OXID TITANIČITÝ (IV): STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Oxid titaničitý (IV) je pevná anorganická krystalické bílé, jehož chemický vzorec je TiO ₂, tak, že je také známý jako oxid titaničitý. Existuje ve třech krystalických formách: rutil, anatas a brookite. I když se v přírodě se obvykle barevné v důsledku přítomnosti nečistot, jako je železo, chrom nebo vanad, čistý TiO ₂ se používá jako bílý pigment.

Mezi jeho charakteristiky lze zdůraznit, že rozpustnost TiO ₂ značně závisí na jeho chemické a tepelné historii. Kromě toho se při zahřátí na vysoké teploty (900 ° C) stává chemicky inertní. Jeho nejdůležitějšími zdroji jsou ilmenit (železo a oxid titaničitý), rutil a anatáza.

Prášek z oxidu titaničitého. Původním uploaderem byla Walkerma na anglické Wikipedii.

Vyrábí se primárně ve třídě vhodné pro použití jako pigment, což zajišťuje jeho vynikající vlastnosti rozptylu světla v aplikacích vyžadujících neprůhlednost a lesk bílé barvy.

Vyrábí se také jako ultra tenký materiál pro aplikace, kde je vyžadována průhlednost a maximální absorpce ultrafialovým (UV). Například jako součást opalovacího krému pro pokožku. V těch, TiO ₂ funguje jako filtr, čímž blokuje absorpci těchto paprsků.

Vzhledem ke své chemické inertnosti je to preferovaný bílý pigment. Americká správa potravin a léčiv (FDA) USA však stanovila parametry pro bezpečné používání v potravinách a kosmetice.

Existuje také omezení expozice prachu z oxidu titaničitého, protože když je prach vdechován, může se ukládat v plicích.

Struktura

TiO ₂ má tři krystalické modifikace: rutil, anatas, brookit a. Všechny tyto krystalické odrůdy se vyskytují v přírodě.

Rutile

Rutil krystalizuje v tetragonální systém se dvěma TiO ₂ jednotek na buňku. Titan je oktaedrálně koordinovaný. Kalorimetrické studie ukázaly, že rutil je tepelně nejstabilnější krystalická forma.

Struktura rutilního krystalu. Šedé koule: titan, růžové koule: kyslík. Solid State Source: Wikipedia Commons

Anatase

Tato forma také krystalizuje v tetragonálním systému, ale anatáza se vyskytuje ve formě vysoce zkreslené oktaedry atomů kyslíku s ohledem na každý atom titanu, přičemž dva z nich jsou relativně blíže. To má 4 jednotky TiO ₂ pro každou krystalické buňky.

Krystalová struktura anatasu. Benjah-bmm27 Zdroj: Wikipedia Commons

Brookite

To krystalizuje v kosočtverečné systému, s 8 TiO ₂ jednotky pro každou krystalické buňky.

Vlastnosti

Fyzický stav

Krystalická pevná látka.

Mohsova tvrdost

Rutile: 7-7,5.

Anatase: 5,5-6.

Molekulární váha

79,87 g / mol.

Bod tání

Rutil: 1830 - 1850 ° C.

Anatase: po zahřátí se stává rutilním.

Hustota

Rutil: 4250 g / cm ³

Anatas: 4,133 g / cm ³

Brookitu: 3895 g / cm ³

Rozpustnost

Nerozpustný ve vodě a organických rozpouštědlech. Pomalu se rozpouští v HF a horké koncentrované H ₂ SO ₄. Nerozpustný v HCI a HNO ₃.

pH

7.5.

Index lomu

Rutil: 2,75 při 550 nm.

Anatáza: 2,54 při 550 nm.

Má nejvyšší index lomu ze všech anorganických pigmentů.

Další vlastnosti

Anatase se rychle přemění na rutil při teplotách nad 700 ° C. TiO ₂, který byl kalcinován při teplotě 900 ° C rozpustí v slabě bází, kyseliny fluorovodíkové a horké kyseliny sírové. Není napaden slabými anorganickými kyselinami nebo organickými kyselinami. Není snadno redukovatelná ani oxidovaná.

Anatase a rutile jsou širokopásmové polovodiče, ale jejich elektrická vodivost závisí na přítomnosti nečistot a defektů v krystalu.

Nomenklatura

- Oxid titaničitý

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

Aplikace

Bílé pigmenty

Nejdůležitější použití pro oxid titaničitý je jako bílý pigment v široké škále produktů, včetně barev, laků, lepidel, plastů, papíru a tiskařských barev. Důvodem je vysoký index lomu a chemická inertnost.

Zdroj: Pexels.com

Oxid titaničitý používaný jako bílý pigment musí mít vysokou čistotu. Jeho neprůhlednost a jas vyplývají z jeho schopnosti rozptylovat světlo. Je jasnější než diamant. Pouze rutil a anatáza mají dobré pigmentační vlastnosti.

Plasty

V plastech minimalizuje TiO ₂ křehkost a praskání, ke kterému může dojít v důsledku vystavení světlu.

Je to nejdůležitější pigment při výrobě venkovních plastových výrobků z PVC, protože poskytuje materiálu UV ochranu.

Optimální krystalická forma je v tomto případě rutilní. V této aplikaci je rutil musí mít povrchový povlak z oxidu zirkoničitého, oxidu křemičitého nebo hliníku, aby se minimalizovalo Fotokatalytický efekt TiO ₂ v degradaci PVC.

Další použití

Mezi další použití patří sklovité smalty používané na oceli a litině, které propůjčují neprůhlednost a odolnost vůči kyselinám.

V textilním průmyslu se používá v návazcích na příze, takže se během spřádání snadno posouvají. Tření mezi závity a vodítky vytváří statickou elektřinu. Aby se rozptýlil, musí být TiO ₂ spálen při 1300 ° C, aby měl větší elektrickou vodivost.

Mezi další aplikace patří pigmentace tiskařských barev, gumy, textilu, kůže, syntetických vláken, keramiky, bílého cementu, podlahových krytin a střešních materiálů. Jako papírový povlak je TiO ₂ bělejší, jasnější a neprůhlednější.

Používá se v kosmetice k pokrytí nedokonalostí pokožky a také k vytvoření bílé zubní pasty a mýdla.

Chrání potraviny, nápoje, doplňky stravy a farmaceutické výrobky před předčasnou degradací způsobenou účinkem světla a prodlužuje tak životnost výrobku.

Je součástí výroby skla, keramiky a elektrokeramiky. Používá se v prvcích elektrických obvodů. Používá se také v kyslíkovém senzoru výfukového systému motorového vozidla.

Ultrafine TiO ₂ se používá jako složka opalovacího krému, protože je silným absorbérem ultrafialových (UV) paprsků, UV-A i UV-B. Paprsky UV-A způsobují vrásky a stárnutí kůže a UV-B způsobují poleptání a erytém.

TiO ₂ nanočástice se používají jako nosný materiál pro chemické reakce katalyzátory.

Anatáza je účinný fotokatalyzátor, který oxiduje organické sloučeniny. Čím menší jsou jeho částice, tím účinnější je.

Reference

1. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. John Wiley a synové.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyklopedie chemické technologie. Svazek 19 a 24. Čtvrté vydání. John Wiley a synové.
3. Fakta o chemické bezpečnosti. (2019). Oxid titaničitý. Obnoveno z: Chemicalsafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). PVC aditiva. V PVC Formulary (druhé vydání). Obnoveno z sciposedirect.com
5. Denning, R. (2009). Vylepšování výrobků z vlny pomocí nanotechnologií. In Advances in Wool Technology. Obnoveno z sciposedirect.com
6. Národní lékařská knihovna. (2019). Oxid titaničitý. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov