Hidrură de titan

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Hidrură de titan
Pulbere de hidrură de titan
Numele IUPAC
Dihidrură de titan
Denumiri alternative
Hidrură de titan
Caracteristici generale
Formula moleculară sau brută H 2 Ti
Masa moleculară ( u ) 49,88
Aspect pulbere neagră (formă comercială)
numar CAS 7704-98-5
Numărul EINECS 231-726-8
PubChem 197094
ZÂMBETE
[H-].[H-].[Ti+2]
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (g / cm 3 , în cs ) 3,76 g / cm 3 (formă comercială tipică)
Temperatură de topire 350 ° C (623 K)
Informații de siguranță
Simboluri de pericol chimic
inflamabil
Fraze H 228
Sfaturi P 101 - 102 - 103 - 210 - 222 - 231 - 422 - 403 - +233 - 501
Editați datele pe Wikidata · Manual

Hidrură de titan se referă în mod normal la compusul anorganic TIH 2 și înrudite nestoechiometrici materiale. [1] [2] Este disponibil comercial sub formă de pulbere gri / negru stabilă, care este utilizată ca aditiv în producția de magneți Alnico sinterizați, în sinterizarea pulberilor metalice, în producția de spumă metalică , în producția de metal de titan în praf și pirotehnică. [3]

Sinteză

În procesul comercial de producere a TiH nestechometric (2-x) , spuma metalică de titan este tratată cu hidrogen gazos la presiunea atmosferică între 300-500 ° C. Absorbția hidrogenului este exotermă și rapidă, schimbând culoarea în gri / negru. Produsul fragil este măcinat într-o pulbere, care are o compoziție în jurul TiH 1,95 . [3] În laborator, hidrura de titan este produsă prin încălzirea pulberii de titan sub hidrogen fluid la 700 ° C, a cărei ecuație idealizată este: [4]

Ti + H 2 → TiH 2

Alte metode de producere a hidrurii de titan includ metode electrochimice și de măcinare cu bile. [5] [6]

Reactivitate

TiH 1,95 este insensibil la apă și aer. Este atacat încet de acizi puternici și degradat de acizii fluorhidric și sulfuric fierbinte. Reacționează rapid cu agenții de oxidare, ducând la această reactivitate la utilizarea hidrurii de titan în pirotehnică. [3]

Materialul a fost utilizat pentru a produce hidrogen foarte pur, care este eliberat prin încălzirea solidului începând de la 300 ° C. [4] Numai la punctul de topire al titanului este completă disocierea. [3] Tridura de titan a fost propusă pentru depozitarea pe termen lung a gazului de tritiu . [7]

Structura

Pe măsură ce TiH x se apropie de stoichiometrie, adoptă o structură tetragonală centrată pe corp distorsionată, numită forma ε cu un raport axial mai mic de 1. Această compoziție este foarte instabilă în ceea ce privește descompunerea termică parțială, cu excepția cazului în care este menținută sub o atmosferă de oxigen pur. În caz contrar, compoziția se descompune la temperatura camerei până când se atinge o compoziție aproximativă de TiH 1,74 . Această compoziție adoptă structura fluoritei și se numește forma δ și se descompune termic doar foarte lent la temperatura camerei până când se ajunge la o compoziție aproximativă de TiH 1,47 , moment în care încep să apară incluziuni ale formei hexagonale compacte α, care este aceeași formă ca și titanul pur.

Evoluția dihidridei din titanul metalic și hidrogenul a fost examinată în detaliu. Titanul α are o structură compactă hexagonală strânsă (hcp) compactă la temperatura camerei. Hidrogenul ocupă inițial siturile interstițiale tetraedrice din titan. Când raportul H / Ti se apropie de 2, materialul adoptă forma β până la o formă cub cubic centrat pe față (cub centrat pe față, fcc), atomii de H umplându-se la capătul tuturor siturilor tetraedrice pentru a da limita de stoichiometrie a TiH 2 . Diferitele etape sunt descrise în tabelul de mai jos.

Temperatura aprox 500 ° C, preluat din ilustrație [8]
Fază Greutate% H % H atomic TiHx Rețea metalică
α- 0 - 0,2 0 - 8 hcp
α- și β- 0,2 - 1,1 8 - 34 TiH 0,1 - TiH 0,5
β- 1.1 - 1.8 34 - 47 TiH 0,5 - TiH 0,9 bcc
β- & δ 1,8 - 2,5 47 - 57 TiH 0,9 - TiH 1,32
δ- 2.7 - 4.1 57- 67 TIH 1.32 - TIH 2 fcc

Dacă hidrura de titan conține 4,0% hidrogen la mai puțin de aproximativ 40 ° C, atunci devine o structură tetragonală centrată pe corp (tetragonală centrată pe corp, bct) numită ε titan. [8]

Când hidrurile de titan cu mai puțin de 1,3% hidrogen, cunoscute sub numele de hidruri de titan hipoeuctoid, sunt răcite, faza β de titan a amestecului încearcă să revină la faza a de titan, rezultând hidrogen în exces. O modalitate prin care hidrogenul părăsește faza β titan este ca titanul să se transforme parțial în δ titan, lăsând în urmă titanul suficient de scăzut în hidrogen pentru a lua forma α titanului: rezultatul final va fi o matrice de titan. Α cu incluziuni de titan δ.

Au existat știri despre o fază hibridă a titanului metastabil γ.[9] Când hidrura de titan α cu un conținut de hidrogen de 0,02-0,06% este stinsă rapid, aceasta se transformă în hidrură de titan γ, deoarece atomii se „îngheță” la loc atunci când structura celulelor se schimbă de la hcp la fcc. Γ titanul își asumă o structură tetragonală centrată pe corp (bct). În plus, nu există modificări compoziționale, astfel încât atomii să păstreze în general aceiași vecini.

Titan cu fragilitate de hidrogen și aliaje de titan

Culori selectate care pot fi obținute prin anodizare cu titan.

Absorbția hidrogenului și formarea hidrurii de titan sunt o sursă de deteriorare pentru titan și aliaje de titan (aliaje Ti / Ti). Acest proces de fragilizare a hidrogenului este de o preocupare deosebită atunci când titanul și aliajele sunt utilizate ca materiale structurale, cum ar fi în reactoarele nucleare.

Fragmentarea hidrogenului se manifestă ca o reducere a ductilității și, în cele din urmă, ca o ciobire a suprafețelor titanului. Efectul hidrogenului este determinat în mare parte de compoziția, istoria metalurgică și manipularea aliajului de titan Ti / Ti. [10] Titanul CP (din punct de vedere comercial : conținut de titan ≤99,55%) este mai sensibil la atacul cu hidrogen decât titanul α pur. Fragilizarea, observată ca o reducere a ductilității și cauzată de soluția unei soluții solide de hidrogen, poate apărea în titanul CP la concentrații de până la 30-40 ppm. Formarea hidrurilor a fost legată de prezența fierului pe suprafața unui aliaj de Ti. Particulele de hidrură sunt observate în probele de aliaj Ti / Ti care au fost sudate și, din acest motiv, sudarea se efectuează adesea sub un ecran de gaz inert pentru a reduce posibilitatea formării hidrurii. [10]

Aliajele Ti / Ti formează un strat de oxid de suprafață , compus dintr-un amestec de oxizi de Ti (II) , Ti (III) și Ti (IV) , [11] care oferă un grad de protecție împotriva hidrogenului care intră în masă. [10] Grosimea acestui strat poate fi mărită prin anodizare , proces care are ca rezultat și un mic dejun distinctiv al materialului. Aliajele Ti / Ti sunt adesea utilizate în medii care conțin hidrogen și în condiții în care hidrogenul este redus electrolitic la suprafață. Decaparea , un tratament cu baie acidă utilizat pentru curățarea suprafeței, poate fi o sursă de hidrogen.

Utilizări

Aplicațiile obișnuite ale hidrurii de titan includ ceramică , pirotehnică , echipamente sportive , ca reactiv de laborator, ca agent de suflare și ca precursor al titanului poros. Când este încălzit ca amestec cu alte metale în metalurgia pulberilor , hidrura de titan eliberează hidrogen care servește la îndepărtarea carbonului și a oxigenului, producând un aliaj puternic. [3]

Notă

  1. ^ Norman N. Greenwood și Alan Earnshaw, Chimia elementelor , ediția a II-a, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-08-037941-9 .
  2. ^ AF Holleman și E. Wiberg, Chimie anorganică , San Diego, Academic Press, 2001, ISBN 0-12-352651-5 .
  3. ^ A b c d și Peter Rittmeyer și Ulrich Weitelmann, hidruri, în Enciclopedia Ullmann de Chimie Industrială, Wiley-VCH, 2005, DOI : 10.1002 / 14356007.a13_199 .
  4. ^ a b M. Baudler, Hidrogen, Deuteriu, Apă , în G. Brauer (eds), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry , vol. 1, ediția a II-a, New York, Academic Press, 1963, pp. 114-115.
  5. ^ Pauline Millenbach și Meir Givon, Formarea electrochimică a hidrurii de titan , în Journal of the Less Common Metals , vol. 87, nr. 2, 1 octombrie 1982, pp. 179–184, DOI : 10.1016 / 0022-5088 (82) 90086-8 . Adus pe 10 martie 2013 .
  6. ^ Heng Zhang și Erich H. Kisi, Formarea hidrurii de titan la temperatura camerei prin măcinare cu bile , în Journal of Physics: Condensed Matter , vol. 9, nr. 11, 1997, pp. L185 - L190, DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 9/11/005 , ISSN 0953-8984 ( WC ACNP ) .
  7. ^ Charles C. Brown și Robert E. Buxbaum, Cinetica absorbției de hidrogen în alfa-titan , în Metallurgical Transactions A. , vol. 19, nr. 6, iunie 1988, pp. 1425–1427, DOI : 10.1007 / bf02674016 . Adus la 16 februarie 2013 .
  8. ^ a b Y. Fukai, The Metal-Hydrogen System, Basic Bulk Properties , ediția a doua, Springer, 2005, ISBN 978-3-540-00494-3 .
  9. ^ H. Numakura, M. Koiwa, H. Asano și F. Izumi, Studiul difracției cu neutroni al deuteridului γ titan metastabil , în Acta Metallurgica , vol. 36, n. 8, 1988, pp. 2267–2273, DOI : 10.1016 / 0001-6160 (88) 90326-4 , ISSN 0001-6160 ( WC ACNP ) .
  10. ^ a b c Matthew J. Donachie, Titanium: A Technical Guide , ASM International, 2000, ISBN 0-87170-686-5 .
  11. ^ Gang Lu, Steven L. Bernasek și Jeffrey Schwartz, Oxidarea unei suprafețe de titan policristalin de oxigen și apă , în Surface Science , vol. 458, nr. 1-3, 2000, pp. 80-90, bibcode : 2000SurSc.458 ... 80L , DOI : 10.1016 / S0039-6028 (00) 00420-9 , ISSN 0039-6028 ( WC ACNP ).

Alte proiecte

Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Idruro_di_titanio&oldid=120384420 ”