Volfram i titan

Volfram

Nomenklatura, podrijetlo i otkriće

Tungsten je izveden iz švedskog tung sten, ili "teški kamen". Zastupljen je simbolom W, koji je poznat kao Wolfram u mnogim europskim zemljama. Ovo potječe iz njemačkog jezika za "vukovu pjenu", kao što su rani rudari zamijetili da je mineral koji su nazivali wolframitom smanjio prinos kositra kada je bio prisutan u kositrenoj rudi, pa se činilo da konzumira kositar poput vuka koji proždire ovce. [I]

Godine 1779. Peter Woulfe pregledava sheelite iz Švedske i otkrio da sadrži novi metal. Dvije godine kasnije Carl Wilhelm Scheele smanjio je volfnu kiselinu iz tog minerala i izolirao kiselinski bijeli oksid. Još dvije godine kasnije, Juan i Fausto Elhuyar u Vergari, Španjolska, izolirali su isti metalni oksid iz identične kiseline reducirane od tirfamita. Zagrijali su metalni oksid ugljikom, smanjujući ga volfram metalu.

Fizička i kemijska svojstva

Tungsten je sjajan, srebrno bijeli metal i ima atomski broj 74 na periodičnoj tablici elemenata i standardnoj atomskoj težini (A_r) od 183.84 [ii]

Ima najvišu točku topljenja svih elemenata, ultra-visoke gustoće i vrlo je teška i stabilna. Ima najniži tlak pare, najniži koeficijent toplinske ekspanzije i najveća vlačna čvrstoća svih metala. Ta svojstva su zbog jakih kovalentnih veza izmedu volframovih atoma formiranih 5d elektrona. Atomi čine kubičnu kristalnu strukturu usmjerenu na tijelo.

Volfram je također vodljiv, relativno kemijski inertan, hipoalergentan i posjeduje svojstva zaštite od zračenja. Najčišći oblik volframa je lako savitljiv i izrađen kovanjem, ekstrudiranjem, crtanjem i sinteriranjem. Ekstrudiranje i crtanje uključuju guranje i povlačenje vruće volframa kroz "kalup" (kalup), dok je sinteriranje miješanje volframovog praha s drugim metalima u prahu kako bi se dobilo leguru.

Komercijalne namjene

Volframske legure su izuzetno teške, kao što je volfram karbid, koji se kombinira s keramikom u obliku "čelika velike brzine" - to se koristi za izradu bušilica, noževa i rezanje, piljenje i glodanje alata. Oni se koriste u industriji metala, rudarstvu, obradi drveta, građevinarstvu i naftnoj industriji i čine 60% komercijalne upotrebe volframa.

Tungsten se koristi u grijaćim elementima i visokotemperaturnim pećima. Također se nalaze u prigušnicama zrakoplovnih repova, jahti i trkaćih automobila, kao i utega i streljiva.

Kalcijev i magnezijev volfram se obično koriste za filamente u žarulju sa žarnom niti, ali se smatraju neučinkovitom energijom. Legura od volframa se, međutim, koristi u niskotemperaturnim supravodljivim krugovima.

Kristalne volfate se upotrebljavaju u nuklearnoj fizici i nuklearnoj medicini, rendgenskim i katodnim cijevima, elektrolučnim zavarivačkim elektrodama i elektronskim mikroskopima. Tungsten trioksid se koristi u katalizatorima, kao što je onaj koji se koristi u elektranama na ugljen. Ostale volframske soli se koriste u kemijskoj industriji i sunčanju.

Neke se legure upotrebljavaju kao nakit, a poznato je da tvore trajne magnete, a neki se superlegeti koriste kao prevlake otporne na habanje.

Volfram je najteži metal koji ima biološku ulogu, ali samo u bakterijama i arheama. Koristi ga enzim koji smanjuje karboksilne kiseline aldehidima. [Iii]

titanijum

Nomenklatura, podrijetlo i otkriće

Titan je izveden iz riječi "Titans", sinova božice Zemlje u grčkoj mitologiji. Velečasni William Gregor, amaterski geolog, primijetio je kako je magnet privučen crnim pijeskom potoka u Cornwallu 1791. godine. Analizirao je i naučio da pijesak sadrži željezni oksid (objašnjavajući magnetizam), kao i mineral poznat kao menachanit, što je zaključio od nepoznatog bijele metalne okside. Ovo je prijavio Royal Geological Society of Cornwall.

Godine 1795. pruski znanstvenik Martin Heinrich Klaproth iz Boinika istraživao je crvenu rudu poznatu kao Schörl iz Mađarske i nazvali element nepoznatog oksida koji je sadržavao Titanium. Također je potvrdio prisutnost titana u menachanitu.

Spoj TiO₂ je mineral poznat kao rutil. Titan se također pojavljuje u mineralima ilmenite i sphene, koji se uglavnom nalaze u ignejskim stijenama i sedimentima koji potječu od njih, ali se također distribuiraju diljem Zemljine litosfere.

Čisti titan prvi put je napravio Matthew A. Hunter 1910. godine u Institutu za veleučilište Rensselaer zagrijavanjem titanovog tetraklorida (proizveden zagrijavanjem titanovog dioksida s klorom ili sumporom) i natrijevim metalima u onom što se sada naziva Hunterov proces. William Justin Kroll potom je smanjio titanov tetraklorid s kalcijem 1932. godine, a kasnije je pročišćen pomoću magnezija i natrija. Ovaj dopušteni titan se koristi izvan laboratorija i ono što se danas naziva Krollovim procesom i danas se koristi komercijalno.

Vrlo visoka čistoća titana proizvedena je u malim količinama Anton Eduard van Arkel i Jan Hendrik de Boer u procesu jodida ili kristalnog stakla 1925. godine reakcijom titana s jodom i odvajanje pare formirane preko vruće niti.

Fizička i kemijska svojstva

Titan je tvrdi, sjajni, srebrno bijeli metal predstavljen simbolom Ti na periodičnom stolu. Ima atomski broj 22 i standardnu ​​atomsku težinu (A_r) od 47.867.Atomi čine heksagonalnu kristalnu strukturu koja je blisko zapakirana, što rezultira time da je metal jak kao čelik, ali mnogo manje gusto. Zapravo, titan ima najveći omjer čvrstoće i gustoće svih metala.

Titan je duktilan u okolišu bez kisika i može izdržati ekstremne temperature zbog relativno visoke točke taljenja. Nije magnetski i ima nisku električnu i toplinsku vodljivost.

Metal je otporan na koroziju morske vode, kisele vode i klora, kao i dobar reflektor infracrvenog zračenja. Kao fotokatalizator oslobađa elektrone u prisustvu svjetlosti, koji reagiraju s molekulama da stvaraju slobodne radikale koji ubijaju bakterije. [V]

Titan se dobro povezuje s kosti i nije toksičan, iako je fino titanij dioksid sumnjiv karcinogen. Cirkonij, najčešći izotop iz titana, ima mnogo različitih kemijskih i fizikalnih svojstava.

Komercijalne namjene

Titanij se najčešće koristi u obliku titanijevog dioksida, koji je glavni sastojak bijelog pigmenta koji se nalaze u bojama, plastici, emajlima, papiru, pasta za zube i aditiva za hranu E171 koja bjeloočava konditorske proizvode, sireve i glazure. Titanski spojevi su sastavni dio kreme za zaštitu od sunca i dimnih šljunka, koriste se u pirotehničkim tehnikama i poboljšavaju vidljivost u solarnim opservatorijima. [VI]

Titan se također koristi u kemijskoj i petrokemijskoj industriji i razvoju litijskih baterija. Određeni spojevi titana tvore komponente katalizatora, na primjer onaj koji se koristi za proizvodnju polipropilena.

Titan je poznat po svojoj upotrebi u sportskom opremu kao što su teniski reketi, golf klubovi i okviri za bicikle te elektronička oprema poput mobitela i prijenosnih računala. Njegove kirurške primjene uključuju uporabu u ortopedskim implantatima i medicinskim protezama.

Kada je legiran s aluminijem, molibdenom, željeznim ili vanadijem, titan se koristi za oblaganje alata za rezanje i zaštitne prevlake ili čak u nakit ili kao dekorativni završetak. TiO₂ premazi na površinu stakla ili pločica mogu smanjiti infekcije u bolnicama, spriječiti zamagljivanje bočnih pogleda u motorna vozila i smanjiti nakupljanje prljavštine na zgradama, kolovozima i cestama.

Titan predstavlja važan dio struktura izloženih morskoj vodi, kao što su uređaji za desalinizaciju, brodske i podmorske trupove i osovine propelera, kao i kondenzatorske cijevi elektrane. Ostale upotrebe uključuju izradu komponenti za zrakoplovnu i transportnu industriju i vojsku, kao što su zrakoplovi, svemirska letjelica, rakete, oklopna oprema, motori i hidraulički sustavi. Istraživanje se provodi kako bi se utvrdilo prikladnost titana kao materijala za spremanje nuklearnog otpada. iv

Ključne razlike između volframa i titana

• Volfram potječe iz minerala scheelite i wolframite. Titan se nalazi u mineralima ilmenite, rutile i sphene.
• Tungsten se proizvodi smanjenjem volframske kiseline iz minerala, izoliranjem metalnog oksida i reduciranjem u metal, zagrijavanjem ugljikom. Titan se proizvodi formiranjem titanovog tetraklorida putem kloridnih ili sulfatnih procesa i zagrijava ga magnezijem i natrijom.
• Tungsten je broj 74 na periodičnom stolu, s relativnom atomskom težinom 84. Titan je broj 22, s relativnom atomskom težinom 47.867.
• Atom volframi čine kubičnu kristalnu strukturu usmjerenu na tijelo. Titani atomi čine heksagonalnu kristalnu strukturu blisku.
• Tungsten je izuzetno jak, tvrdi i gust. Titan je vrlo jak i tvrdi te ima znatno manju gustoću.
• Volfram je malo magnetski i malo električki vodljiv. Titan je ne-magnetski i manje električki vodljivi.
• Volfram nije otporan na koroziju u slanoj vodi kao titan, a nije fotokatalizator poput titana.
• Volfram ima biološku ulogu, ali titan ne.
• Volfram je kovitljiv u svom najčišćem obliku. Titan je duktilan u okolišu bez kisika.

Tungsten se koristi u elementima za grijanje, utezi, niskotemperaturni supravodički krugovi i primjenjuju se u nuklearnoj fizici i elektroničkim uređajima. Titan se koristi u bijelim pigmentima, sportskoj opremi, kirurškim implantatima i morskim strukturama.