 묽은 질산은 다음과 같이 반응합니다.
3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO
3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO
70℃ 이상의 농축 질산도 티타늄과 반응할 수 있습니다.
Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O
실온에서 티타늄은 왕수와 반응하지 않습니다.온도가 높을 때 티타늄은 왕수와 반응하여 TiCl2를 생성할 수 있습니다.Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O ⑾ 요컨대 티타늄의 성질은 온도, 존재형태, 순도와 밀접한 관계가 있다.밀도가 높은 금속 티타늄은 본질적으로 매우 안정적이지만 분말 티타늄은 공기 중에서 자연 발화를 일으킬 수 있습니다.티타늄에 불순물이 존재하면 티타늄의 물리적, 화학적, 기계적 및 내부식성에 상당한 영향을 미칩니다.특히, 일부 격자간 불순물은 티타늄 격자를 왜곡시키고 티타늄의 다양한 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.상온에서 티타늄의 화학 활성은 매우 적고 불화 수소산과 같은 소수의 물질과 반응할 수 있지만 티타늄의 활성은 온도가 상승하면 급격히 증가하며 특히 고온에서는 티타늄이 많은 물질과 격렬하게 반응할 수 있습니다.티타늄의 제련 공정은 일반적으로 800°C 이상의 고온에서 수행되므로 진공 또는 불활성 대기의 보호 상태에서 작동해야 합니다.금속 티타늄의 물리적 특성 티타늄(Ti)은 회색 금속입니다.원자 번호는 22이고 상대 원자 질량은 47.87입니다.하위층에서 핵외 전자의 배열은 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d2 4S2입니다.금속 이동성은 마그네슘과 알루미늄 사이이며 실온에서 안정적이지 않습니다.따라서 자연계에서는 화학적 상태로만 존재합니다.일반적인 티타늄 화합물에는 일메나이트(FeTiO3)와 금홍석(TiO2)이 포함됩니다.티타늄은 지각에서 상대적으로 함량이 높아 9위를 차지하며 5600ppm에 이르며 이를 백분율로 환산하면 0.56%이다.순티타늄의 밀도는 4.54×103kg/m3, 몰부피는 10.54cm3/mol, 경도는 약하고 모스경도는 4정도에 불과하여 연성이 좋다.티타늄은 1660±10°C의 녹는점과 3287°C의 비등점으로 우수한 열 안정성을 가지고 있습니다.티타늄 금속의 화학적 특성 티타늄 금속의 환원 능력은 고온 환경에서 매우 강합니다.그것은 산소, 탄소, 질소 및 기타 많은 원소와 결합할 수 있으며 일부 금속 산화물(예: 알루미나)에서 산소를 빼앗을 수도 있습니다.티타늄은 실온에서 산소와 결합하여 매우 얇고 밀도가 높은 산화막을 형성합니다.이 산화막은 상온에서 질산, 묽은 황산, 묽은 염산, 산의 왕인 왕수와 반응하지 않는다.불화 수소산, 진한 염산 및 진한 황산과 반응합니다.
티타늄은 부식에 강하므로 화학 산업에서 자주 사용됩니다.과거에는 화학 반응기에서 뜨거운 질산이 포함된 부품에 스테인리스 스틸이 사용되었습니다.스테인레스 스틸은 또한 강한 부식성 뜨거운 질산을 두려워합니다.이런 종류의 부품은 6개월마다 교체해야 합니다.티타늄은 이러한 부품을 만드는 데 사용되지만 스테인리스 스틸 부품보다 비용이 비싸지 만 5 년 동안 지속적으로 사용할 수 있지만 계산하는 것이 훨씬 비용 효율적입니다.
전기화학에서 티타늄은 매우 음전위를 가진 일방향 밸브 금속이며 일반적으로 분해를 위한 양극으로 티타늄을 사용하는 것은 불가능합니다.
티타늄의 가장 큰 단점은 추출이 어렵다는 것입니다.주된 이유는 티타늄이 고온에서 산소, 탄소, 질소 및 기타 많은 원소와 결합하는 능력이 강하기 때문입니다.따라서 제련이든 주조이든 사람들은 이러한 요소가 티타늄을 '침입'하지 않도록 주의합니다.티타늄을 제련할 때 공기와 물은 물론 접근을 엄격히 금지합니다.야금에서 일반적으로 사용되는 알루미나 도가니도 티타늄이 알루미나에서 산소를 빼앗기 때문에 사용이 금지됩니다.사람들은 마그네슘과 사염화티타늄을 사용하여 불활성 가스-헬륨 또는 아르곤에서 반응하여 티타늄을 정제합니다.
사람들은 고온에서 티타늄의 매우 강력한 화학적 능력을 이용합니다.제강 중에 질소는 용강에 쉽게 용해됩니다.강괴가 냉각되면 강괴에 기포가 형성되어 강의 품질에 영향을 미칩니다.따라서 철강 노동자들은 용강에 티타늄 금속을 첨가하여 질화와 결합하여 슬래그-질화티타늄이 되고, 이는 용강 표면에 뜨므로 강철 주괴는 비교적 순수합니다.
초음속 항공기가 비행할 때 날개의 온도는 500°C에 이를 수 있습니다.상대적으로 내열성이 강한 알루미늄 합금을 날개에 사용하면 1~2,300도가 압도적이다.알루미늄 합금을 대체하기 위해서는 가볍고 강인하며 고온에 강한 소재가 있어야 하며 티타늄은 이러한 요구 사항을 충족할 수 있습니다.티타늄은 영하 100도 이상의 테스트를 견딜 수 있습니다.이 낮은 온도에서 티타늄은 깨지지 않고 여전히 좋은 인성을 가지고 있습니다.
티타늄과 지르코늄의 공기에 대한 강력한 흡수력을 이용하여 공기를 제거하여 진공을 만들 수 있습니다.예를 들어, 티타늄으로 만든 진공 펌프는 공기를 10조분의 1로 펌핑할 수 있습니다.
