Титан химические свойства уравнения реакций

Металлы IV группы побочной подгруппы (Ti, Zr, Hf)

Титан(Titanium)

Титан входит в десятку самых распространённых элементов земной коры, в почвах и горных породах его обычно от 0,5 до 1,5 %. Однако некоторые местности особенно богаты титаном. Так, на острове Святой Елены, «где угасал Наполеон», содержание этого элемента достигает 2,5 %. Самые же богатые титаном почвы — краснозёмы двух островов Западного Самоа в Тихом океане: в них титана до 12%! Будь этот регион поближе к промышленно развитым странам, вероятно, открытие столь распространённого элемента состоялось бы намного раньше.

По сравнению с другими часто встречающимися металлами титан дороже, поскольку его очень сложно извлекать из руд: он исключительно прочно связан с кислородом. Как и все наиболее распространённые элементы, титан неизбежно присутствует в живых организмах. У взрослого человека в селезенке, надпочечниках и щитовидной железе содержится примерно 20 мг титана. Однако его роль в точности пока не выяснена. Точно установлено, что титан совершенно не ядовит. В медицинской литературе описан случай, когда человек съел почти полкилограмма TiO₂ – и никаких последствий.

Кристаллы рутила

Еще в начале ХХ в. никто не предполагал, что через каких-нибудь 30—50 лет малоизвестный металл титан войдет в число самых важных конструкционных материалов и сплавов, используемых в современной технике.

Однако все по порядку. Хотя минералы титана — рутил TiО₂ и ильменит FeTiО₆ широко распространены в природе, этот элемент долгие годы оказывался «в тени», его соединения не являлись предметом специальных исследований. Лишь в 1795 г. известный немецкий химик Мартин Клапрот выделю титан из рутила. Новооткрытый элемент был назван в честь титанов – сыновей Урана (Неба) и Геи (Земли), низверженных Зевсом в царство тьмы. В 1910 г. металлический титан чистотой 99% удалось получить американскому исследователю Майклу Хантеру при восстановлении тетрахлорида титана металлическим натрием:

TiCl₄ + 4Na → Ti + 4NaCl.

Изучив свойства полученного металла, Хантер пришел к выводу, что большого будущего у титана нет – он слишком хрупок и непригоден к механической обработке. Прошло еще 15 лет, и два нидерландских химика А. ванн Аркель и И. де Бур, открыли новый способ получения тугоплавких металлов высокой степени чистоты. Они нагревали титан с небольшим количеством йода в специальном приборе. Образующийся тетрайодид титана подвергался термическому разложению в вакууме, выделяющийся при этом титан конденсировался на раскаленной вольфрамовой нити, а освобождающийся йод вступал в реакцию с новой порцией титана, вновь образуя йодид. Титан, очищенный йодидным способом, содержал всего 0,05 % примесей, и его свойства значительно отличались от тех, которые описал Хантер.

Титан

Как оказалось, чистый титан обладает невероятной пластичностью – из него можно получить тончайшую фольгу. По прочности титан превосходит железо, а его коррозионная стойкость исключительно высока – металл можно хранить в морской воде. Наконец, титан тугоплавок (t_пл = 1668 о С). Благодаря этим замечательным свойствам он стал незаменимым конструкционным материалом. Титан составляет основу большинства сплавов, используемых в судостроении, авиационной, космической и ядерной технике.

Распространенность титана в земной коре очень велика, и хотя производство его обходится недешево, нет сомнений в том, что титан – металл не только нашего времени, но и будущего.

Химические свойства титана

Хотя прочная оксидная плёнка надежно защищает титан от окисления, он довольно легко растворяется в плавиковой и концентрированной соляной кислотах:

Свойства титана удивительным образом изменяются при высоких температурах. Нагретый до 800 — 1000 о С, он реагирует не только с галогенами и кислородом, но и с бором, серой, углеродом и даже азотом, образуя твёрдые и хрупкие соединения, примеси которых сильно ухудшают механические свойства металла.

В соединениях титан проявляет, как правило, две степени окисления: +3 и +4. Белый тугоплавкий (t_пл =1870 о С) порошок оксида титана (IV) TiO₂ получается при сгорании титана в атмосфере кислорода. Прокаленный при высокой температуре TiО₂ химически инертен и используется для приготовления титановых белил. Свежеосажденный TiО₂ проявляет свойства амфотерного оксида — растворяется в концентрированных щелочах и сильных кислотах с образованием бесцветных растворов титанатов и солей титанила TiО 2+ .

При спекании TiО2 с оксидом, пероксидом или карбонатом щелочного или щёлочноземельного металла образуются безводные титанаты:

Титанат бария BaTiO₃ (t_пл= 1705 о С) проявляет свойства пьезоэлектрика и используется в технике.

При производстве титана рутил TiО₂ переводят в хлорид TiCl₄ нагреванием с углём в токе хлора:

Тетрахлорид титана TiCl₄ — летучая бесцветная жидкость (t_пл = -24 o С, = 136 о C), легко гидролизующаяся водой. Для получения металла ее восстанавливают натрием или магнием в атмосфере аргона. Такой способ производства титана гораздо проще, нежели прямое восстановление рутила.

Водные растворы соединений трёхвалентного титана окрашены в фиолетовый цвет. В инертной атмосфере они устойчивы, но кислород воздуха медленно окисляет их до производных Ti(IV). При действии щелочей на соли Ti(III) образуется пурпурный осадок гидроксида Ti(OH)₃.

Поразительна химическая стойкость чистого титана, нередко она более высокая, чем у благородных металлов. На титан, например, не действуют хлорная вода, смесь концентрированных азотной и серной кислот и даже царская водка (золото во всех этих жидкостях растворяется). Объясняется это тем, что уже при обычных условиях на поверхности титана образуется прочная защитная плёнка оксида; под действием же окислителей она становится ещё толще и прочнее.

Исключительно стоек титан и к коррозии. Если в морскую воду погрузить пластинки из алюминия, монеля (медно-никелевого сплава, который используется для чеканки монет), нержавеющей стали и титана толщиной 1 мм, их судьбы окажутся разными. Алюминиевая пластинка уже через несколько дней покроется серыми пятнами (точечная коррозия), а через пять месяцев разрушится. Монелевая — станет тёмно-зелёной из-за взаимодействия меди и никеля с агрессивной морской водой, а примерно год спустя её постигнет судьба алюминиевой. Стальная пластинка продержится года четыре, постепенно покрываясь ржавыми пятнами. Кстати, ракушки и водоросли заметно ускоряют разрушение стали. Титановая же пластинка даже через тысячу лет (!) останется почти невредимой: коррозия проникнет в неё всего на 0,02 мм. В этом отношении титан по стойкости не уступает платине.

Но и у титана есть своя «ахиллесова пята» — он очень «боится» соединений фтора. Во фтороводородной (плавиковой) кислоте обычно стойкий металл растворяется чуть ли не так же быстро, как магниевая стружка в соляной кислоте.

Цирконий(Zirconium) и гафний(Hafnium)

Вместе с титаном в состав побочной подгруппы IV группы входят цирконий и гафний. Цирконий был открыт М. Клапротом за несколько лет до титана – в 1789 г. Название ему дали по минералу циркону. Цирконий – не редкий, но рассеянный элемент. В земной коре его больше, чем меди, олова или цинка, однако распыленность циркония настолько велика, что его применение долгое время оставалось ограниченным из-за очень высокой стоимости производства.

Еще более рассеянным элементом оказался гафний. Его открыли голландец Дирк Костер и венгр Дьёрдь Хевеши в 1923 г. в виде примеси к цирконию. Гафний назвали в честь древнего наименования Копенгагена – Гафниа, хотя вначале для него предлагали имя «даний».

Химия циркония и гафния в целом похожа на химию титана. Следует отметить два основных отличия. Первое: для этих двух металлов характерна только одна степень окисления (+4). Второе: цирконий и гафний еще более инертны, чем титан. Растворить их можно лишь в смеси плавиковой и концентрированной азотной кислот:

В этой реакции азотная кислота является окислителем, а плавиковая связывает ионы металла в прочный комплекс. При взаимодействии циркония с йодом образуется йодид циркония ZrI₄ – желтое кристаллическое вещество, легко возгоняющееся при температуре около 430 о С.

Оксид ZrO₂ очень тугоплавок (t_пл = 2700 о С) и инертен при высоких температурах. С добавками оксидов иттрия или кальция его применяют как огнеупорный материал, используют в производстве защитных плёночных покрытий, а также тугоплавких и прочных стёкол.

Гафний

Применение циркония

Очень чистый цирконий обладает замечательными свойствами — он жаропрочен, тугоплавок, устойчив к кислотам. Из него изготовляют многие ответственные детали: от кислотостойких клапанов в аппаратах для химической промышленности до скобок и пластин, которыми скрепляют кости при хирургических операциях. Но прежде всего это важнейший конструкционный материал, необходимый при строительстве ядерных реакторов. Цирконий отличается низкой теплопроводностью, большой механической прочностью и стойкостью к коррозии, а главное — не задерживает нейтроны, высвобождающиеся в реакции деления атомных ядер и, следовательно, не мешает протеканию реакции расщепления ядерного топлива на АЭС. Конкурентом циркония в этом отношении мог бы стать магний, но он легкоплавок и к тому же быстро окисляется кислородом воздуха.

При использовании циркония возникли совершенно другие проблемы. В природе цирконий неразлучен со своим верным спутником гафнием: в любой циркониевой руде содержание гафния колеблется от 0,5 до 3%. Но уже 0,5-процентная примесь гафния делает цирконий непригодным для применения в ядерной технике, поскольку гафний захватывает нейтроны в 500 раз интенсивнее циркония. Из гафния делают стержни, замедляющие и даже полностью прекращающие ядерную реакцию деления. Проблему отделения циркония от гафния учёным удалось решить, но при этом цена циркония (чистотой 99,7%) возросла в десятки раз. Тем не менее, замены цирконию нет, и сейчас ежегодно до 10 тыс. тонн этого металла идёт на нужды ядерной техники.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Титан» Титан.doc (305 Загрузок)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

*на изображении записи минерал рутил

Свойства соединений титана.

Общая характеристика. История открытия

Титан (Titanium), Ti,— химический элемент IV группы периодической системы элементов Д. И. Мен­делеева. Порядковый номер 22, атомный вес 47,90. Состоит из 5 устойчивых изотопов; получены также искус­ственно радиоактивные изотопы.

В 1791 году английский химик У. Грегор нашёл в песке из местечка Менакан (Англия, Корнуолл) новую «зем­лю», названную им менакановой. В 1795 году немецкий хи­мик М. Клаирот открыл в минерале рутиле неиз­вестную еще землю, металл которой он назвал Титан [в греч. мифологии титаны — дети Урана (Неба) и Геи (Земли)]. В 1797 году Клапрот доказал тождество этой земли с открытой У. Грегором. Чистый титан выде­лен в 1910 году американским химиком Хантером посредством восстановления четырёххлористого титана натрием в же­лезной бомбе.

Нахождение в природе

Титан относится к числу наиболее распространённых в природе элементов, его содержание в земной коре составляет 0,6% (весовых). Встречается главным образом в ви­де двуокиси TiO₂ или её соединений — титанатов. Известно свыше 60 минералов, в состав которых входит титан Он содержится также в поч­ве, в животных и растительных организмах. Ильме­нит FeTiO₃ и рутил TiO₂ служат основным сырьём для получения титана. В качестве источника титана приобретают значение шлаки от плавки титано-магнетитов и ильменита.

Физические и химические свойства

Титан существует в двух состояниях: аморфный — темносерый порошок, плотность 3,392—3,395г/см 3 , и кристаллический, плотность 4,5 г/см 3 . Для кристаллического титана известны две модификации с точкой перехода при 885° (ниже 885° устойчивая гексагональная фор­ма, выше — кубическая); t°_пл около 1680°; t°_кип выше 3000°. Титан активно поглощает газы (водород, кислород, азот), которые делают его очень хрупким. Технический металл поддаётся горячей обработ­ке давлением. Совершенно чистый металл может быть прокатан на холоду. На воздухе при обыкновенной температуре титан не изменяется, при накаливании образует смесь окиси Ti₂O₃ и нитрида TiN. В токе кислорода при красном калении окисляется до двуокиси TiO₂. При высоких температурах реаги­рует с углеродом, кремнием, фосфором, серой и др. Устойчив к морской воде, азотной кислоте, влажному хлору, органическим кислотам и сильным щелочам. Рас­творяется в серной, соляной и плавиковой кислотах, лучше всего — в смеси HF и HNO₃. Добавление к кислотам окислителя предохраняет металл от кор­розии при комнатной температуре. Галогениды четырёхвалентного титана, за исключением TiCl₄ — кристаллические тела, легкоплавкие и летучие в водном растворе гидрализованы, склонны к образованию комплексных соединений, из которых в технологии и аналитической практике имеет значение фтортитанат калия K₂TiF₆. Важное значение имеют карбид TiC и нитрид TiN— металлоподобные вещества, отличающиеся большой твёрдостью (карбид титан тверже карборунда), туго­плавкостью (TiC, t°_пл = 3140°; TiN, t°_пл = 3200°) и хо­рошей электропроводностью.

Химический элемент №22. Титан.

Электронная формула титана имеет вид: 1s 2 |2s 2 2p 6 |3s 2 3p 6 3d 2 |4s 2 .

Порядковый номер титана в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева – 22. Номер элемента обозначает заряд ярда, следовательно у титана заряд ядра — +22, масса ядра – 47,87. Титан находится в четвертом периоде, в побочной подгруппе. Номер периода указывает на количество электронных слоев. Номер группы обозначает количество валентных электронов. Побочная подгруппа указывает на то, что титан относится к d-элементам.

Титан имеет два валентных электрона на s-орбитали внешнего слоя и два валентных электрона на d-орбитали предвнешнего слоя.

Квантовые числа для каждого валентного электрона:

3d 1	3d 2	4s 1	4s 2
N
l
ml	-2	-1
ms	+1/2	+1/2	+1/2	-1/2

Распределение валентных электронов по энергетическим уровням:

Титан

Название, символ, номерТитан / Titanium (Ti), 22Атомная масса
(молярная масса)47,867(1) а. е. м. (г/моль)Электронная конфигурация[Ar] 3d 2 4s 2Радиус атома147 пмКовалентный радиус132 пмРадиус иона(+4e)68 (+2e)94 пмЭлектроотрицательность1,54 (шкала Полинга)Электродный потенциал−1,63Степени окисления2, 3, 4Энергия ионизации
(первый электрон)657,8 (6,8281) кДж/моль (эВ)Плотность (при н. у.)4,54 г/см³Температура плавления1670 °C
1943 KТемпература кипения3560 KУд. теплота плавления18,8 кДж/мольУд. теплота испарения422,6 кДж/мольМолярная теплоёмкость25,1 Дж/(K·моль)Молярный объём10,6 см³/мольСтруктура решёткигексагональная
плотноупакованная (α-Ti)Параметры решёткиa=2,951 с=4,697 (α-Ti)Отношение c/a1,587Температура Дебая380 KТеплопроводность(300 K) 21,9 Вт/(м·К)Номер CAS7440-32-6

Титан — химический элемент с атомным номером 22. Принадлежит к 4-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к побочной подгруппе IV группы, или к группе IVB), находится в четвёртом периоде таблицы. Атомная масса элемента 47,867(1) а. е. м . Обозначается символом Ti. Простое вещество титан — лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой коррозионной стойкостью.

Содержание

• 1 История
• 2 Происхождение названия
• 3 Нахождение в природе
• 4 Месторождения
• 5 Запасы и добыча
• 6 Получение
• 7 Физические свойства
  • 7.1 Изотопы
• 8 Химические свойства
• 9 Применение
  • 9.1 В чистом виде и в виде сплавов
  • 9.2 В виде соединений
  • 9.3 Анализ рынков потребления
  • 9.4 Цены
• 10 Физиологическое действие

История

Открытие диоксида титана (TiO₂) сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1791), выделил новую «землю» (оксид) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 году немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — оксиды одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз: французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные оксиды титана.

Первый образец металлического титана получил в 1825 году швед Й. Я. Берцелиус. Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 году термическим разложением паров иодида титана TiI₄.

Титан не находил промышленного применения, пока люксембуржец Г. Кролл в 1940 году не запатентовал простой магниетермический метод восстановления металлического титана из тетрахлорида; этот метод процесс Кролла до настоящего времени остаётся одним из основных в промышленном получении титана.

Происхождение названия

Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи. Название элементу дал Мартин Клапрот в соответствии со своими взглядами на химическую номенклатуру в противовес французской химической школе, где элемент старались называть по его химическим свойствам. Поскольку немецкий исследователь сам отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду, он подобрал для него имя из мифологии, по аналогии с открытым им ранее ураном.

Нахождение в природе

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре — 0,57 % по массе, в морской воде — 0,001 мг/л . В ультраосновных породах 300 г/т , в основных — 9 кг/т , в кислых 2,3 кг/т , в глинах и сланцах 4,5 кг/т . В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al₂O₃. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO₂ по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO₂, ильменит FeTiO₃, титаномагнетит FeTiO₃ + Fe₃O₄, перовскит CaTiO₃, титанит (сфен) CaTiSiO₅. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

Месторождения

Крупные коренные месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Канады, США, Китая, Норвегии, Швеции, Египта, Австралии, Индии, Южной Кореи, Казахстана; россыпные месторождения имеются в Бразилии, Индии, США, Сьерра-Леоне, Австралии. В странах СНГ ведущее место по разведанным запасам титановых руд занимает РФ (58,5 %) и Украина (40,2 %). Крупнейшее месторождение в России — Ярегское.

Запасы и добыча

Основные руды: ильменит (FeTiO₃), рутил (TiO₂), титанит (CaTiSiO₅).

По данным на 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO₂. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтверждённые запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49,7—52,7 млн т. Таким образом, при нынешних темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений (Ярегское) находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн руды со средним содержанием диоксида титана около 10 %.

Крупнейший в мире производитель титана — российская компания «ВСМПО-АВИСМА».

Получение

Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а невосстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.

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 TiCl₄ при 850 °C восстанавливают магнием:

Кроме этого, в настоящее время начинает получать популярность так называемый процесс FFC Cambridge, названный по именам его разработчиков Дерека Фрэя, Тома Фартинга и Джорджа Чена из Кембриджского университета, где он был создан. Этот электрохимический процесс позволяет осуществлять прямое непрерывное восстановление титана из оксида в расплаве смеси хлорида кальция и негашёной извести (оксида кальция). В этом процессе используется электролитическая ванна, наполненная смесью хлорида кальция и извести, с графитовым расходуемым (либо нейтральным) анодом и катодом, изготовленным из подлежащего восстановлению оксида. При пропускании через ванну тока температура быстро достигает

1000—1100 °C, и расплав оксида кальция разлагается на аноде на кислород и металлический кальций:

Полученный кислород окисляет анод (в случае использования графита), а кальций мигрирует в расплаве к катоду, где и восстанавливает титан из его оксида:

Образующийся оксид кальция вновь диссоциирует на кислород и металлический кальций, и процесс повторяется вплоть до полного преобразования катода в титановую губку либо исчерпания оксида кальция. Хлорид кальция в данном процессе используется как электролит для придания электропроводности расплаву и подвижности активным ионам кальция и кислорода. При использовании инертного анода (например, диоксида олова), вместо углекислого газа на аноде выделяется молекулярный кислород, что меньше загрязняет окружающую среду, однако процесс в таком случае становится менее стабильным, и, кроме того, в некоторых условиях более энергетически выгодным становится разложение хлорида, а не оксида кальция, что приводит к высвобождению молекулярного хлора.

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан йодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl₄. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электронно-лучевую или плазменную переработку.

Физические свойства

Титан — лёгкий серебристо-белый металл. При нормальном давлении существует в двух кристаллических модификациях: низкотемпературный α -Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (гексагональная сингония, пространственная группа C6mmc, параметры ячейки a = 0,2953 нм , c = 0,4729 нм , Z = 2 ) и высокотемпературный β -Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой (кубическая сингония, пространственная группа Im3m, параметры ячейки a = 0,3269 нм , Z = 2 ), температура перехода α↔β 883 °C, теплота перехода ΔH =3,8 кДж/моль (87,4 кДж/кг). Большинство металлов при растворении в титане стабилизируют β -фазу и снижают температуру перехода α↔β . При давлении выше 9 ГПа и температуре выше 900 °C титан переходит в гексагональную фазу ( ω -Ti). Плотность α -Ti и β -Ti соответственно равна 4,505 г/см³ (при 20 °C) и 4,32 г/см³ (при 900 °C). Атомная плотность α-титана 5,67⋅10 22 ат/см³ .

Температура плавления титана при нормальном давлении равна 1670 ± 2 °C, или 1943 ± 2 К (принята в качестве одной из вторичных калибровочных точек температурной шкалы ITS-90. Температура кипения 3287 °C. При достаточно низкой температуре (-80 °C), титан становится довольно хрупким. Молярная теплоёмкость при нормальных условиях C_p = 25,060 кДж/(моль·K) , что соответствует удельной теплоёмкости 0,523 кДж/(кг·K) . Теплота плавления 15 кДж/моль , теплота испарения 410 кДж/моль . Характеристическая дебаевская температура 430 К . Теплопроводность 21,9 Вт/(м·К) при 20 °C. Температурный коэффициент линейного расширения 9,2·10 −6 К −1 в интервале от −120 до +860 °C. Молярная энтропия α -титана S 0 = 30,7 кДж/(моль·К). Для титана в газовой фазе энтальпия формирования ΔH 0
f = 473,0 кДж/моль , энергия Гиббса ΔG 0
f = 428,4 кДж/моль , молярная энтропия S 0 = 180,3 кДж/(моль·К) , теплоёмкость при постоянном давлении C_p = 24,4 кДж/(моль·K)

Удельное электрическое сопротивление при 20 °C составляет 0,58 мкОм·м (по другим данным 0,42 мкОм·м), при 800 °C 1,80 мкОм·м. Температурный коэффициент сопротивления 0,003 К −1 в диапазоне 0…20 °C.

Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Прочностные характеристики мало зависят от температуры, однако сильно зависят от чистоты и предварительной обработки. Для технического титана твёрдость по Виккерсу составляет 790—800 МПа , модуль нормальной упругости 103 ГПа , модуль сдвига 39,2 ГПа . У высокочистого предварительно отожжённого в вакууме титана предел текучести 140—170 МПа, относительное удлинение 55—70 %, твёрдость по Бринеллю 716 МПа .

Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей плёнкой оксида TiO₂, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

Температура перехода в сверхпроводящее состояние 0,387 К. При температурах выше 73 кельвин титан парамагнитен. Магнитная восприимчивость при 20 °C составляет 3,2·10 −6 . Постоянная Холла α -титана равна +1,82·10 −13 .

Изотопы

Известны изотопы титана с массовыми числами от 38 до 63 (количество протонов 22, нейтронов от 16 до 41), и 2 ядерных изомера.

Природный титан состоит из смеси пяти стабильных изотопов: 46 Ti (изотопная распространенность 7,95 %), 47 Ti (7,75 %), 48 Ti (73,45 %), 49 Ti (5,51 %), 50 Ti (5,34 %).

Среди искусственных изотопов самые долгоживущие 44 Ti (период полураспада 60 лет) и 45 Ti (период полураспада 184 минуты).

Химические свойства

Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен. Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки — 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.

Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H₃PO₄ и концентрированной H₂SO₄). Титан устойчив к влажному хлору и водным растворам хлора.

Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF₆] 2− . Титан наиболее подвержен коррозии в органических средах, так как в присутствии воды на поверхности титанового изделия образуется плотная пассивная плёнка из оксидов и гидрида титана. Наиболее заметное повышение коррозионной стойкости титана заметно при повышении содержания воды в агрессивной среде с 0,5 до 8,0 %, что подтверждается электрохимическими исследованиями электродных потенциалов титана в растворах кислот и щелочей в смешанных водно-органических средах.

При нагревании на воздухе до 1200 °C Ti загорается ярким белым пламенем 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.

TiO₂ взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na₂CO₃ или поташом K₂CO₃ оксид TiO₂ образует титанаты:

При нагревании Ti взаимодействует с галогенами (например, с хлором — при 550 °C). Тетрахлорид титана TiCl₄ при обычных условиях — бесцветная жидкость, сильно дымящая на воздухе, что объясняется гидролизом TiCl₄, содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.

Восстановлением TiCl₄ водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl₃ и TiCl₂ — твёрдые вещества, обладающие сильными восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br₂ и I₂.

С азотом N₂ выше 400 °C титан образует нитрид TiN_x (x = 0.58—1.00). Титан — единственный элемент, который горит в атмосфере азота.

При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiC_x (x = 0.49—1.00).

При нагревании Ti поглощает H₂ с образованием соединения переменного состава TiH_x (x = 2.00—2.98). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H₂.

Титан образует сплавы и интерметаллические соединения со многими металлами.