TITANIUM OKSIDA (IV): STRUKTUR, SIFAT, KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The oksida titanium (IV) adalah putih kristal bukan organik pepejal yang formula kimia adalah TiO ₂ , jadi ia juga dikenali sebagai titanium dioksida. Ia wujud dalam tiga bentuk kristal: rutil, anatase, dan brookite. Walaupun di alam biasanya berwarna kerana adanya kekotoran seperti besi, kromium atau vanadium, TiO ₂ tulen digunakan sebagai pigmen putih.

Di antara ciri-cirinya, kami dapat menunjukkan bahawa kelarutan TiO _{2 sangat} bergantung pada sejarah kimia dan haba. Selain itu apabila dipanaskan hingga suhu tinggi (900 ºC) ia menjadi lengai secara kimia. Sumbernya yang paling penting adalah ilmenit (besi dan titanium oksida), rutil dan anatase.

Serbuk titanium dioksida. Pengunggah asal adalah Walkerma di Wikipedia Inggeris.

Ia dihasilkan terutamanya dalam kelas yang sesuai untuk digunakan sebagai pigmen, memastikan sifat penyerakan cahaya yang sangat baik dalam aplikasi yang memerlukan kelegapan putih dan kilauan.

Ia juga dihasilkan sebagai bahan ultra tipis, untuk aplikasi yang memerlukan ketelusan dan penyerapan ultraviolet maksimum (UV). Sebagai contoh, sebagai komponen pelindung matahari untuk kulit. Di dalamnya, TiO ₂ bertindak sebagai penapis, sehingga menyekat penyerapan sinar ini.

Oleh kerana kelembapan kimianya, ia adalah pigmen putih pilihan. Walau bagaimanapun, Pentadbiran Makanan dan Dadah Amerika Syarikat, atau FDA, telah menetapkan parameter untuk penggunaannya yang selamat dalam makanan dan kosmetik.

Terdapat juga batasan pendedahan terhadap debu titanium oksida, kerana ketika debu dihirup, ia dapat mendapan di paru-paru.

Struktur

TiO ₂ mempunyai tiga modifikasi kristal: rutil, anatase, dan brookite. Varieti kristal ini semua terdapat di alam semula jadi.

Rutil

Rutil mengkristal dalam sistem tetragonal dengan dua unit TiO ₂ setiap sel. Titanium diselaraskan secara oktahedra. Rutile telah ditunjukkan oleh kajian kalorimetrik sebagai bentuk kristal termal yang paling stabil.

Struktur kristal rutil. Bola kelabu: Titanium, Bola merah jambu: Oksigen. Sumber Keadaan Pepejal: Wikipedia Commons

Anatase

Bentuk ini juga mengkristal dalam sistem tetragonal, tetapi anatase berlaku dalam bentuk oktahedra atom oksigen yang sangat terdistorsi sehubungan dengan setiap atom titanium, dua di antaranya relatif lebih dekat. Ia mempunyai 4 unit TiO ₂ untuk setiap sel kristal.

Struktur kristal anatase. Benjah-bmm27 Sumber: Wikipedia Commons

Brookite

Ia mengkristal dalam sistem orthorhombic, dengan 8 unit TiO ₂ untuk setiap sel kristal.

Hartanah

Keadaan fizikal

Pepejal kristal.

Mohs kekerasan

Rutil: 7-7.5.

Anatase: 5.5-6.

Berat molekul

79.87 g / mol.

Takat lebur

Rutil: 1830-1850 ° C.

Anatase: semasa pemanasan menjadi rutil.

Ketumpatan

Rutil: 4,250 g / cm ³

Anatase: 4.133 g / cm ³

Brookite: 3,895 g / cm ³

Keterlarutan

Tidak larut dalam air dan pelarut organik. Larut perlahan dalam HF dan H ₂ SO ₄ pekat panas. Tidak larut dalam HCl dan HNO ₃ .

pH

7.5.

Indeks biasan

Rutil: 2,75 pada 550 nm.

Anatase: 2.54 pada 550 nm.

Ia mempunyai indeks biasan tertinggi dari semua pigmen bukan organik.

Harta lain

Anatase dengan cepat berubah menjadi rutil pada suhu melebihi 700ºC. TiO ₂ yang telah dikalsinasi pada suhu 900 ° C larut dengan lemah dalam asas, asid hidrofluorik dan asid sulfurik panas. Ia tidak diserang oleh asid anorganik atau asid organik yang lemah. Ia tidak mudah dikurangkan atau dioksidakan.

Anatase dan rutile adalah semikonduktor jalur lebar, tetapi kekonduksian elektriknya bergantung pada kehadiran kekotoran dan kecacatan pada kristal.

Tatanama

-Titanium dioksida

-Rutil

-Anatase

-Brookita

-Titania

Permohonan

Pigmen putih

Penggunaan oksida titanium (IV) yang paling penting adalah sebagai pigmen putih dalam pelbagai produk, termasuk cat, lakuer, pelekat, plastik, kertas, dan dakwat percetakan. Ini disebabkan oleh indeks biasannya yang tinggi dan kelembapan kimianya.

Sumber: Pexels.com

Titanium dioksida yang digunakan sebagai pigmen putih mestilah bersuci tinggi. Kelegapan dan kecerahannya berasal dari kemampuannya menyebarkan cahaya. Ia lebih terang daripada berlian. Hanya rutil dan anatase yang mempunyai sifat pigmentasi yang baik.

Plastik

Dalam plastik, TiO ₂ meminimumkan kerapuhan dan keretakan yang boleh berlaku akibat pendedahan cahaya.

Ini adalah pigmen yang paling penting dalam pembuatan artikel plastik PVC luaran, kerana ia memberikan perlindungan UV kepada bahan tersebut.

Bentuk kristal yang optimum dalam kes ini adalah rutil. Dalam aplikasi ini, rutil mesti mempunyai lapisan permukaan zirkonium, silika atau aluminium, untuk meminimumkan kesan fotokatalitik TiO ₂ dalam degradasi PVC.

Kegunaan lain

Kegunaan lain termasuk enamel vitreous yang digunakan pada besi dan besi tuang, yang mana ia memberikan kelegapan dan ketahanan terhadap asid.

Dalam industri tekstil ia digunakan dalam panduan benang, sehingga mudah meluncur semasa berputar. Geseran antara benang dan panduan menghasilkan elektrik statik. Untuk menghilangkannya, TiO ₂ mesti dibakar pada suhu 1300 ºC, agar ia mempunyai kekonduksian elektrik yang lebih besar.

Aplikasi lain termasuk pigmentasi dakwat percetakan, getah, tekstil, kulit, serat sintetik, seramik, simen putih, penutup lantai, dan bahan bumbung. Sebagai lapisan kertas, TiO ₂ menjadikannya lebih putih, lebih cerah, dan lebih legap.

Ia digunakan dalam kosmetik untuk membantu menutupi ketidaksempurnaan kulit, serta menjadikan ubat gigi dan sabun putih.

Ia melindungi makanan, minuman, makanan tambahan dan produk farmasi dari kemerosotan pramatang yang disebabkan oleh kesan cahaya, memanjangkan jangka hayat produk.

Ini adalah komponen dalam pengeluaran kaca, seramik dan elektrokeramik. Ia digunakan dalam elemen litar elektrik. Ia juga digunakan dalam sensor oksigen sistem ekzos kenderaan bermotor.

Ultrafine TiO ₂ digunakan sebagai komponen pelindung matahari, kerana ia adalah penyerap sinar ultraviolet (UV) yang kuat, baik UV-A dan UV-B. Sinar UV-A menyebabkan kedutan dan penuaan kulit, dan UV-B menyebabkan luka bakar dan eritema.

Nanopartikel TiO ₂ digunakan sebagai bahan sokongan untuk pemangkin tindak balas kimia.

Anatase adalah fotokatalis berkesan yang mengoksidakan sebatian organik. Semakin kecil zarahnya, semakin berkesan.

Rujukan

1. Cotton, F. Albert dan Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kimia Anorganik Lanjutan. John Wiley & Anak.
2. Kirk-Othmer (1994). Ensiklopedia Teknologi Kimia. Jilid 19 dan 24. Edisi Keempat. John Wiley & Anak.
3. Fakta Keselamatan Kimia. (2019). Titanium dioksida. Dipulihkan dari: chemicalsafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). Bahan Tambahan PVC. Dalam PVC Formulary (Edisi Kedua). Dipulihkan dari sciencedirect.com
5. Denning, R. (2009). Meningkatkan produk bulu menggunakan nanoteknologi. Dalam Kemajuan Teknologi Wool. Dipulihkan dari sciencedirect.com
6. Perpustakaan Perubatan Nasional. (2019). Titanium dioksida. Dipulihkan dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov