Volframia ja titaania

Volframi

Nimikkeistö, alkuperää ja löytöä

Volframi on peräisin ruotsalaiselta tung sten, tai "raskas kivi". Sitä edustaa symboli W, koska se tunnetaan nimellä Wolfram monissa Euroopan maissa. Tämä tulee saksasta saksan "savi vaahto", kuten varhain tinaa kaivostyöläisten huomasi, että mineraali he kutsuivat wolframite vähentää tina tuottoa, kun läsnä tin malmissa, joten se näytti kuluttaa tina kuten susi syö lampaita. [I]

Vuonna 1779 Peter Woulfe tutki virolaista Ruotsia ja huomasi, että se sisälsi uuden metallin. Kaksi vuotta myöhemmin Carl Wilhelm Scheele vähensi tungstihappoa tästä mineraalista ja eristäytti hapan valkoisen oksidin. Toinen kaksi vuotta myöhemmin, Juan ja Fausto Elhuyar, Vergara, Espanja, eristivät saman metallioksidin samanlaisesta haposta, joka väheni tolframitista. Ne hehkuttivat metallioksidia hiilellä, vähentäen sitä volframimetalleille.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Volframi on kiiltävä, hopeanvärinen metalli ja sillä on atomimäärä 74 elementtejä koskevassa jaksollisessa taulukossa ja tavanomaisella atomipainolla (A_R) 183,84 [ii]

Siinä on kaikkien elementtien korkein sulamispiste, erittäin suuri tiheys ja erittäin kova ja vakaa. Se on alhaisin höyrynpaine, alin lämpölaajenemiskerroin ja kaikkien metallien suurin vetolujuus. Nämä ominaisuudet johtuvat vahvoista kovalenttisista sidoksista volframiatomien välillä, jotka muodostuvat 5d-elektroneista. Atomin muodostavat kehon keskellä oleva kuutio-kiderakenne.

Volframi on myös johtava, suhteellisen kemiallisesti inertti, hypoallergeeninen ja sillä on säteilysuojausominaisuudet. Volframin puhtain muoto on helposti muokattavissa ja sitä voidaan valmistaa taivuttamalla, pursottamalla, piirustuksella ja sintraamalla. Suulakepuristus ja piirustus liittyvät kuumavolfingin työntämiseen ja vetämiseen "muotin" läpi, kun taas sintraus on volframijauheen sekoittaminen muiden jauhemaisten metallien kanssa seoksen valmistamiseksi.

Kaupalliset käyttötavat

Volframiseokset ovat erittäin kovaa, kuten volframikarbidia, joka on yhdistetty keraamisiin "nopean teräksen" muodostamiseksi - tätä käytetään porojen, veitsien sekä leikkaus-, sahaus- ja jyrsintätyökalujen valmistamiseen. Näitä käytetään metallintyöstöön, kaivosteollisuuteen, puunjalostukseen, rakentamiseen ja öljyteollisuuteen ja ne edustavat 60% volframia kaupallisesti.

Volframia käytetään lämmityselementeissä ja korkean lämpötilan uuneissa. Se löytyy myös ilma-alusten, huviveneiden ja kilpa-autoissa sekä painoista ja ampumatarvikkeista.

Kalsium- ja magnesiumvolframaatteja käytettiin yleisesti hehkulamppujen filamentteihin, mutta niitä pidetään energiatehokkaina. Volframiseosta käytetään kuitenkin matalan lämpötilan suprajohtaviin piireihin.

Crystal volframaateja käytetään ydinfysiikan ja ydinlääketieteen, röntgen- ja katodisädeputkien, kaarihitsauselektrodien ja elektronimikroskooppeihin. Tungsten trioksidia käytetään katalyytteissä, kuten sellaisessa voimalaitoksessa, jota käytetään hiilellä. Kemian- ja parkitusteollisuudessa käytetään muita volframisuoloja.

Joitakin metalliseoksia käytetään koruina, kun taas tiedetään, että ne muodostavat kestomagneetteja ja jotkin super- seokset ovat kulutusta kestäviä pinnoitteita.

Volframi on raskain metalli, jolla on biologinen rooli, mutta vain bakteereissa ja arkeassa. Sitä käytetään entsyymillä, joka vähentää karboksyylihappojen aldehydeiksi. [Iii]

Titaani

Nimikkeistö, alkuperää ja löytöä

Titaani on peräisin sanaa "Titans", kreikkalaisen mytologian maapallon jumalattaren pojista. Hampuri-geologi, virkamies William Gregor, huomasi, että magneetti houkutteli mustan hiekan Cornwallin virtaan, 1791. Hän analysoi sen ja oppi, että hiekka sisälsi rautaoksidia (selittäen magnetismia) sekä mineraalia, joka tunnetaan nimellä menachaniitti, jonka hän päätti tehty tuntemattomasta valkoisesta metallioksidista. Hän ilmoitti Cornwallin Royal Geological Societyille.

Vuonna 1795 prussialainen tiedemies Martin Heinrich Klaproth Boinikista tutki Unkarista tunnetun Schörlin punaisen malmin ja nimesi Titanille kuuluvan tuntemattoman oksidin elementin. Hän vahvisti myös titaanin esiintymisen menachaniitissa.

Yhdiste TiO₂ on rutiili, joka tunnetaan nimellä rutiili.Titaani esiintyy myös ilmeniitti- ja sphene-mineraaleissa, joita esiintyy pääasiassa sytyttämättömissä kiveissä ja niistä johdetuissa sedimenteissä, mutta ne jaetaan myös maapallon litosfäärissä.

Pure titaania valmisteli Matthew A. Hunter vuonna 1910 Rensselaer Polytechnic Institutessa kuumentamalla titaanitetrakloridia (valmistettu kuumentamalla titaanidioksidia kloorilla tai rikki) ja natriummetallilla, mikä tunnetaan nyt Hunter-prosessina. William Justin Kroll laski sitten titaanitetrakloridia kalsiumilla vuonna 1932 ja myöhemmin puhdistettiin prosessi käyttäen magnesiumia ja natriumia. Tätä sallittua titaania käytetään laboratorion ulkopuolella ja mitä nykyään kutsutaan Kroll-prosessiksi, käytetään edelleen kaupallisesti tänään.

Anton Eduard van Arkel ja Jan Hendrik de Boer tuotti hyvin suurta puhtautta titaania jodidi- tai kideborkprosessissa vuonna 1925 antamalla titaanin reagoida jodin kanssa ja erottamalla höyryjen muodostuminen kuumalle filamentille [iv]

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Titaani on kova, kiiltävä, hopeanvärinen metalli, jota symboli Ti edustaa jaksottaisella pöydällä. Se on atomimäärä 22 ja tavallinen atomipaino (A_R) 47,867. Atomeista muodostuu kuusikulmainen tiivis pakattu kiderakenne, joka johtaa siihen, että metalli on yhtä voimakasta kuin teräs, mutta paljon vähemmän tiheää. Itse asiassa Titanilla on suurin kaikkien metallien lujuus / tiheyssuhde.

Titaani on hapettomassa ympäristössä hapokas ja voi kestää äärimmäisiä lämpötiloja sen suhteellisen korkean sulamispisteen vuoksi. Se on ei-magneettinen ja sillä on matala sähkö- ja lämmönjohtavuus.

Metalli kestää korroosiota merivedessä, happamassa vedessä ja kloorissa sekä hyvä heijastin infrapunasäteilyä. Valokatalysaattorina se vapauttaa elektronit valon läsnäollessa, jotka reagoivat molekyylien kanssa vapaiden radikaalien muodostamiseksi, jotka tappavat bakteereja. [V]

Titaani yhdistyy hyvin luuhun ja on myrkytön, vaikka hieno titaanidioksidi on epäillyn karsinogeenin. Zirkonium, yleisimpi titaani-isotooppi, on monia erilaisia ​​kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia.

Kaupalliset käyttötavat

Titaania käytetään tavallisimmin titaanidioksidina, joka on maaleissa, muoveissa, emaleissa, paperissa, hammastahnaa ja elintarvikelisäaine E171, joka sulattaa makeiset, juustot ja huokoset, kirkkaan valkoisen pigmentin pääkomponentti. Titaaniyhdisteet ovat osa aurinkovoiteita ja savukehyksiä, käytetään pyrotekniikkaan ja parantavat näkyvyyttä aurinkokeskuksissa. [Vi]

Titaania käytetään myös kemian- ja petrokemian teollisuudessa sekä litiumparistojen kehittämisessä. Tietyt titaaniyhdisteet muodostavat katalyyttikomponentteja, joita käytetään esimerkiksi polypropyleenin valmistuksessa.

Titanium tunnetaan sen käytöstä urheiluvälineissä, kuten tennismailoissa, golfmailoissa ja polkupyöränkehyksissä sekä elektronisissa laitteissa, kuten matkapuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa. Sen kirurgisiin sovelluksiin kuuluu ortopedisten implanttien ja lääketieteellisten proteesien käyttö.

Kun se on seostettu alumiinilla, molybdeenilla, raudalla tai vanadiinilla, titaania käytetään leikkaustyökalujen ja suojapinnoitteiden päällystämiseen tai jopa koruihin tai koristeelliseen viimeistelyyn. TiO₂ pinnoitteet lasille tai laattojen pinnoille voivat vähentää infektioita sairaaloissa, estää sivuvaihdettujen peilien huurtumista moottoriajoneuvoissa ja vähentää likaantumista rakennuksissa, jalkakäytävissä ja teillä.

Titaani muodostaa tärkeän osan meriveden altistuvista rakenteista, kuten suolanpoistolaitoksista, alusten ja sukellusveneiden rungoista ja potkurin akseleista sekä voimalaitoslauhdutinputkista. Muita käyttötarkoituksia ovat muun muassa lentokoneiden, kuljetus- ja sotilasalusten, kuten ilma-alusten, avaruusalusten, ohjusten, panssarointi-, moottori- ja hydrauliikkajärjestelmien komponenttien valmistaminen. Titaanin soveltuvuutta ydinjätteen varastosäiliöaineena tutkitaan. iv

Tärkeimmät erot volframin ja titaanin välillä

• Volframi on peräisin mineraaleista scheelite ja wolframite. Titaani löytyy mineraaleista ilmeniitti, rutiili ja sphene.
• Volframi valmistetaan pelkistämällä volframihappo mineraalista, eristämällä metallioksidi ja pienentämällä sitä metalliksi kuumentamalla hiilellä. Titaania valmistetaan muodostamalla titaanitetrakloridi kloridi- tai sulfaattimenetelmillä ja kuumentamalla sitä magnesiumilla ja natriumilla.
• Volframi on jaksollisen taulukon numero 74, suhteellisen atomipainon 84. Titanium on luku 22, suhteellisen atomipainon ollessa 47,867.
• Volframiatomeista muodostuu kehon keskipisteinen kuutio-kiderakenne. Titaaniatomit muodostavat kuusikulmainen tiivistetysti kiteisen rakenteen.
• Volframi on erittäin vahva, kova ja tiheä.Titaani on erittäin vahva ja kova ja sillä on paljon pienempi tiheys.
• Volframi on hieman magneettinen ja hieman sähköä johtava. Titaani on ei-magneettinen ja vähemmän sähköä johtava.
• Volframi ei ole yhtä korroosionkestävää suolavedessä kuin titaani, eikä se ole valokatalyytti kuten titaani.
• Volframilla on biologinen rooli, mutta titaani ei.
• Volframi on muokattavissa puhtaimmassa muodossaan. Titaani on hapokas, hapettomassa ympäristössä.

Volframia käytetään lämmityselementeissä, painoissa, matalalämpöisissä suprajohtavissa piireissä ja niissä on sovelluksia ydinfysiikassa ja elektroniilmaisimissa. Titaania käytetään valkoisiin pigmentteihin, urheiluvälineisiin, kirurgisiin implantteihin ja merenrakenteisiin.