Titaniumoxid (IV). | |
---|---|
Generel | |
Systematisk navn |
Titandioxid |
Chem. formel | TiO2 _ |
Fysiske egenskaber | |
Stat | solid |
Molar masse | 79,866 g/ mol |
Massefylde |
(R) 4,235 g/cm³ (A) 4,05 g/cm³ (B) 4,1 g/cm³ |
Termiske egenskaber | |
Temperatur | |
• smeltning | 1843°C |
• kogning | 2972°C |
• nedbrydning | 2900°C |
Damptryk | 0 ± 1 mmHg [en] |
Klassifikation | |
Reg. CAS nummer | 13463-67-7 |
PubChem | 26042 |
Reg. EINECS nummer | 236-675-5 |
SMIL | O=[Ti]=O |
InChI | InChI=1S/2O.TiGWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N |
Codex Alimentarius | E171 |
RTECS | XR2775000 |
CHEBI | 32234 |
ChemSpider | 24256 |
Sikkerhed | |
NFPA 704 | 0 en 0 |
Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet. | |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Titanium (IV) oxid ( titanium dioxid , titanium dioxid , titanium hvid , fødevarefarve E171 ) TiO 2 - amfotert oxid af tetravalent titanium . Det er titaniumindustriens hovedprodukt (kun omkring 5 % af titaniummalmen bruges til at fremstille rent titanium) [2] .
Titaniumoxid findes i form af flere modifikationer. I naturen er der krystaller med tetragonalt system ( anatase , rutil ) og rombisk system ( brookit ). Yderligere to højtryksmodifikationer blev kunstigt opnået - rombisk IV og sekskantet V.
Ændring/Parameter | Rutil | Anataz | Brookite | Rhombic IV | Sekskantet V | |
---|---|---|---|---|---|---|
Elementære gitterparametre, nm | -en | 0,45929 | 0,3785 | 0,51447 | 0,4531 | 0,922 |
b | — | — | 0,9184 | 0,5498 | — | |
c | 0,29591 | 0,9486 | 0,5145 | 0,4900 | 0,5685 | |
Antal formelenheder i en celle | 2 | fire | otte | |||
rumgruppe | P4/mnm | I4/amd | Pbca | Pbcn |
Ved opvarmning omdannes både anatase og brookit irreversibelt til rutil (overgangstemperaturer er henholdsvis 400-1000 °C og omkring 750 °C). Strukturerne af disse modifikationer er baseret på TiO 6 octaedre , det vil sige, at hver Ti 4+ ion er omgivet af seks O 2 − ioner , og hver O 2 − ion er omgivet af tre Ti 4+ ioner .
Oktaedrene er arrangeret på en sådan måde, at hver iltion hører til tre oktaedre. I anatase er der 4 fælles kanter pr. oktaeder, i rutil - 2.
I sin rene form forekommer det i naturen i form af mineralerne rutil , anatase og brookit (i strukturen har de to første et tetragonalt system, og det sidste har et rombisk system), hvor hoveddelen er rutil.
Verdens tredjestørste rutilforekomst er placeret i Rasskazovsky-distriktet i Tambov-regionen . Store forekomster er også placeret i Chile (Cerro Bianco), den canadiske provins Quebec , Sierra Leone .
Ren titaniumdioxid - farveløse krystaller (guler ved opvarmning). Til tekniske formål bruges det i en knust tilstand, der repræsenterer et hvidt pulver. Uopløseligt i vand og fortyndede mineralsyrer (med undtagelse af flussyre ).
Smelte-, koge- og nedbrydningstemperaturerne for andre modifikationer er ikke angivet, da de går over i rutilform ved opvarmning (se ovenfor ).
Modifikation | Temperaturinterval, K | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
298-500 | 298-600 | 298-700 | 298-800 | 298-900 | 298-1000 | |
rutil | 60,71 | 62,39 | 63,76 | 64,92 | 65,95 | 66,89 |
anatase | 63,21 | 65,18 | 66,59 | 67,64 | 68,47 | 69,12 |
Modifikation | ΔH° f, 298 , kJ/mol [7] | S° 298 , J/mol/K [8] | ΔG° f, 298 , kJ/mol [9] | C° p, 298 , J/mol/K [10] | ΔH kvm. , kJ/mol [11] |
---|---|---|---|---|---|
rutil | -944,75 (-943,9 [4] ) | 50,33 | -889,49 (-888,6 [4] ) | 55,04 (55,02 [4] ) | 67 |
anatase | -933,03 (938,6 [4] ) | 49,92 | -877,65 (-888,3 [4] ) | 55,21 (55,48 [4] ) | 58 |
På grund af den tættere pakning af ioner i en rutil krystal øges deres gensidige tiltrækning, fotokemisk aktivitet falder, hårdhed (slibeevne), stigning i brydningsindeks (2,55 for anatase og 2,7 for rutil), dielektrisk konstant .
Titandioxid er amfotert , det vil sige, det udviser både basiske og sure egenskaber (selvom det primært reagerer med koncentrerede syrer).
Det opløses langsomt i koncentreret svovlsyre og danner de tilsvarende tetravalente titansalte:
Ved sammensmeltning med oxider, hydroxider, carbonater, titanater dannes - salte af titansyre (amfotert titaniumhydroxid TiO (OH) 2 )
Med hydrogenperoxid giver orthotitansyre :
Når det opvarmes med ammoniak , giver det titaniumnitrid :
Ved opvarmning reduceres det af kulstof og aktive metaller ( Mg , Ca , Na ) til lavere oxider.
Når det opvarmes med klor i nærvær af reduktionsmidler (kul), danner titantetrachlorid .
Opvarmning til 2200 °C fører først til eliminering af ilt med dannelse af blå Ti 3 O 5 (det vil sige TiO 2 Ti 2 O 3 ), og derefter mørk lilla Ti 2 O 3 .
Hydreret dioxid TiO 2 n H 2 O [titanium(IV)hydroxid, titaniumoxohydrat, titaniumoxohydroxid], afhængigt af fremstillingsbetingelserne, kan indeholde variable mængder af Ti-bundne OH-grupper, strukturelt vand, sure rester og adsorberede kationer. Frisk udfældet TiO 2 n H 2 O opnået i kulden er let opløseligt i fortyndede mineralske og stærke organiske syrer, men næsten uopløseligt i alkaliske opløsninger. Let peptiseret med dannelsen af stabile kolloide opløsninger .
Når det tørres i luft, danner det et voluminøst hvidt pulver med en densitet på 2,6 g / cm³, der i sammensætning nærmer sig formlen TiO 2 2H 2 O (orthotitansyre). Når det opvarmes og tørres i lang tid i vakuum, dehydreres det gradvist og nærmer sig i sammensætning formlen TiO 2 H 2 O (metatitansyre). Præcipitater af denne sammensætning opnås under udfældning fra varme opløsninger, under interaktionen af metallisk titanium med HNO3 osv. Deres massefylde er ~ 3,2 g/cm³ og højere . De opløses praktisk talt ikke i fortyndede syrer, de er ikke i stand til at peptisere.
Med ældningen af bundfaldet bliver TiO 2 n H 2 O gradvist til vandfri dioxid, som bevarer adsorberede kationer og anioner i en bundet tilstand. Ældningen fremskyndes ved at koge suspensionen med vand. Strukturen af TiO 2 dannet under ældning bestemmes af aflejringsbetingelserne. Udfældning med ammoniak fra saltsyreopløsninger ved pH < 2 resulterer i prøver med rutilstruktur, ved pH 2-5 med anatasestruktur og fra et alkalisk medium, røntgenamorft. Produkter med en rutil struktur dannes ikke af sulfatopløsninger.
Derudover er det under påvirkning af ultraviolette stråler i stand til at nedbryde vand og organiske forbindelser.
FN-registreringsnummer - UN2546
Ved indåndingTLV (maksimal tilladt koncentration): som TWA (tidsvægtet gennemsnitskoncentration, USA) - 10 mg/m³ A4 (ACGIH 2001).
MPC i luften i arbejdsområdet - 10 mg / m³ (1998)
IARC (IARC) klassificerer titaniumoxid som gruppe 2B (potentielt kræftfremkaldende), hvis nanopartikler inhaleres [12] .
Som kosttilskud E171E171 (Titanium Oxide) fødevaresikkerhedsvurderinger af EFSA (European Food Safety Authority): godkendt til fødevarebrug indtil 2022 ved direktiv 94/36/EEC (i separate former) [13] , ADI ikke etableret, MoS 2250 mg/ kg [14 ] .
I slutningen af 2010'erne udkom adskillige INRA-publikationer om undersøgelsen af titaniumoxid hos mus eller hos et lille antal patienter. EFSA-agenturet sendte en række spørgsmål til forfatterne af artiklerne [15] og fandt ingen grund til at revurdere risiciene baseret på disse publikationer, udtalelsen fra 2016 forbliver gyldig [16] [17] .
I USA er brugen af fødevaretilsætningsstoffet E171 (Titanium Oxide) ifølge FDA tilladt i fødevarer (i et niveau på ikke mere end 1 vægtprocent), i kosmetik, i sammensætningen af lægemidler [18 ] , hvilket bekræftes af CFR-afsnit 21 (Fødevarer og stoffer). ) Kapitel I Underkapitel A, del 73 (LISTE OVER FARVEADDITIVER UNDTAGET FRA CERTIFICERING) - § 73.575 Titandioxid. [19]
Forbudt i Frankrig siden 2020 [20] . I 2021 afgjorde Den Europæiske Fødevaresikkerhedsautoritet , at på grund af nye data om nanopartikler , kan titaniumdioxid "ikke længere betragtes som et sikkert fødevaretilsætningsstof", dets genotoksicitet , som kan føre til kræftfremkaldende virkninger, kan ikke udelukkes, og "Et sikkert". dagligt indtag af dette kosttilskud kan ikke fastslås." Den europæiske sundhedskommissær har annonceret planer om at forbyde brugen af det i Den Europæiske Union [21]
Ifølge Rospotrebnadzor er fødevaretilsætningsstoffet E171 godkendt til brug i Rusland [22]
Verdensproduktionen af titaniumdioxid nåede i slutningen af 2004 op på omkring 5 millioner tons [23] .
De vigtigste producenter og eksportører af titaniumdioxid:
I de senere år er produktionen af titaniumdioxid i Kina vokset ekstremt hurtigt .
Sumy State Institute of Mineral Fertilizers and Pigments (MINDIP) lægger i sit forskningsarbejde særlig vægt på teknologier til fremstilling af titaniumoxid (IV) ved hjælp af sulfatmetoden: forskning, udvikling af nye mærker, modernisering af teknologi og procesudstyr.
Der er to industrielle hovedmetoder til at opnå TiO 2 : fra ilmenit (FeTiO 3 ) koncentrat og fra titantetrachlorid . Da reserverne af ilmenit tydeligvis ikke er nok til at opfylde industriens behov, er en betydelig del af TiO 2 fremstillet af titantetrachlorid.
Det første anlæg til fremstilling af titaniumhvidt fra det naturlige titaniummineral ilmenit FeTiO 3 blev bygget i Norge i 1918, men de første industrielle partier af hvidt var gule på grund af urenheder af jernforbindelser og var dårligt egnet til maling , så hvid titanium hvid blev faktisk kun brugt kunstnere i 1922-1925. Det skal påpeges, at indtil 1925 kun komposit titanium pigmenter baseret på baryt eller calcit var tilgængelige .
Indtil 1940'erne titandioxid blev produceret i en krystallinsk modifikation - anatase (β-TiO 2 ) af det tetragonale system med et brydningsindeks på ~2,5
Produktionsteknologien består af tre faser:
I 1938-1939. produktionsmetoden har ændret sig - den såkaldte klormetode til fremstilling af hvidt fra titantetrachlorid er opstået , hvorved titaniumhvidt begyndte at blive fremstillet i en krystallinsk modifikation af rutil (α-TiO 2 ) - også tetragonal syngoni , men med forskellige gitterparametre og et lidt højere brydningsindeks sammenlignet med anatase 2.61.
Der er tre hovedmetoder til at opnå titaniumdioxid fra dets tetrachlorid:
Vigtigste anvendelser af titaniumdioxid:
2001 | 2002 | 2003 | 2004 | |
---|---|---|---|---|
Amerika | 1730 | 1730 | 1730 | 1680 |
Vesteuropa | 1440 | 1470 | 1480 | 1480 |
Japan | 340 | 340 | 320 | 320 |
Australien | 180 | 200 | 200 | 200 |
Andre lande | 690 | 740 | 1200 | 1400 |
i alt | 4380 | 4480 | 4930 | 5080 |
Andre anvendelser er inden for fremstilling af gummiprodukter, glasindustrien (varmebestandigt og optisk glas), som et ildfast materiale (coating af svejseelektroder og formbelægninger), i kosmetik (sæbe osv.), i den farmakologiske industri som en pigment og fyldstof til nogle doseringsformer ( tabletter osv.), i fødevareindustrien ( fødevaretilsætning E171 ) [27] .
Anvendes i luftrensningsprocesser ved fotokatalyse .
Der forskes i brugen af titandioxid i fotokemiske batterier - Grätzel celler , hvor titandioxid, som er en halvleder med et bredt båndgab på 3-3,2 eV (afhængig af den krystallinske fase) og en udviklet overflade, sensibiliseres af organiske farvestoffer [28] .
Den 7. februar 2022 indførte EU et forbud mod brugen af titaniumdioxid (E171) i fødevareindustrien. Overgangsperioden varer 6 måneder. Brugen af titaniumdioxid i medicinalindustrien fortsætter indtil videre på grund af manglen på alternative stoffer. [29]
Priserne for titaniumdioxid varierer afhængigt af renhedsgrad og mærke. Således kostede især ren (99,999%) titandioxid i rutil- og anataseform i september 2006 0,5-1 dollar pr. gram (afhængig af indkøbsstørrelsen), og teknisk titaniumdioxid - 2,2-4,8 dollars pr. gram. kg afhængigt af mærket og mængden af køb.
Ordbøger og encyklopædier | |
---|---|
I bibliografiske kataloger |
|
Kosttilskud | |
---|---|
|