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 spoj | Titanij dioksid |
| Druga imena | Titanij (IV) oksid, rutil, anatas, brukit |
| Molekularna formula | TiO2 |
| CAS registarski broj | 13463-67-7 |
| Kratki opis | bijeli prah |
| Osobine1 | |
| Molarna masa | 79,866 g/mol |
| Agregatno stanje | čvrsto |
| Gustoća | 4,23 g/cm3 |
| Tačka topljenja | 1843 °C |
| Tačka ključanja | 2972 °C |
| Rastvorljivost | nerastvorljiv u vodi |
| 1 Gdje god je moguće korištene su SI jedinice. Ako nije drugačije naznačeno, dati podaci vrijede pri standardnim uslovima. | |
Zastupljenost
urediU 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
urediKod 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
urediTitanij 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]
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- ^ 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) - ^ 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]
- ^ 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)
- ^ 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) - ^ 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] - ^ P. Y. Simons, F. Dachille (1967). "The structure of TiO2II, a high-pressure phase of TiO2". Acta Crystallographica. 23 (2): 334–336.
- ^ 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) - ^ 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) - ^ 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) - ^ 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) - ^ 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
- ^ 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)
- ^ "Titanium Dioxide Manufacturing Processes". Millennium Inorganic Chemicals. Arhivirano s originala, 14. 8. 2007. Pristupljeno 5. 9. 2007.
- ^ Graham Armstrong, A. Robert Armstrong; et al. (2005). "Nanotubes with the TiO2-B structure". Chemical Communications: 2454. Eksplicitna upotreba et al. u:
|author=(pomoć) - ^ "Chemistry World's weekly round-up of money and molecules". Arhivirano s originala, 3. 1. 2010. Pristupljeno 18. 1. 2010.
- ^ Fujishima, AKIRA (1972). "Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode". Nature. 238: 37.
- ^ ""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.
