Тита́н (Тitanium), Ti, химический элемент IV группы короткой формы (4-й группы длинной формы) периодической системы, атомный номер 22, атомная масса 47,867. В природе пять стабильных изотопов: ⁴⁶Ti (8,25 %), ⁴⁷Ti (7,44 %), ⁴⁸Ti (73,72 %), ⁴⁹Ti (5,41 %), ⁵⁰Ti (5,18 %). Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами 38–58.

Историческая справка

Открыт в 1791 г. английским химиком-любителем У. Грегором и независимо в 1795 г. М. Клапротом, который дал элементу название в честь титанов – детей Урана и Геи в греческой мифологии.

Распространённость в природе

Содержание титана в земной коре 0,63 % по массе. Важнейшие минералы рутил, ильменит, титаномагнетит, перовскит и титанит; см. также Титановые руды.Образец титана.Образец титана.

Свойства

Конфигурация внешних электронных оболочек атома титана 3d²4s²; cтепень окисления +4, реже +3 и +2; энергии последовательной ионизации 6,82, 13,58, 27,47, 43,24 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,5; атомный радиус 149 пм, ионные радиусы Ti⁴⁺ при координационных числах 4, 5, 6 и 8 равны соответственно 56, 65, 74 и 88 пм.

Титан – серебристо-белый металл, при 882 °С гексагональная α-модификация (плотность 4508 кг/м³) переходит в кубическую β-модификацию; t_пл 1670 °С, t_кип 3280 °С; теплопроводность 21,9 Вт/(м·К). Обладает высокими механическими характеристиками, сравнительно слабо зависящими от температуры и сильно – от содержания примесей Н, N, C и О. Для титана высокой степени чистоты предел прочности при растяжении 240–260 МПа, предел текучести 140–170 МПа, относительное удлинение 55–70 %, модуль упругости 96–106 ГПа, твёрдость по Бринеллю 175 МПа.

Стандартный электродный потенциал Ti⁰/Ti³⁺ 1,63 В, Ti³⁺/Ti⁴⁺ 0,20 В. Поверхность титана покрывается защитной плёнкой, обеспечивающей устойчивость к дальнейшему окислению на воздухе до 500 °С, а также в морской воде, разбавленных растворах кислот и щелочей. Реагирует с концентрированными щелочами и кислотами, с водными растворами, содержащими ионы фтора. Порошок и стружка титана загораются на воздухе и в азоте. Взаимодействует с галогенами, образует твёрдые растворы и гидриды с водородом, несколько оксидов с кислородом (в том числе диоксид титана), соединения переменного состава с азотом и с углеродом, бориды, силициды, халькогениды. Известны многочисленные титанаты (соединения высших оксидов Ti с более оснoвными оксидами), а также титанорганические соединения. Титан образует сплавы со всеми металлами, кроме щелочных и щёлочноземельных.

Получение

Для получения титана ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи и полученный шлак перерабатывают хлоридным или сульфатным способом. По хлоридному способу из шлака получают тетрахлорид TiCl₄, который очищают и восстанавливают металлический Mg c получением титановой губки. Губку переплавляют в вакуумных дуговых печах в слитки титана или его сплавы. По сульфатному способу концентраты разлагают H₂SO₄, выщелачивают полученные оксисульфаты водой, гидролизуют их до гидроксида титана, который сушат и прокаливают до TiO₂. Рафинирование титана ведут электролитическим или иодидным способом, а также вакуумной переплавкой. В 2013 г. мировое производство концентратов титана составляло 7,55 млн т, титановой губки – более 220 тыс. т.

Применение

Металлический титан используют главным образом для получения прочных лёгких сплавов, которые применяют в авиа-, ракето- и судостроении, химической, газовой, нефтяной и пищевой промышленности, криогенной технике, медицине и других отраслях.