Wikipedia

Titanij-dioksid

Titanij dioksid ili titanij (IV) oksid je prirodni oksid titanija, čija je formula TiO2. Ako se upotrebljava kao pigment, naziva se titanijsko bijelo, bijeli pigment 6 ili CI 77891. Titanij-dioksid ima jako široku upotrebu, između ostalog kao sastojak boja, krema za sunčanje ili za bojenje hrane. Kao dodatak hrani ima oznaku E171.

Titanij dioksid
Općenito
Hemijski spojTitanij dioksid
Druga imenaTitanij (IV) oksid, rutil, anatas, brukit
Molekularna formulaTiO2
CAS registarski broj13463-67-7
Kratki opisbijeli prah
Osobine1
Molarna masa79,866 g/mol
Agregatno stanječvrsto
Gustoća4,23 g/cm3
Tačka topljenja1843 °C
Tačka ključanja2972 °C
Rastvorljivostnerastvorljiv u vodi
1 Gdje god je moguće korištene su SI jedinice. Ako nije drugačije naznačeno, dati podaci vrijede pri standardnim uslovima.

Zastupljenost uredi

U prirodi dolazi u obliku minerala rutila, anatasa i brukita. Najčešće je zastupljen rutil. Postoje još i tri sintetički proizvedene metastabilne forme i pet formi stabilnih pod visokim pritiskom. Ovi minerali se koriste kao ruda za dobijanje titanija (također i mineral ilmenit). Nedavno su u Bavarskoj u krateru Ries pronađene monoklinska (slična kristalu badelejitu) i ortorompska forma (slična olovo(IV)-oksidu).[1][2] Najčešća forma je rutil, koji je ujedno i najstabilnija forma. Anatas i brukit prelaze u rutil putem zagrijavanja.

Forma Kristalni sistem Sinteza
rutil tetragonalni
anatas tetragonalni
brukit ortorompski
TiO2(B)[3] monoklinski Hidroliza K2Ti4O9 nakon zagrijavanja
TiO2(H), forma slična holanditu[4] tetragonalni Oksidacija povezane kalij-titanat bronze, K0.25TiO2
TiO2(R), forma slična ramsdelitu[5] ortorompski Oksidacija povezane litij-titanat bronze Li0.5TiO2
TiO2(II)- forma slična (?-PbO2)[6] ortorompski
forma slična badelejitu (sedmostrano koordinirani Ti)[7] monoklinski
TiO2 -OI[8] ortorompski
kubična forma[9] kubični
TiO2 -OII, forma slična kotunitu (PbCl2)[10] ortorompski

Prirodno pronađeni oksidi se kopaju u rudnicima, a služe i kao komercijalni izvor titanija. Metal titanij se može dobiti i iz drugih minerala poput ilmenita ili leukoksena, ali i iz jedne od najčišćih formi: rutila sa pješčanih plaža. Zvjezdani safiri i rubini dobijaju svoj asterizam zbog prisutnog rutila u njima.[11]

Titanij-dioksid (B) je pronađen kao mineral u nekim pukotinama na tektitima, te kao lamele u anatasu iz hidrotermalnih vrela. Ova forma TiO2 ima relativno nisku gustoću.[12]

Spektralne linije iz titanij-dioksida su dosta izražene u zvijezdama klase M, koje su dovoljno hladne da omoguće formiranje molekula ovog hemijskog spoja.

Proizvodnja uredi

Kod hloridnog procesa ruda se reducira ugljikom, a zatim oksidira hlorom, pri čemu nastaje titanij-tetrahlorid. Nastali proizvod se destilira i oksidira kisikom, pri čemu nastaje čisti TiO2, dok se istovremeno regenerira hlor.[13]

Sulfatni postupak koristi ilmenit za dobijanje titanij-dioksida. Ilmenit reakcijom sa sulfatnom kiselinom daje titanijsku so, koja se dalje procesira do čistog TiO2, a nusproizvod željezo(II)-sulfat se kristalizira i isfiltrira. Druga metoda za obogaćivanje ilmenita je Becherov proces. Jedna od metoda za proizvodnju titanij-dioksida sa velikim značajem u nanotehnologiji je solvotermalna sinteza titanij-dioksida.

U laboratoriji, anatas se može pretvoriti putem hidrotermalne sinteze u TiO2(B) nanocijevi i nanožice, koje su od potencijalnog interesa kao katalizatorska podrška i fotokatalizator. Da bi se ovo odvijalo, anatas se miješa sa 15 mola natrij-hidroksida (NaOH) i zagrijava na 150 °C u trajanju od 72 sata. Proizvod reakcije se ispira rastvorenom HCl i zagrijava na 400 °C slijedećih 15 sati. Dobijanje nanotuba je kvantitativno, a tube imaju vanjski prečnik od 10 do 20 nanometara, unutrašnji od 5 do 8 nanometara, te dužinu od 1 mikrona. Višim temperaturama reakcije (170 °C) i manjim zapreminama reaktanata dobijaju se odgovarajuće nanožice.[14]

Upotreba uredi

Titanij dioksid se koristi kao bijeli pigment, zahvaljujući izrazito velikom indeksu prelamanja svjetlosti (n = 2,7); samo nekoliko poznatih supstanci ima veći indeks prelamanja. Oko 4 miliona tona pigmenta TiO2 se proizvede i potroši u svijetu godišnje. Ako se koristi kao tanki film ili emulzija, njegov indeks prelamanja i boja daju mu odlična optička reflektivna i pokrivna svojstva, koja se koriste u dielektričnim ogledalima i nekim dragim kamenjima poput "mističnog vatrenog topaza". Također se dodaje pri proizvodnji plastike, papira, tinte, lijekova, kozmetičkih proizvoda, paste za zube, itd. Titanij dioksid se upotrebljava i u fotokatalitičkim procesima (uz ultraljubičasto zračenje).

U kozmetici i proizvodima za njegu kože, titanij dioksid se koristi kao pigment, ali i kao sredstvo za zgrušavanje. Također se koristi i kao pigment za pravljenje tetovaža. Ovaj pigmet se dosta koristi pri proizvodnji plastike i drugim aplikacijama zbog svoje otpornosti na ultraljubičasto zračenje, gdje apsorbira UV zračenje efikasno pretvarajući UV svjetlost u toplotu. Zbog takvih osobina, TiO2 se koristi u većini krema za sunčanje. Većina proizvođača krema za sunčanje svoje proizvode zasniva na titanij-dioksidu i cink-oksidu, jer ove supstance izazivaju daleko manju iritaciju kože od drugih hemijskih supstanci koje apsoribiraju UV zračenje.

Titanij-dioksid se koristi za označavanje bijelih linija na teniskim terenima All England Lawn Tennis and Croquet kluba, gdje se održava godišnji teniski turnir u Wimbledonu.[15]

 
TiO vlakna i spirale

Naročito u formi anatasa, titanij dioksid je fotokatalizator pod ultraljubičastim svjetlom. Nedavno je pronađeno da se fotokataliza pojavljuje i pod uticajem vidljivog svjetla, ukoliko se titanij dioksidu dodaju ioni dušika ili metalni oksidi poput volfram-trioksida. Snažni oksidacioni potencijal pozitivnih elektronskih rupa oksidira vodu i stvara hidroksil radikale. Također može direktno oksidirati kisik i organske materije. Zbog svojih sterilizirajućih, deodorizirajućih i drugih osobina, TiO2 se dodaje u boje, cemente, prozore i slične proizvode. Koristi se i u Graetzelovim ćelijama, vrsti hemijskih solarnih ćelija. Fotokatalitičke osobine titanij-dioksida je otkrio Akira Fudžišima 1967. godine, a svoje otkriće je objavio 1972. godine.[16] U njegovu čast, proces koji se odvija na površini kristala titanij dioksida se naziva "Honda-Fudžišima efekt".[17]

Reference uredi

  1. ^ El, Goresy, Chen, M, Dubrovinsky, L; et al. (2001). "An ultradense polymorph of rutile with seven-coordinated titanium from the Ries crater". Science. 293 (5534): 1467–70. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  2. ^ El Goresy, Ahmed (2001). "A natural shock-induced dense polymorph of rutile with ?-PbO2 structure in the suevite from the Ries crater in Germany". Earth and Planetary Science Letters. 192: 485.[mrtav link]
  3. ^ Marchand R., Brohan L., Tournoux M. (1980). "A new form of titanium dioxide and the potassium octatitanate K2Ti8O17". Materials Research Bulletin. 15 (8): 1129–1133.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  4. ^ Latroche, M, Brohan, L, Marchand, R, Tournoux (1989). "New hollandite oxides: TiO2(H) and K0.06TiO2". Journal of Solid State Chemistry. 81 (1): 78–82. Referenca sadrži prazan nepoznati parametar: |1= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  5. ^ J. Akimoto, Y. Gotoh, Y. Oosawa; et al. (1994). "Topotactic Oxidation of Ramsdellite-Type Li0.5TiO2, a New Polymorph of Titanium Dioxide: TiO2(R)". Journal of Solid State Chemistry. 113 (1): 27–36. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)[mrtav link]
  6. ^ P. Y. Simons, F. Dachille (1967). "The structure of TiO2II, a high-pressure phase of TiO2". Acta Crystallographica. 23 (2): 334–336.
  7. ^ Sato H., Endo S, Sugiyama M; et al. (1991). "Baddeleyite-Type High-Pressure Phase of TiO2". Science. 251 (4995): 786–788. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  8. ^ Dubrovinskaia N A, Dubrovinsky L S., Ahuja R; et al. (2001). "Experimental and Theoretical Identification of a New High-Pressure TiO2 Polymorph". Phys. Rev. Lett. 87: 275501. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  9. ^ Mattesini M, de Almeida J. S., Dubrovinsky L.; et al. (2004). "High-pressure and high-temperature synthesis of the cubic TiO2 polymorph". Phys. Rev. B. 70: 212101. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  10. ^ Dubrovinsky L. S., Dubrovinskaia N. A., Swamy V.; et al. (2001). "Materials science: The hardest known oxide". Nature. 410 (6829): 653–654. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  11. ^ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press. str. 451-53. ISBN 0-19-850341-5
  12. ^ Banfield, J. F., Veblen, D. R., Smith, D. J. (1991). "The identification of naturally occurring TiO2 (B) by structure determination using high-resolution electron microscopy, image simulation, and distance-least-squares refinement". American Mineralogist. 76: 343.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  13. ^ "Titanium Dioxide Manufacturing Processes". Millennium Inorganic Chemicals. Arhivirano s originala, 14. 8. 2007. Pristupljeno 5. 9. 2007.
  14. ^ Graham Armstrong, A. Robert Armstrong; et al. (2005). "Nanotubes with the TiO2-B structure". Chemical Communications: 2454. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)
  15. ^ "Chemistry World's weekly round-up of money and molecules". Arhivirano s originala, 3. 1. 2010. Pristupljeno 18. 1. 2010.
  16. ^ Fujishima, AKIRA (1972). "Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode". Nature. 238: 37.
  17. ^ ""Japan Nanonet Bulletin - 44. izd. - 12. maj 2005: Discovery and applications of photocatalysis - Creating a comfortable future by making use of light energy"". Arhivirano s originala, 8. 6. 2005. Pristupljeno 25. 1. 2010.
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Titanij-dioksid&oldid=3503881"