Химический элемент легкий и твердый металл

Металлы. Свойства, характеристики металлов

Металлы (от лат. metallum – шахта, рудник, копь) – наиболее широко используемый класс конструкционных материалов, применение которых наряду с неметаллами и композитами позволяет решать почти любые технологические задачи. К металлам принято относить элементы, обладающие характерными металлическими свойствами (высокой тепло- и электропроводностью, повышенной пластичностью и т. д.).

Число элементов, проявляющих свойства металлов, гораздо больше по сравнению с числом элементов, характеризующихся неметаллическими свойствами. Металлы расположены в I и II группах Периодической системы Д. И. Менделеева, а также образуют побочные подгруппы III–VIII групп. Ряд элементов проявляет амфотерные свойства (амфотерность – двойственность, способность некоторых соединений в зависимости от условий демонстрировать как кислотные, так и основные свойства).

Металлические свойства элементов определяются способностью атомов при взаимодействии с атомами других элементов частично или полностью смещать к ним электронные облака или «отдавать» электроны, т. е. проявлять при взаимодействии восстановительные свойства.

К самым активным металлам относятся элементы, обладающие:

• низкой энергией ионизации;
• большим радиусом атома;
• малым числом внешних электронов;
• небольшим значением электроотрицательности.

По мере заполнения внешнего энергетического уровня электронами их число на валентном уровне атомов элементов растет, а радиус атомов уменьшается, поэтому в большей степени проявляется склонность атомов к присоединению, а не к отдаче электронов. В связи с этим в периоде при движении слева направо металлические свойства элементов постепенно уменьшаются, а неметаллические – увеличиваются.

Имея больший радиус атома, металлы характеризуются, как было сказано выше, сравнительно низкими значениями энергии ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности. Эти особенности влияют на преобладание у металлов восстановительных свойств, т. е. способности их атомов отдавать электроны. Ярче всего восстановительные свойства выражены у атомов металлов I и II групп главных подгрупп или у s-элементов. Самым сильным восстановителем является франций, а в водной среде – литий, выделяющийся за счет более высокого значения энергии гидратации образующихся катионов металла.

Число элементов, проявляющих металлические свойства, внутри периодов возрастает по мере увеличения номера периода. Так, во втором периоде это два элемента, в третьем – три, в четвертом – тринадцать и т. д.

В Периодической таблице металлические элементы отделены от неметаллических диагональной линией, проходящей от бора к астату. Вдоль этой границы располагаются элементы, одновременно проявляющие свойства и металлов, и неметаллов. К ним относятся бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур и астат, которые называются полуметаллами или металлоидами. Таким образом, внутри каждого периода имеется «пограничная зона», где располагается элемент, имеющий двойственные свойства. Соответственно переход от типичного металла к типичному неметаллу в периоде происходит постепенно.

Начиная с 3-го периода у атомов появляются новые подуровни. Поэтому увеличивается число свободных орбиталей и, следовательно, возрастает между атомами количество связей, способствующих образованию сложных молекул, таких как комплексные соединения. В комплексных соединениях связь чаще всего образуется по донорно-акцепторному механизму. В роли акцептора, как правило, выступает положительно заряженный ион металла. Практически все элементы могут исполнять роль комплексообразователя, но наибольшее число комплексных соединений характерно для d-элементов 4-, 5- и 6-го периодов системы. Следовательно, элементы побочных подгрупп (В) более склонны к комплексообразованию, чем элементы главных подгрупп (А).

1. Физические свойства металлов

Почти все металлы, за исключением франция и ртути, в стандартных условиях находятся в твердом состоянии. При нагревании до определенной температуры они плавятся, а при еще более высоких температурах переходят в газообразное состояние.

Твердость металлов, а также их температура плавления обусловлены прочностью пространственной кристаллической решетки. Самые мягкие – щелочные металлы, которые легко режутся ножом. Наиболее твердые – металлы VIВ группы, особенно хром; по твердости он приближается к алмазу и режет стекло.

Изменение температуры плавления можно проследить по таблице Д. И. Менделеева: каждый период начинается с металла, имеющего очень низкий показатель. По мере увеличения заряда ядра атома температура плавления растет и достигает максимума в группе хрома, где находится самый тугоплавкий металл – вольфрам (3390 °С). Далее она снижается

и достигает минимума в подгруппе цинка, где находится самый легкоплавкий металл – ртуть (–38,9 °С). Металлы, температуры плавления которых выше 1000 °С, называют тугоплавкими, а ниже 100 °С – легкоплавкими.

Металлический блеск является следствием отражения световых лучей, а его интенсивность определяется долей поглощаемого света. Большинство металлов почти полностью отражают свет всех длин волн спектра, в связи с чем имеют белый или серый цвет. Наиболее ярко блестят палладий и серебро. Некоторые металлы (медь, золото, цезий) поглощают зеленый или голубой свет сильнее, чем свет других длин волн, поэтому окрашены в желтый или красный цвета.

В мелкораздробленном состоянии многие металлы теряют блеск. Например, железо, платина, хром становятся черного или серого цвета, тогда как алюминий и магний в порошкообразном состоянии продолжают блестеть. Интенсивность блеска зависит от доли поглощенного света: чем меньше света поглощает металл, тем более интенсивным будет блеск.

Все металлы полностью отражают радиоволны, что используется для обнаружения различных металлических объектов с помощью радиоволн (радиолокация).

Теплота сублимации – это характеристика, представляющая собой энергию, необходимую для перевода определенной массы металла в парообразное состояние. Теплота сублимации является мерой прочности связи в кристаллической решетке металла. В каждом периоде таблицы Д. И. Менделеева с увеличением порядкового номера теплота сублимации возрастает и достигает максимума для металлов подгруппы хрома, затем снижается до минимального значения в подгруппе цинка. Характер изменения значений теплоты сублимации в побочных подгруппах аналогичен изменению температур плавления и кипения металлов.

Электропроводность обусловлена присутствием в металле свободных электронов, которые направленно перемещаются при наложении электрического тока. Металлы – проводники 1-го рода, поскольку проводят электрический ток без изменений своей структуры. При нагревании электропроводность уменьшается, так как усиливается колебательное движение ионов, что затрудняет движение электронов. При охлаждении же электропроводность возрастает. Вблизи абсолютного нуля она стремится к бесконечности – это так называемое явление сверхпроводимости.

Теплопроводность – это свойство металлов, обеспечиваемое взаимодействием электронов проводимости с ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки. Теплопроводность связана с электропроводностью: у металлов с высокой электропроводностью теплопроводность так же высока.

Пластичность металлов представляет собой легкость деформации, особенно проявляющуюся при высоких температурах. Обусловлена она тем, что под внешним воздействием одни слои в кристаллах легко перемещаются (скользят) относительно других без разрыва. Благодаря этому большинство металлов прокатывается в листы, вытягивается в проволоку, поддается ковке, прессованию и т. д. Наиболее пластичны золото, серебро и медь. Механически прочные металлы деформируются только под воздействием больших нагрузок.

Плотность – это критерий, лежащий в основе разделения металлов на легкие и тяжелые. Металлы, плотность которых меньше 5 г/см 3 , условно принято называть легкими, а более 5 г/см 3 – тяжелыми. Самый легкий из металлов – литий (плотность 0,53 г/см 3 ), а самый тяжелый – осмий (плотность 22,6 г/см 3 ). К легким относятся щелочные, щелочноземельные металлы, а также бериллий, алюминий, скандий, иттрий и титан, а к тяжелым – все остальные.

Плотность металлов связана с температурой их плавления. Легкие металлы обычно самые легкоплавкие, например, цезий с плотностью 1,87 г/см 3 плавится при температуре +28 °С, а вольфрам с плотностью 19 г/см 3 имеет температуру плавления, равную +3380 °С.

Фотоэлектрический эффект – это свойство металлов выбрасывать электроны с поверхности под действием электромагнитных волн, что обусловлено слабой связью валентных электронов с ядром. Чем слабее эта связь, тем меньше энергии необходимо для отрыва электрона. Именно поэтому в щелочных металлах фотоэлектрический эффект выражен сильнее.

На границе раздела двух металлов возникает контактная разность потенциалов, вызванная различной концентрацией электронов проводимости и разной работой выхода электронов у соприкасающихся поверхностей.

Полиморфизм – это явление существования металла в разных формах в твердом состоянии, или способность принимать различные кристаллические формы. Полиморфные модификации отличаются как внутренней структурой, так и физическими свойствами. Например, у железа известны α-, β-, γ-формы. Модификация α- железа устойчива при низких температурах, β– при более высоких.

Магнитные свойства присущи фактически всем металлам, поскольку они являются магнетиками – веществами, изменяющими или приобретающими магнитный момент под действием внешнего (стороннего) магнитного поля. Мерой измерения магнитных свойств металлов служат следующие величины: остаточная индукция, коэрцитивная сила и магнитная проницаемость (магнитная восприимчивость).

Металлы по магнитным свойствам могут быть разделены на три основные группы:

• диамагнетики – выталкиваются из магнитного поля и ослабляют его;
• парамагнетики – втягиваются магнитным полем, незначительно усиливая его;
• ферромагнетики – усиливают магнитное поле на порядки величин.

К диамагнетикам относятся такие металлы, как медь, серебро, золото, кремний, бериллий и металлы подгруппы цинка, галлия, германия. Им свойственна отрицательная магнитная восприимчивость, поскольку под действием внешнего магнитного поля в них возникает намагниченность, направленная ему навстречу. Парамагнетики – металлы с небольшой положительной восприимчивостью (в основном щелочные и щелочноземельные), которые намагничиваются в направлении внешнего поля. Ферромагнетики включают металлы, обладающие высокой магнитной восприимчивостью – это железо, кобальт, никель. Есть металлы и сплавы, которые не принадлежат трем упомянутым группам: антиферромагнетики (ряд редкоземельных металлов), ферриты (соединения оксида железа) и т. д.

Металлы, применяемые в технике, подразделяются на черные (железо и его сплавы), цветные (все остальные, включая магний и алюминий), драгоценные (золото, платина, палладий, иридий), редкие (цирконий, иттрий, лантан, церий и др.).

2. Типы кристаллических решеток

Все металлы в твердом состоянии представляют собой кристаллы. Кристалл – это совокупность атомов, расположенных в пространстве не хаотично, а в геометрически правильной последовательности. Пространственное расположение атомов и образует кристаллическую решетку.

В узлах пространственной кристаллической решетки металла правильно расположены положительно заряженные ионы, а между ними перемещаются свободные электроны – электронный газ. Переходя от одного катиона к другому, они осуществляют связь между ионами и превращают кристалл металла в единое целое. Эта связь, называемая металлической, возникает между атомами металлов за счет перекрывания электронных облаков внешних электронов. Металлическая связь отличается от неполярной ковалентной связи своей ненаправленностью. В кристалле металлического типа электроны не закреплены между двумя атомами, а принадлежат всем атомам данного кристалла, т. е. делокализованы. К особенности структуры металлических кристаллов относятся большие координационные числа – 8÷12, которым соответствует высокая плотность упаковки.

Кристаллическая решетка каждого металла состоит из положительно заряженных ионов одинакового размера, расположенных в кристалле по принципу наиболее плотной упаковки шаров одинакового диаметра.

Различают три основных типа упаковки, или кристаллической решетки.

1. Объемноцентрированная кубическая решетка с координационным числом, равным 8 (натрий, калий, барий). Атомы металла расположены в вершинах куба, а один – в центре объема. Плотность упаковки шарообразными ионами в этом случае составляет 68 %.

2. Гранецентрированная кубическая решетка с координационным числом, равным 12 (алюминий, медь, серебро). Атомы металла расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. Плотность упаковки – 74 %.

3. Гексагональная решетка с координационным числом 12 (магний, цинк, кадмий). Атомы металла расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а еще три – в ее средней плоскости. Плотность упаковки – 74 %.

Из-за неодинаковой плотности атомов в различных направлениях кристалла наблюдаются разные свойства. Это явление, получившее название анизотропия, характерно для одиночных кристаллов – монокристаллов. Однако большинство металлов в обычных условиях имеют поликристаллическое строение, т. е. состоят из значительного числа кристаллов, или зерен, каждое из которых анизотропно. Разная ориентировка отдельных зерен приводит к усреднению свойств поликристаллического металла.

Особенности кристаллических решеток обусловливают характерные физические свойства металлов.

3. Характеристика химических свойств металлов

3.1. Восстановительная способность

Все металлы в свободном состоянии – восстановители, поэтому в соединениях их степени окисления всегда положительны. Химическая активность металлов, т. е. их способность отдавать электроны, может быть охарактеризована с помощью двух величин: энергии ионизации и стандартного электродного потенциала. Различие между этими величинами заключается в том, что энергия ионизации влияет на процесс отрыва электрона от атомов металлов в газовой фазе, а электродные потенциалы изменяют свойства металлов в растворах.

Энергия ионизации (Е_и) – энергия, необходимая для удаления электрона из изолированного атома на бесконечно большое расстояние:

Электродный потенциал (Е 0 ) количественно характеризует способность металла отдавать электроны в растворе, т. е. его восстановительные свойства:

Интенсивность взаимодействия металлов с элементарными окислителями определяется не только энергией ионизации атома металла, но и энергией сродства к электрону, и энергией диссоциации молекулярного окислителя. Последнее служит объяснением более легкого окисления металлов галогенами, чем кислородом или азотом, обладающими высокими значениями сродства к электрону.

Внутри каждого периода таблицы Д. И. Менделеева при движении слева направо энергия ионизации повышается: наименьшей энергией характеризуется щелочной металл, а наибольшей – благородный газ. Тогда как в пределах одной группы с возрастанием заряда ядра энергия ионизации, наоборот, уменьшается, так как радиус атома увеличивается, а притяжение электрона к ядру ослабевает. Следовательно, в периоде восстановительная способность атомов элементов уменьшается, а в группе увеличивается.

Все металлы окисляются фтором и могут окисляться хлором. Большинство из них, кроме золота и платины, окисляются бромом в кислой среде. Продуктами такого взаимодействия являются высшие галиды металлов.

С кислородом металлы взаимодействуют менее энергично, что объясняется высоким значением энергии диссоциации его молекулы. Продуктами такого взаимодействия являются, как правило, оксиды, хотя в некоторых случаях возможно образование пероксидов.

С азотом многие металлы вообще не взаимодействуют. Лишь некоторые, способные гореть в атмосфере азота, образуют нитриды. Такая устойчивость обусловлена высокой энергией диссоциации молекулы азота. Атомарный же азот легко взаимодействует со многими металлами с образованием нитридов.

С серой почти все металлы взаимодействуют при нагревании. Особенно легко они реагируют на расплавленную серу. Продуктами такого взаимодействия являются сульфиды металлов.

С водородом активные металлы взаимодействуют с образованием гидридов. Легкость перехода атомов металлов в гидратированные ионы зависит не только от химической активности металла, но и от энергии гидратации его иона.

Сравним свойства двух металлов: лития и цезия. Оба они относятся к s-элементам I группы, но литий находится во втором периоде, а цезий – в шестом. Поскольку радиус атома цезия больше, чем радиус атома лития, то энергия ионизации лития (5,39 эВ) больше, чем цезия (3,89 эВ). Ионы лития лучше гидратируются, благодаря чему в водных растворах он является более сильным восстановителем. А вот в твердом виде наиболее активным металлом и эффективным восстановителем становится цезий.

Металлы при взаимодействии с кислородом (прямом или косвенном) образуют основные оксиды, гидроксиды которых проявляют основные свойства: металл (Ме) → основной оксид (Ме_хО_у) → гидроксид или [Ме(ОН)_х] основание. Например:

Оксид и гидроксид кальция проявляют основные свойства, поэтому могут взаимодействовать с кислотными оксидами и с кислотами:

В периоде основные свойства оксидов и гидроксидов уменьшаются:

В группе основные свойства соединений увеличиваются:

Если металл может образовывать соединения с разными степенями окисления, то свойства соединений будут зависеть от степени окисления элемента.

С возрастанием степени окисления металла основные свойства соединений уменьшаются, а кислотные свойства увеличиваются:

Взаимодействие металлов с водородными соединениями зависит от агрегатного состояния водородного соединения и от температуры. В основном галогенводороды реагируют с металлами при высокой температуре. При этом образуются соответствующие галиды металлов и выделяется водород:

С активными металлами данная реакция протекает при обычной температуре.

Взаимодействие металлов с водой определяется их активностью. Активные металлы вытесняют водород из воды при комнатной температуре:

Действие воды на металлы усиливается в присутствии кислорода. Если малоактивные металлы в обычных условиях с водой не взаимодействуют, то в присутствии растворенного кислорода достаточно легко окисляются:

Сероводород (H₂S) взаимодействует с металлами преимущественно при высоких температурах с выделением водорода и образованием сульфидов, а в случае активных металлов – гидросульфидов.

Газообразный аммиак (NH₃) действует на металлы также при высоких температурах, образуя при этом нитриды или гидронитриды (амиды) металлов. Однако жидкий аммиак активными металлами разлагается:

Образование пассивных пленок. Взаимодействие многих металлов с фтором, хлором, бромом и кислородом тормозится пассивными пленками. Они образуются на поверхности металла и имеют особую структуру, благодаря которой обладают такими свойствами как прочность, высокая плотность, инертность и т. д. Наибольшая склонность к пассивации отличает алюминий, бериллий и d-металлы: титан, хром, железо.

Токсичность. Пыль и пары многих металлов являются токсичными. Примером могут служить бериллий, ртуть, свинец, кадмий, серебро, никель, таллий, радий, индий и т. д. Степень токсичности определяется значением предельно допустимой концентрации (ПДК). Так, для бериллия ПДК = 10 –3 мг/м 3 , для таллия – 10 –1 мг/м 3 .

Комплексообразование. Большинство металлов являются комплексообразователями за счет вакантных (свободных) орбиталей: [Cu(NH₃)₄]Cl₂; K₂[HgI₄].

Способность к комплексообразованию возрастает с увеличением заряда иона-комплексообразователя и уменьшением его радиуса.

3.2. Отношение металлов к кислотам

Взаимодействие с серной кислотой – H₂SO₄

1. Разбавленная H₂SO₄. Окислителем в разбавленной серной кислоте является ион водорода Н + . Следовательно, в реакцию могут вступать металлы, чей

стандартный электродный потенциал меньше, чем у водорода (Е 0 _Me > Е 0 _H = 0) :

2. Концентрированная H₂SO₄. Окислителем в этом случае является атом серы со степенью окисления +6 – S +6 . В зависимости от активности металла реакция может быть разной:

• металлы низкой активности (Е 0 _Me< Е 0 _H ) восстанавливают серную кислоту до диоксида серы:

• металлы средней активности, для которых справедливо соотношение Е 0 _Mn = – 1,05 ≤ Е 0 _Me< Е 0 _H, восстанавливают серу серной кислоты до простого вещества:

• металлы высокой активности ( Е 0 _Me< Е 0 _Mn ) вытесняют из серной кислоты сероводород, в котором степень окисления серы минимальна и равна – 2:

Взаимодействие с азотной кислотой – HNO₃

1. Разбавленная HNO₃. Окислителем в азотной кислоте всегда является атом N +5 , поэтому при взаимодействии с металлами из нее никогда не выделяется водород. Возможны три варианта взаимодействия металлов разной активности с разбавленной HNO₃:

• металлы низкой активности ( Е 0 _Me >Е 0 _H ) способны восстанавливать азот азотной кислоты до степени окисления +2:

• металлы средней активности ( Е 0 _Mn = – 1,05 ≤ Е 0 _Me< Е 0 _H) восстанавливают азотную кислоту до простого вещества N₂ (или до закиси азота N₂O):

• металлы высокой активности ( Е 0 _Me< Е 0 _Mn) способны восстановить азот азотной кислоты до минимальной степени окисления –3:

2. Концентрированная HNO₃. В этом случае различают лишь два варианта взаимодействия с металлами:

• металлы низкой активности ( Е 0 _Me >Е 0 _H) восстанавливают азотную кислоту до диоксида азота NO₂, в котором степень окисления азота равна +4:

• активные металлы (Е 0 _Ме< Е 0 _Н) при растворении в концентрированной кислоте выделяют из нее оксид азота (II):

Такие металлы, как Fe, Al, Cr, Ti не взаимодействуют с концентрированной HNO₃ вследствие явления пассивации.

Разложение нитратов металлов разной активности. От активности металла зависит состав продуктов разложения солей азотной кислоты. Возможны три варианта термического разложения нитратов металлов разной активности:

1. стоящие в ряду напряжений до Mg при разложении образуют соответствующие нитриты и кислород: MeNO₃ → MeNO₂ + O₂;
2. расположенные в ряду напряжений в диапазоне «Mg – Cu» разлагаются с образованием соответствующих оксидов, диоксида азота и кислорода: MeNO₃ → MeO + NO₂ + O₂;
3. находящиеся в ряду напряжений после Cu разлагаются с выделением металла в виде простого вещества, диоксида азота и кислорода: MeNO₃ → Me + NO₂ + O₂.

4. Металлические сплавы

В твердом состоянии металлы практически не взаимодействуют друг с другом, однако в расплавленном состоянии могут иметь место и растворение, и взаимодействие. Различные расплавленные металлы в большинстве случаев смешиваются друг с другом в любых соотношениях, образуя жидкие однородные системы. В отдельных случаях наблюдается неполная взаимная растворимость. Например, расплавленные цинк и свинец при смешивании образуют двухслойную жидкую систему, фазы которой представляют собой растворы цинка в свинце и свинца в цинке.

Отличительные признаки смешанных металлических расплавов проявляются в процессе их кристаллизации при охлаждении в некотором температурном интервале. Система при этом затвердевает, образуя металлический сплав.

Металлические сплавы – это вещества, обладающие свойствами металлов и состоящие из двух и более компонентов, из которых хотя бы один является металлом.

Природа затвердевших сплавов зависит от отношения друг к другу составляющих их компонентов. При сходстве кристаллических решеток они взаимно растворимы друг в друге даже в твердом состоянии. Из их расплавов при охлаждении кристаллизуются твердые растворы, представляющие собой кристаллы с решетками, в узлах которых попеременно располагаются ионы составляющих металлов, например, медь – серебро. При близости параметров кристаллических решеток составляющих металлов наблюдается их неограниченная растворимость друг в друге, т. е. могут образовываться твердые растворы с любым содержанием исходных веществ. Системы с полной взаимной растворимостью – это непрерывные твердые растворы: Ag – Au, Ni – Co, Cu – Ni, Mo – W.

Твердые растворы металлов обладают свойствами, качественно напоминающими свойства индивидуальных металлов, но количественно отличающимися от них в зависимости от состава. Например, латунь (сплав Cu – Zn) имеет прочность на разрыв, которая в 3 раза больше, чем у меди и в 6 раз, чем у цинка, а нержавеющая сталь (сплав Fe – Cr – Ni) устойчива в разбавленной H₂SO₄, тогда как чистый металл Fe в ней растворяется.

Среди компонентов твердого раствора различают металл-растворитель и растворенный металл. Растворителем считается металл, сохраняющий свою кристаллическую решетку при образовании раствора, и содержание которого в растворе должно быть не меньше определенного значения. Ионы растворяемого металла постепенно замещают в кристаллической решетке ионы металла-растворителя (растворы замещения) или располагаются между ними (растворы внедрения). В том случае, когда различные металлы с близкими кристаллическими решетками способны образовывать твердые растворы в любых количественных соотношениях, отличить растворенный металл от металла-растворителя нет возможности: приходится считать, что они взаимно растворяют друг друга.

Ионы растворенного металла изменяют средние размеры элементарной ячейки металла-растворителя. При образовании твердых растворов замещения параметры решетки изменяются в зависимости от разности ионных диаметров растворенного металла и растворителя. При образовании твердых растворов внедрения параметры решетки увеличиваются, так как размеры ионов растворенного металла больше межионных помежутков, в которых они располагаются.

Однако чаще всего растворимость твердых металлов друг в друге ограничена, т. е. в твердой фазе содержание одного из металлов не может превысить некий предел. В этом случае при полном затвердевании расплава из двух металлов образуется неоднородный сплав, состоящий из двух твердых фаз, одна из которых представляет собой насыщенный раствор первого металла во втором, а другая – насыщенный раствор второго металла в первом. Иногда растворимость настолько ничтожна, что отдельные твердые фазы образовавшегося сплава можно считать состоящими практически из индивидуальных металлов.

Многие металлы, взаимно растворимые в расплавленном состоянии, при охлаждении образуют смесь кристаллов с различной кристаллической решеткой. Температура плавления (Т_пл) такой смеси меньше Т_пл отдельных компонентов.

Состав, имеющий минимальную Т_пл, называется эвтектикой. Эвтектический сплав состоит из мельчайших кристаллов индивидуальных компонентов. Его образуют металлы очень близкие по природе, но существенно отличающиеся по типу кристаллической решетки, например, Рb – Sn, Pb – Sb, Cd – Bi, Sn – Zn. Эвтектические сплавы имеют высокую твердость и прочность.

В некоторых случаях при взаимодействии двух металлов образуются химические соединения, именуемые интерметаллидами. Большинство этих соединений устойчивы только в твердом состоянии, так как их формульный состав не соответствует классическим представлениям о валентности элементов, например, TiBe₁₂. Очень часто интерметаллиды имеют переменный состав, так как в твердом состоянии способны растворяться в металлах и других интерметаллических соединениях.

Интерметаллиды представляют собой соединения с металлической связью между входящими в их состав атомами. Термическая прочность таких соединений невысока: большинство из них при плавлении частично или полностью разлагается.

Интерметаллические соединения выглядят как металлоподобные вещества. Однако типичные для металлов физические свойства у интерметаллидов проявляются слабее. Обычно у них и электропроводность меньше, чем у компонента с низшей электрической проводимостью, и теплопроводность, и блеск, и пластичность существенно уступают соответствующим элементарным металлам. По химическим же свойствам интерметаллиды им подобны. Некоторые сравнительно прочные интерметаллические соединения в расплавленном состоянии могут подвергаться электролизу, причем на катоде выделяется более активный металл, на аноде – менее активный.

Металлические сплавы можно получить разными способами. Например, спеканием, суть которого заключается в том, что при высокой температуре и под большим давлением в смеси порошкообразных металлов осуществляется их взаимная диффузия.

Другой способ получения металлических сплавов – электролиз смеси электролитов, при котором на катоде одновременно восстанавливаются ионы двух или более металлов.

Кроме того, металлические сплавы образуются при возгонке нескольких металлов, когда из смеси паров происходит одновременная конденсация, сопровождающаяся взаимной диффузией компонентов друг в друга.

Композиционные материалы. Композиты получают путем объемного сочетания химически разнородных компонентов при сохранении между ними границы раздела. Свойства композитов существенно отличаются от свойств входящих в них компонентов.

Композиты состоят из основы (матрицы) и добавок (порошки, волокна, стружка). В качестве основы используют металлы, керамику, полимеры.

1. Если основой служат металлы, то добавками могут быть металлические нитевидные кристаллы, неорганические волокна и порошки: Al₂O₃, SiO₂ и т. д.
2. Если основой является керамика, то добавками выступают металлы. Например, основа – Al₂O₃, Cr₂O₃, MgO, ZrO₂ и т. д., добавки – Mo, W, Ta, Ni, Co. Такие композиты называются керамико-металлическими материалами (керметами).

Композиты характеризуются высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, благодаря чему их используют в качестве конструкционных материалов, контактов, подшипников, инструментов и т. д.

5. Распространение в природе и способы получения металлов

Значительная часть металлов находится в земной коре в виде различных соединений, и только малоактивные (благородные) встречаются в свободном или самородном состоянии.

Содержание наиболее распространенных металлов в земной коре можно представить следующим образом (масс. %): алюминий – 8,45; железо – 4,4; кальций – 3,3; натрий – 2,6; калий – 2,5; магний – 2,1; титан – 0,61.

Из природных соединений металлов в большей степени распространены оксиды, входящие в состав горных пород, и сульфиды (железа, никеля, меди, цинка и др.). Встречаются также фториды и хлориды – преимущественно щелочных и щелочноземельных металлов. Некоторые металлы присутствуют в виде солей кислородсодержащих кислот (карбонаты, силикаты, сульфаты, фосфаты и т. д.).

Главным источником получения металлов являются руды – скопления металлосодержащих минералов, входящих в состав горных пород. Металлы в составе руд находятся в окисленном состоянии, поэтому основным способом их получения является процесс восстановления. Если в руде содержатся разные металлы, ее подвергают расщеплению на отдельные соединения металлов путем химической обработки. Так, при воздействии на полиметаллические руды хлора (в присутствии восстановителя) образуются хлориды нескольких металлов, которые благодаря разной степени летучести могут быть отделены друг от друга и от непрохлорированной части руды. Чистые хлориды ряда металлов восстанавливают активными металлами до свободных металлов.

Иногда сложные полиметаллические руды с целью получения сложных сплавов подвергают восстановлению без предварительного разделения. Поскольку они бывают загрязнены так называемой пустой породой, которая затрудняет восстановление, то процессу получения металла предшествует очистка руды или ее обогащение механическими, химическими, физико-химическими и другими методами. Из физико-химических наибольшее распространение получил метод флотации, основанный на различной смачиваемости водой частиц смеси различных материалов.

Чистые оксиды металлов легче и удобнее поддаются процессу восстановления. В связи с этим водные оксиды обезвоживают, а сульфидные руды переводят в оксидные путем окислительного обжига.

Руды с небольшим содержанием металлов подвергают гидрометаллургической переработке водными растворами кислот или щелочей. При этом соединения некоторых металлов переходят в раствор.

Таким образом, наиболее распространенными способами получения металлов являются пирометаллургия и гидрометаллургия.

1. Пирометаллургия – восстановление металлов, при котором в качестве восстановителей используют углерод (карботермия), водород, металлы-восстановители (металлотермия):

Если при восстановлении соединений металлов используется алюминий, метод получения называется алюмотермией. Алюмотермические методы применяют при извлечении из оксидов тугоплавких металлов (ванадий, хром, молибден и др.). Иногда в качестве восстановителя требуется магний. Метод магнийтермии нашел применение при получении титана, циркония, тантала из хлоридов этих металлов.

Углерод по своей восстановительной активности уступает многим металлам. Тем не менее, карботермия имеет широкое распространение при восстановлении металлов малой активности (медь) и средней (железо, цинк, свинец).

2. Гидрометаллургия – восстановление металлов, протекающее из водных растворов их солей при обычной температуре. При этом восстанавливаемый металл находится в мелкораздробленном состоянии. В качестве восстановителей используют активные металлы.

3. Электрометаллургия – процесс получения металлов под воздействием постоянного электрического тока, протекающего через раствор или расплав соли металла:

Электролизом водных растворов получают сравнительно малоактивные металлы (медь, серебро, никель и т. д.). А электролизом расплавов солей – высокоактивные (щелочные и щелочноземельные металлы, алюминий).

Получение чистых металлов. Некоторые отрасли промышленности и техники нуждаются в металлах особой чистоты. Например, они востребованы при конструировании ядерных реакторов, в электронной и медицинской технике. Особо чистые металлы отличаются по своим физическим свойствам от обычных. Такие свойства, как пластичность, электро- и теплопроводность, а также сопротивление коррозии у чистых металлов имеют более высокие значения.

В настоящее время проблема получения чистых и сверхчистых металлов решается разными способами.

1. Электролитическое рафинирование– процесс электролиза с использованием чернового металла в качестве анода (активного). При пропускании постоянного электрического тока через электролит черновой металл окисляется (растворяется), а на катоде, изготовленном из чистого металла, из раствора (расплава) восстанавливается (осаждается) металл.
2. Термическая диссоциация летучих соединений– очистка, основанная на способности некоторых соединений металлов разлагаться при высокой температуре. Например, иодиды титана и циркония, являясь летучими соединениями, при повышении температуры разлагаются на чистый металл и йод.
3. Зонная плавка– процесс, основанный на различной степени растворимости примесей в твердом и расплавленном состояниях. Через зону с высокой температурой медленно продвигают стержень из очищаемого металла. По мере продвижения расплавленная область, где собираются все примеси, постепенно перемещается в конец стержня, который входит в горячую зону последним. Операцию повторяют многократно, каждый раз механически отделяя от чистого металла конец стержня, содержащий примеси.

Словари

Все словари русского языка: Толковый словарь, Словарь синонимов, Словарь антонимов, Энциклопедический словарь, Академический словарь, Словарь существительных, Поговорки, Словарь русского арго, Орфографический словарь, Словарь ударений, Трудности произношения и ударения, Формы слов, Синонимы, Тезаурус русской деловой лексики, Морфемно-орфографический словарь, Этимология, Этимологический словарь, Грамматический словарь, Идеография, Пословицы и поговорки, Этимологический словарь русского языка.

Уважаемый пользователь, сайт развивается и существует только на доходы от рекламы — пожалуйста, отключите блокировщик рекламы.

титан

Толковый словарь

Спутник планеты Сатурн.

Толковый словарь Ушакова

тита́на, м. [греч. titanos].

1. В греческой мифологии — божество из числа возглавлявшихся Кроносом гигантов, к-рые были побеждены и низвергнуты в тартар (преисподнюю) богами-олимпийцами, возглавлявшимися Зевсом. Борьба титанов и олимпийцев.

|| Потомок кого-н. из этих гигантских божеств. Титан Прометей похитил с Олимпа огонь, отнятый Зевсом у людей. «Титан ли ты, чье сердце снедью врана, иль сам ты вран, терзающий титана?» (о Байроне, сравниваемом с Прометеем). Тютчев.

2. Человек, отличающийся выдающейся, исполинской мощью ума, гения, деятельности (книжн. ритор.). Лев Толстой — титан русской литературы. «Довольно трудно было понять, чего именно она боялась со стороны современных титанов русской мысли.» Лесков.

3. только ед. Химический элемент — серебристо-белый твердый металл (хим.).

4. Громадный кипятильник особого устройства (назван так по фабричной марке; нов.).

Толковый словарь Ожегова

1. В древнегреческой мифологии: один из богов старшего поколения сыновей Урана и Геи, вступивших в борьбу с богами младшего поколения (олимпийцами) и побеждённых ими. Древние титаны. Поражение титанов.

2. Человек огромных творческих возможностей, создавший что-н. великое (высок.). Т. науки. Т. мысли.

II. ТИТА́Н, -а, муж. Химический элемент серебристо-белый лёгкий и твёрдый металл.

| прил. титановый, -ая, -ое. Титановые руды.

III. ТИТА́Н, -а, муж. Большой кипятильник для воды.

Толковый словарь Даля

ТИТАН, металл, открытый химиками, рудожелтый. Титановый шерл, рутиль. Титанистое железо.

Словарь существительных

ТИТА́Н 1́ , -а, м обычно чего. О человеке, выдающемся в какой-л. области, отличающемся исключительной силой ума, таланта, величием деятельности, создавшем что-л. великое;

Син.: гигант, колосс.

Пушкин — титан русской поэзии.

ТИТА́Н 2́ , -а, м

Химический элемент, серебристо-белый легкий тугоплавкий металл.

Высокие механические и антикоррозийные свойства, значительная прочность (вдвое крепче железа) при относительно небольшой плотности (значительно легче железа) делают титан весьма ценным конструкционным материалом, благодаря чему он быстро получил применение в современной технике, особенно в аэрокосмической промышленности, кораблестроении.

ТИТА́Н 3́ , -а, м

Мифологическое существо в виде огромного человека, обладающего сверхъестественной силой, рожденного небом и землей (в древнегреческой мифологии).

Самыми сильными существами в греческой мифологии были титаны — дети неба и земли.

ТИТА́Н 4́ , -а, м

Устройство (обычно в виде большого бака с краном), предназначенное для кипячения воды.

На полу, на скамейках сидели и лежали люди, толпились в очереди у касс, у титанов с горячей водой… (А. Рыбаков).

Энциклопедический словарь

ТИТА́Н -а; м. [греч. Titan]

1. обычно чего. О человеке, выдающемся в какой-л. области, отличающемся исключительной силой ума, таланта, величием деятельности. Титаны научной мысли. Титаны духа. Пушкин — т. русской поэзии.

2. Химический элемент (Ti), лёгкий тугоплавкий металл серебристо-белого цвета (используется в самолётостроении, судостроении и т.п.). Получение, использование титана. Примесь титана в хромоникелевой стали.

3. Большой кипятильник особого устройства. Вокзальный т. Залить воду в т. Налить кипятка из титана.

4. В греческой мифологии: божество, один из сыновей Урана и Геи, побеждённый Зевсом и низвергнутый им в Тартар.

◁ Тита́нистый, -ая, -ое (2 зн.). Тита́новый, -ая, -ое (2 зн.). Т. железняк, чугун. Т-ые белила, сплавы.

спутник Сатурна, открыт Х. Гюйгенсом (1655). Расстояние от Сатурна 1221860 км, диаметр 5150 км (один из крупнейших спутников планет). Сидерический период обращения 15 сут 23 ч 15 мин. Имеет атмосферу, состоящую из азота с примесью метана и других углеводородов.

(Titan), серия американских ракет-носителей для запуска космических кораблей «Джемини», ИСЗ и автоматических межпланетных станций; программа их разработки. «Титан» создан на базе межконтинентальной баллистической ракеты «Титан»; разработаны 2-, 3- и 4-ступенчатые варианты «Титана», используется жидкое и твёрдое топливо. Стартовая масса около 630 т, масса полезного груза, выводимого на околоземную орбиту, около 10 т.

ТИТА́Н -а; м. [греч. Titan]

1. обычно чего. О человеке, выдающемся в какой-л. области, отличающемся исключительной силой ума, таланта, величием деятельности. Титаны научной мысли. Титаны духа. Пушкин — т. русской поэзии.

2. Химический элемент (Ti), лёгкий тугоплавкий металл серебристо-белого цвета (используется в самолётостроении, судостроении и т.п.). Получение, использование титана. Примесь титана в хромоникелевой стали.

3. Большой кипятильник особого устройства. Вокзальный т. Залить воду в т. Налить кипятка из титана.

4. В греческой мифологии: божество, один из сыновей Урана и Геи, побеждённый Зевсом и низвергнутый им в Тартар.

◁ Тита́нистый, -ая, -ое (2 зн.). Тита́новый, -ая, -ое (2 зн.). Т. железняк, чугун. Т-ые белила, сплавы.

тита́н (лат. Titanium), химический элемент IV группы периодической системы. Назван от греческого Titánes — титаны. Серебристо-белый металл; лёгкий, тугоплавкий, прочный, пластичный; плотность 4,505 г/см 3 , t_пл 1671°C. Очень стоек химически (благодаря образованию защитной плёнки из диоксида TiO₂). По распространённости в земной коре на 9-м месте среди элементов (главные минералы: рутил, анатаз, ильменит, лейкоксен, лопарит, титанит). Титан и его сплавы — важнейшие конструкционные материалы в авиа-, ракето-, кораблестроении, в химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы).

Большой энциклопедический словарь

«ТИТАН» — (Titan), серия американских ракет-носителей для запуска космического корабля «Джемини», искусственных спутников Земли и автоматических межпланетных станций; программа их разработки. «Титан» создан на базе межконтинентальной баллистической ракеты «Титан»; разработаны 2-, 3- и 4-ступенчатые варианты «Титана», используется жидкое и твердое топливо. Стартовая масса ок. 630 т, масса полезного груза, выводимого на околоземную орбиту, ок. 10 т.

ТИТАН — спутник Сатурна, открыт Х. Гюйгенсом (1655). Расстояние от Сатурна 1 221 860 км, сидерический период обращения 15 сут 23 ч 15 мин, диаметр 5150 км (один из крупнейших спутников планет). Имеет атмосферу, состоящую из азота с примесью метана и др. углеводородов.

ТИТАН (лат. Тitanium) — Ti, химический элемент IV группы периодической системы, атомный номер 22, атомная масса 47,88. Название от греч. Titanes — титаны. Серебристо-белый металл; легкий, тугоплавкий, прочный, пластичный; плотность 4,505 г/см&sup3, tпл 1671 .С. Очень стоек химически (благодаря образованию защитной пленки из диоксида TiO2). По распространенности в земной коре на 9-м месте среди элементов (главные минералы: рутил, анатаз, ильменит, лейкоксен, лопарит). Титан и его сплавы — важнейшие конструкционные материалы в авиа-, ракето-, кораблестроении, в химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы).

Академический словарь

1. В древнегреческой мифологии: божество, один из сыновей Урана и Геи, побежденных Зевсом и низвергнутых им в Тартар.

Гроза росла —. Никогда И сам Зевес с Олимпа в мир наш дольний Не извергал таких громов, когда С титанами боролся. Полонский, В конце сороковых годов.

2. перен.; обычно чего.

Человек, выдающийся в какой-л. области, отличающийся исключительной силой ума, таланта, величием деятельности.

Титаны научной мысли.

Национальный гений Англии также воспрянул снова, и, в лице Байрона, явился у ней новый титан поэзии. Белинский, .

Потом я много читал о Гарибальди, титане Италии. М. Горький, [Как я первый раз услышал о Гарибальди].

3. Химический элемент, легкий тугоплавкий металл серебристо-белого цвета.

4. Название большого кипятильника особого устройства.

Иллюстрированный энциклопедический словарь

ТИТАН (Titanium), Ti, химический элемент IV группы периодической системы, атомный номер 22, атомная масса 47,88; металл, t_пл 1671°C. Титан — компонент легких прочных сплавов, присадка к специальным сталям, материал деталей в электровакуумной технике, покрытий на стальных изделиях. Открыт английским минералогом У. Грегором в 1790.

Поговорки

Титан Байконур. Жарг. мол. Шутл. Певец Богдан Титомир. ЖЭМТ, 14.

Орфографический словарь

Словарь ударений

тита́н, -а (миф.; перен.: о выдающемся человеке; хим. элемент _ твёрдый металл)

Формы слов для слова титан

1. тита́н, тита́ны, тита́на, тита́нов, тита́ну, тита́нам, тита́н, тита́ны, тита́ном, тита́нами, тита́не, тита́нах

2. тита́н, тита́ны, тита́на, тита́нов, тита́ну, тита́нам, тита́на, тита́нов, тита́ном, тита́нами, тита́не, тита́нах

Синонимы к слову титан

сущ., кол-во синонимов: 27

человек высокого роста и крупного телосложения)

Морфемно-орфографический словарь

Грамматический словарь

тита́н мо 1a (гигант)

тита́н м 1a (металл; кипятильник)

Этимологический словарь

Титан — в древнегреческой мифологии титанами назывались дети Геи-Земли и Урана-Неба, гиганты, победив которых к власти над миром пришел Зевс. Довольно долго слово употреблялось только в этом, мифологическом значении. Переносный смысл у него появился в 30-х годах XIX века. Например, у Пушкина в X главе «Евгения Онегина» сказано:

«Потешный полк Петра Титана. »

Конечно, Пушкин не называл Петра Великого сыном Урана и Геи — он подчеркивал, что этот человек обладал необыкновенными талантами и способностями, превосходил других умом и силой.

А еще титан — элемент периодической таблицы Д.И.Менделеева, металл, получивший такое название из-за своей прочности и химической стойкости.

Словарь галлицизмов русского языка

ТИТАН I а, м. titan m., нем. Titan <гр.

1. В греческой мифологии — одно из божеств старшего поколения, детей Урана и Геи, восставших против олимпийцев. БАС-1. Борьба титанов и олимпийцев. Уш. 1940.

2. перен. Человек, отличающийся силой ума, таланта; выдающаяся героическая личность. БАС-1. Подхалюзин начинает соображать шансы своего положения. Человек он не гениальный, не герой и не титан, а очень обыкновенный смертный. Добролюбов Темное царство. Что там хочешь говори, а le titan d’ajjourd’hui c’est le millionaire. Д. Свияжский С того света. // Дело 1873 3 2 24. Интуитивистская модель сознания гуманнее и демократичнее рационалистской. Рационалист должен быть семи пядей во лбу, чтоб непрерывно удерживать в памяти .. последовательность рассуждений.. Он обречен быть титаном мысли масштаба Аристотеля или Гегеля, иначе ему придется капитулировать и объявить во всеуслышание, что он вообще ничего не понимает в происходящем. Звезда 2002 6 234.

♦ Титан мысли, поэзии и т. п. Национальный гений Англии .. воспрянул снова, и в лице Байрона явился в ней новый титан поэзии. Белинский О нар. поэзии. — Лекс. Алексеев 1773: Тита/н.

ТИТАН II а, м. titane m., titanium m., нем. Titan <н.-лат. минер. Химический элемент — серебристо-белый твердый металл. Уш. 1940. Титан. Спасский 1843 3 12. Получение ковкого титана. Использование титана. БАС-1.- Лекс. САН 1847: тита/н.

Словарь иностранных слов

ТИТАН (греч. Titan). 1) сын Неба и Весты, старший брать Сатурна, предок титанов. 2) металлоид темного цвета, открытый в 1719 г. 3) то же, что исполин.

Сканворды для слова титан

— Кипятильник с мифологическим именем.

— Этот металл не действует на живые ткани организма, а потому используется в хирургии для скрепления костей при переломах.

— Из чего сделан самый высокий памятник Юрию Гагарину в Москве?

— Самовар в вагоне.

— Химический элемент, Ti.

— Вулканы на этом крупнейшем спутнике Сатурна извергают не раскалённую лаву, а ледяную воду, пропан и метан.

— Каждый из узников Тартара.

— Самый большой из спутников планет Солнечной системы.

— Прибор для нагрева воды.

— Бог в древнегреческой мифологии.

— Роман Теодора Драйзера.

— Химический элемент, металл.

— Космический корабль США.

Полезные сервисы

титан (серия американских ракет-носителей)

Энциклопедический словарь

ТИТАН (серия американских ракет-носителей) — «ТИТА́Н», (Titan), серия американских ракет-носителей для запуска космического корабля «Джемини», искусственных спутников Земли и автоматических межпланетных станций; программа их разработки. «Титан» создан на базе межконтинентальной баллистической ракеты «Титан»; разработаны 2-, 3- и 4-ступенчатые варианты «Титана», используется жидкое и твердое топливо. Стартовая масса ок. 630 т, масса полезного груза, выводимого на околоземную орбиту, ок. 10 т.

Полезные сервисы

титан (спутник сатурна)

Энциклопедический словарь

ТИТАН (спутник Сатурна) — ТИТА́Н (латинское название Titan), спутник Сатурна (см. САТУРН (планета)), среднее расстояние до планеты 1,16 млн км, эксцентриситет орбиты 0,0288, период обращения вокруг планеты 15 сут 22 ч 47 мин. Экваториальный диаметр 5150 км; крупнейший спутник Сатурна и второй по величине в Солнечной системе, превосходит по размерам планету Меркурий (см. МЕРКУРИЙ (планета)) и карликовые планеты (см. КАРЛИКОВЫЕ ПЛАНЕТЫ) — Цереру (см. ЦЕРЕРА (планета)), Плутон (см. ПЛУТОН (планета)) и Эриду. Масса 1,3х10 23 кг; второй по массе спутник. Состоит из каменистого ядра радиусом 1700 км, содержащего 55% общей массы спутника, и жидкой оболочки из гидратов аммиака и метана, над которой располагается ледяная кора. Имеет слабое магнитное поле и атмосферу, состоящую преимущественно из азота.

Титан был открыт Христианом Гюйгенсом (см. ГЮЙГЕНС Христиан) 25 марта 1655, став шестым известным спутником после Луны (см. ЛУНА (спутник Земли)) и галилеевых спутников Юпитера (см. ЮПИТЕР (планета)). 13 августа 1907 по оптическим искажениям диска Титана на фоне диска Нептуна (см. НЕПТУН (планета)) испанский астроном Хосе Сола сделал выводы о возможном существовании атмосферы на спутнике. Зимой 1943/44 американский астроном Джерард Койпер провел спектральное исследование Титана, подтвердив ее существование. Титан оказался первым спутником, у которого обнаружили газовую оболочку.

Атмосфера Титана простирается на 200 км над поверхностью спутника и имеет плотность в 4 раза, а массу в 10 раз больше земной. Мощные слои облаков полностью скрывают поверхность Титана от наблюдений как с Земли, так и с близкого расстояния. Ни одна из исследовавших Титан АМС — «Пионер-11» (1979), «Вояджер-1» (1980), «Вояджер-2» (1981) и «Кассини» (с 2004) — не смогла сфотографировать детали рельефа спутника. 14 января 2005 наступил новый этап в исследовании Титана. На поверхность спутника осуществил мягкую посадку зонд «Гюйгенс». Зонд передал на землю первые снимки его каменистой поверхности, метановых дождей, рек, озер и тумана.

Название спутника было предложено Джоном Гершелем (см. ГЕРШЕЛЬ) в 1847 в честь Титанов (см. ТИТАНЫ).

Полезные сервисы

титан (химический элемент)

Энциклопедический словарь

ТИТАН (химический элемент) — ТИТА́Н (лат. Titanium, по имени исполинов греческой мифологии — титанов), Ti (читается «титан»), химический элемент с атомным номером 22, атомная масса 47,88. Расположен в группе IVB, в 4 периоде периодической системы элементов. Природный титан состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами 46 (7,95%), 47 (7,75%), 48 (73,45%), 49 (5,51%) и 50 (5,34%). Конфигурация внешнего и предвнешнего электронных слоев 3s 2 p 6 d 2 4s 2 . Степени окисления +4, +3, +2 (валентность IV,III, II). Радиус атома 0,149 нм, радиус иона Ti 4+ 0,065 нм (координационное число 6) и 0,088 нм (8) и 0,098 нм (8), радиус иона Ti 3+ 0,081 нм (6) и радиус иона Ti 2+ 0,100 нм (6). Энергии последовательной ионизации 6,820, 13,58, 27,48, 43,25 и 99,3 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,5. Сродство к электрону 0,39 эВ.

Открытие TiO ₂ сделали одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор (1789), который обнаружил TiO₂в минерале ильмените (см. ИЛЬМЕНИТ), и берлинский химик Клапрот (см. КЛАПРОТ Мартин Генрих) (1795-1797) — в минерале рутил (см. РУТИЛ). Название для элемента предложил Клапрот. Первый образец металлического титана получил в 1825 Й. Я. Берцелиус (см. БЕРЦЕЛИУС Йенс Якоб). Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркель и И. де Бур в 1925 термическим разложением паров иодида титана TiI₄.

Содержание в земной коре 0,57% по массе. В свободном виде не встречается. Известно более 100 минералов. Важнейшие из них: рутил TiO₂, ильменит (см. ИЛЬМЕНИТ) FeTiO₃, титаномагнетит (см. ТИТАНОМАГНЕТИТ) FeTiO₃ + Fe₃O₄, перовскит (см. ПЕРОВСКИТ) CaTiO₃и титанит (сфен) (см. ТИТАНИТ) CaTiOSiO₄. Различают коренные руды титана — ильментит-титано-магнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-циркониевые.

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO₂. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl₄:

Образующиеся пары TiCl₄при 850°C восстанавливают Mg (см. МАГНИЙ):

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Ильменитовые концентраты восстанавливают в электродуговых печах с последующим хлорированием возникающих титановых шлаков. Рaфинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl₄. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.

Физические и химические свойства

Титан — серебристо-белый металл. Существует в двух модификациях. Ниже 883°C устойчива гексагональная a-модификация, a = 0,2951 нм, c = 0,4697 нм. Плотность 4,505 кг/дм 3 . Выше 883°C устойчива b-модификация с кубической объемно-центрированной решеткой, а = 0,3269 нм. Плотность (при 900°C) 4,32кг/дм 3 . Температура плавления 1671°C, кипения 3260°C. Тi пластичен, сваривается в инертной атмосфере.

При обычной температуре покрывается защитной пленкой оксида TiO₂, благодаря этому коррозионностоек. Стандартный электродный потенциал пары Ti o /Ti 3+ -1,63 B, Ti 3+ /Ti 4+ — 0,20 В. Ti устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей. Легко реагирует с плавиковой кислотой (см. ФТОРИСТОВОДОРОДНАЯ КИСЛОТА), HF, образуя комплексный анион [TiCl₆] 2- .

При нагревании на воздухе до 1200°C Ti загорается с образованием оксидных фаз переменного состава TiO_x. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO₂. Гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O и диоксид TiO₂ амфотерны (см. АМФОТЕРНОСТЬ). TiO₂ взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na₂CO₃ или поташом K₂CO₃ оксид TiO₂ образует титанат:

При нагревании Ti взаимодействует с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ). Тетрахлорид титана TiCl₄ при обычных условиях — желтоватая сильно дымящая на воздухе жидкость, что объясняется сильным гидролизом TiCl₄ содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана. Восстановлением TiCl₄водородом (см. ВОДОРОД), Al (см. АЛЮМИНИЙ), Si (см. КРЕМНИЙ) (другими сильными восстановителями) получен трихлорид и дихлорид титана (TiCl₃, TiCl₂) — твердые вещества с сильно-восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с бромом (см. БРОМ) и иодом (см. ИОД).

С N₂ выше 400°C титан образует нитрид TiN_x(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с C (см. УГЛЕРОД) образуется карбид титана TiC_x (x=0,49-1,00). При нагревании Ti поглощает H₂ с образованием соединения переменного состава TiH_х (х=1,0). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H₂. Тi образует сплавы со многими металлами.

Большая часть производимого Ti используется для изготовления сплавов с алюминием, ванадием, молибденом, марганцем, хромом и другими металлами, коррозионно-стойких покрытий. Диоксид TiO₂ применяется при изготовлении титановых белил. Гидрид и дисульфид TiS₂,титана находят применение при создании источников тока.

Полезные сервисы

титан 1

Толковый словарь Ожегова

Полезные сервисы

титан 2

Толковый словарь Ожегова

ТИТА́Н 2, -а, м. Химический элемент Ч серебристо-белый лёгкий и твёрдый металл.

Полезные сервисы

титан 3

Толковый словарь Ожегова

ТИТА́Н 3, -а, м. Большой кипятильник для воды.

Полезные сервисы

титан байконур

Поговорки

Жарг. мол. Шутл. Певец Богдан Титомир. ЖЭМТ, 14.

Полезные сервисы

титан мысли

Синонимы к слову титан мысли

сущ., кол-во синонимов: 3

Полезные сервисы

титан-авгит

Слитно. Раздельно. Через дефис

Полезные сервисы

титан-алюминиевый

Слитно. Раздельно. Через дефис

Полезные сервисы

титан-бронза

Слитно. Раздельно. Через дефис

Полезные сервисы

титан-карбидный

Слитно. Раздельно. Через дефис

Полезные сервисы

титана диоксид

Энциклопедический словарь

Тита́на диокси́д — TiO₂, бесцветные кристаллы, t_пл 1842°C; химически очень стоек. В природе — минералы рутил, анатаз, брукит. Пигмент в производстве лакокрасочных материалов, пластмасс, бумаги и др.

ТИТАНА ДИОКСИД — ТИТА́НА ДИОКСИ́Д, TiO₂, бесцветные кристаллы, t_пл 1870 °С; химически очень стоек. В природе — минералы рутил, анатаз, брукит. Пигмент в производстве лакокрасочных материалов, пластмасс, бумаги и др.

Большой энциклопедический словарь

ТИТАНА ДИОКСИД — TiO2, бесцветные кристаллы, tпл 1870 .С; химически очень стоек. В природе — минералы рутил, анатаз, брукит. Пигмент в производстве лакокрасочных материалов, пластмасс, бумаги и др.

Полезные сервисы

титана семейство

Энциклопедия Кольера

ПОДГРУППА IVB. СЕМЕЙСТВО ТИТАНА

ТИТАН, ЦИРКОНИЙ, ГАФНИЙ

К переходным металлам относятся также элементы семейства титана Ti, Zr и Hf, отличающиеся удивительным сходством свойств. Последние два элемента (Zr и Hf) особенно близки по свойствам. Действительно, Hf был открыт благодаря рентгенографическому изучению цирконических материалов. Hf был первым элементом, открытым методом рентгенографии, и открыт он был спустя 140 лет после открытия циркония. Поэтому все значения атомной массы циркония, определенные до 1923, оказались неточны, так как Zr фактически всегда содержит некоторое количество гафния. Близкие к ковалентным атомные радиусы Zr и Hf, а также сходная внешняя электронная конфигурация d2s2 делают понятным большое сходство химических и многих физических свойств. Появление у гафния 32 протонов и около 50 нейтронов (в зависимости от изотопного состава) в том же объеме, что и у Zr, приводит к значительно большей плотности Hf по сравнению с его предшественником (см. табл. 11). Все три элемента подгруппы относятся к истинным металлам, проявляют хорошую электропроводность, обладают положительным электродным потенциалом, образуют типичные соли. Металличность в подгруппе несколько возрастает от титана к гафнию. Все эти металлы имеют стабильную степень окисления IV, тем не менее химическая связь в их галогенидах и некоторых других солях типично ковалентная. Они могут проявлять также степень окисления II и III, но из этих состояний легко окисляются до степени окисления IV.

Титан. Титан девятый по распространенности элемент земной коры. Его руды очень устойчивы к обычным реагентам. Развитие металлургии титана объясняется обнаружением у него полезных свойств способностью образовывать коррозионностойкие и термостойкие сплавы. Обычные восстановители, такие, как кокс и уголь, непригодны для выделения титана из его оксида TiO2, так как при этом образуются очень тугоплавкие и твердые карбиды титана типа TiC. Процесс получения титана заключается в пропускании газообразного Cl2 над TiO2 или FeTiO3 в присутствии углерода. Образующийся при этом летучий тетрахлорид титана TiCl4 выделяется из системы, а затем его конденсируют в жидкость (т. кип. 136° С) и очищают с помощью перегонки. Восстановление тетрахлорида до металла проводят магнием при 750900° С в инертной среде благородного газа, например аргона. Эффективным восстановителем является также натрий. Образующийся губчатый металлический титан необходимо спекать или нагревать до высоких температур для получения пластичного массивного слитка. Чистый пластичный металл получается и при восстановлении тетраиодида в водородной среде на нагретой вольфрамовой нити. Для производства титановых сталей используют титан, полученный восстановлением FeTiO3 углеродом. Обычно металл получают в виде ферротитанового сплава, который добавляют в расплав стали без дополнительной очистки. Добавки титана в сталь увеличивают ее прочность и ударную стойкость. Небольшая плотность титана, коррозионная стойкость и низкий коэффициент теплового расширения позволяют использовать эти сплавы в авиационной и ракетной технике. Проблемой для широкого применения является быстрое уменьшение прочности титановой стали при нагревании. Кроме того, при нагревании на поверхности сплава образуются оксиды и нитриды, что увеличивает ломкость. Карбиды, нитриды и бориды титана очень тугоплавки и тверды, поэтому их применяют в технологии режущего и сверлильного инструмента.

Цирконий и гафний. Руды циркония и гафния представляют собой силикаты и оксиды. Методы извлечения и выделения циркония и гафния довольно близки к методам, применяемым в металлургии титана. Чистый цирконий применяется в атомной энергетике, так как имеет очень низкое сечение захвата и поглощения нейтронов, а также высокую термо- и коррозионную стойкость. Добавки циркония улучшают свойства хромовых сталей. Применение гафния в промышленности осложняется трудностью его отделения от циркония и малой распространенностью в природе. Разделение гафния и циркония основано на небольшом различии в растворимости фторокомплексов ZrF62и HfF62. Разделение металлов возможно также методами ионного обмена и экстракции комплексных соединений.

Химические свойства. Существует некоторое различие в химических свойствах титана, с одной стороны, и циркония и гафния, с другой. Все металлы IVB подгруппы реагируют при нагревании с кислородом, образуя MO2. Диоксид титана TiO2 существует в природе в виде минерала рутила темнокоричневого вещества с примесями. TiO2 в промышленности получают по реакции TiCl4 со щелочью с последующим прокаливанием для удаления воды; получаемый таким способом TiO2 представляет собой белое инертное вещество, широко применяемое как пигмент; оно не ядовито и благодаря прочной адгезии используется в промышленности красок. При гидролизе TiCl4 образуется не истинный гидроксид Ti(OH)4, а гидратированный оксид, который существует в двух формах, a и b. При испарении или распылении TiCl4 во влажной среде получают дымовые завесы. При высокой температуре TiO2 переходит в оксид титана(III) Ti2O3. Монооксид TiO получается при прокаливании смеси Ti + TiO2. При сплавлении TiIVO2 с основаниями, например, NaOH или Na2CO3, получается титанат натрия Na2TiIVO3, что свидетельствует об амфотерности TiO2. Титан проявляет несколько более слабые металлические свойства, чем цирконий, так как TiCl4 почти не подвергается гидролизу, образуя TiOCl2. Более тяжелые металлы подгруппы легко образуют ионы MO22+.

Zr и Hf тоже образуют диоксиды ZrO2 и HfO2, а также полуторные оксиды Zr2O3 и Hf2O3 и монооксиды ZrO и HfO. Однако только образование диоксидов является общим для всей подгруппы. Гидроксиды Zr(OH)4 и Hf(OH)4, очевидно, не существуют, но при взаимодействии ионов этих металлов со щелочами образуются гидратированные оксиды. Образование гидроксидов с низшими степенями окисления металлов не установлено. Активность металлов по отношению к кислороду, кислотам и основаниям сильно зависит от чистоты металла. При действии сильных оснований на диоксиды образуются цирконаты MZrO3 и гафнаты MHfO3.

Галогениды. Большинство галогенидов всех трех элементов известно для всех степеней окисления металлов. Например, тетрахлорид титана TiCl4 получается в виде бесцветного газа при обработке TiO2 хлором при повышенных температурах в присутствии углерода. При конденсации образуется жидкость. TiCl4 похож на SiCl4, но имеет более высокую температуру кипения, что объясняется различием в строении молекул (у SiCl4 тетраэдрическая, а у TiCl4 искаженная структура). При восстановлении TiCl4 металлическим натрием получается TiCl2. Трихлорид титана TiCl3 образуется при восстановлении TiCl4 водородом. Хлориды, бромиды и иодиды всех трех металлов в низших степенях окисления интенсивно окрашены и неустойчивы. Соли Ti(III) находят применение в аналитической химии как восстановители. Тетрагалогениды легко принимают два галогенид-иона, образуя комплексные ионы: TiCl4 + 2Cl [[TiCl6]]2

Тетрафторид титана образуется при обработке TiCl4 парами фтороводорода HF:

TiCl4 + 4HF TiF4 + 4HCl

Среди других галогенидов известны TiI2 , TiI3, TiI4, ZrI4.

Сульфиды. При обработке TiCl4 сероводородом на холоду образуются TiS и сера, а при нагревании TiS2. Последний восстанавливается водородом до Ti2S3, а при действии HNO3 на TiS2 образуются соединение Ti(IV) и элементная сера. Цирконий и гафний также образуют моносульфиды и дисульфиды.

Комплексообразование. Увеличение металлического характера тяжелых членов семейства проявляется в образовании цирконил- и гафнил-ионов при гидролизе солей М(IV) в воде. Такое химическое сродство маленьких по размеру с большим положительным зарядом ионов способствует образованию многочисленных комплексных соединений с органическими оксосоединениями. Особенно устойчивы дикетонатные комплексы Zr(IV) и Hf(IV). Сильное комплексообразующее действие проявляется в образовании галогенидных комплексных ионов типа [[HfF7]]3с необычно большим и редким координационным числом 7.

Источник https://extxe.com/16319/metally-svojstva-harakteristiki-metallov/

Источник https://sanstv.ru/dict/%D1%82%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BD