Ossido di titanio (IV) Struttura, proprietà, usi

Lui ossido di titanio (IV) È un solido inorganico bianco cristallino la cui formula chimica è zio₂, Quindi è anche noto come biossido di titanio. Esiste in tre forme cristalline: Rutilo, Anatasa e Brookita. Sebbene in natura sia di solito colorato a causa della presenza di impurità come ferro, cromo o vanadio, lo zio₂ Pure è usato come pigmento bianco.

Tra le sue caratteristiche possiamo evidenziare che la solubilità dello zio₂ Dipende considerevolmente dalla sua storia chimica e termica. Così come questo quando viene riscaldato a temperature elevate (900 ºC) diventa chimicamente inerte. Le sue fonti più importanti sono ilmenite (ferro e ossido di titanio), rutilo e anatasi.

Polvere di biossido di titanio. Il caricatore originale era Walkerma alla Wikipedia inglese. [Dominio pubblico]

Si verifica principalmente a un grado adeguato per l'uso come pigmento, che garantisce le sue eccellenti proprietà di dispersione della luce in applicazioni che richiedono opinibilità bianca e luminosità.

Si verifica inoltre come materiale ultrafino, per le applicazioni in cui è richiesta la trasparenza e il massimo assorbimento dei raggi ultravioletti (UV). Ad esempio, come componente di filtri solari per la pelle. In questi, lo zio₂ Agisce da filtro, bloccando così l'assorbimento di questi raggi.

A causa della sua inerzia chimica, è il pigmento bianco preferito. Tuttavia, la Food and Drug Administration degli Stati Uniti, o FDA (acronimo di inglese O.S. Food and Drug Administration), ha stabilito i parametri per un uso sicuro in cibo e cosmetici.

C'è anche un limite di esposizione alla polvere di ossido di titanio, poiché quando viene inalata la polvere, può essere depositata nei polmoni.

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Struttura

Lo zio₂ Ha tre modifiche cristalline: Rutilo, Anatasa e Brookita. Queste varietà cristalline sono tutte in natura.

Rutilo

Rutho si cristallizza nel sistema tetragonale con due unità TIO₂ per ogni cella. Il titanio è coordinato ottaéconico. È stato dimostrato dagli studi calorimetrici che Rutilo è la forma cristallina più stabile.

Struttura cristallina di rutilo. Pallie grigie: titanio, palline rosa: ossigeno. Stato solido [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)] Fonte: Wikipedia Commons

Anatasa

Questa forma si cristallizza nel sistema tetragonale, ma l'anatasi è presentata sotto forma di otti di atomi di ossigeno molto distorti rispetto ad ogni atomo di titanio, due dei quali sono relativamente più vicini. Ha 4 unità di zio₂ Per ogni cellula cristallina.

Struttura cristallina dell'anatasi. Benjah-bmm27 [dominio pubblico] Fonte: Wikipedia Commons

Brookita

Cristallizza nel sistema ortorrombico, con 8 unità TIO₂ Per ogni cellula cristallina.

Proprietà

Stato fisico

Solido cristallino.

Durezza MOHS

Rutilo: 7-7.5.

Anatasa: 5.5-6.

Peso molecolare

79,87 g/mol.

Punto di fusione

Rutilo: 1830-1850 ºC.

Anatasa: quando il riscaldamento diventa Rutilo.

Densità

Rutilo: 4.250 g/cm³

Anatasa: 4.133 g/cm³

Brookita: 3.895 g/cm³

Solubilità

Insolubile in acqua e solventi organici. Si dissolve lentamente in HF e H₂SW₄ Concentrato caldo. Insolubile in hcl e hno₃.

ph

7.5.

Indice di rifrazione

Rutilo: da 2,75 a 550 nm.

Anatasa: da 2,54 a 550 nm.

Ha il più alto indice di rifrazione di tutti i pigmenti inorganici.

Altre proprietà

L'anatasi viene rapidamente trasformata in rutilo a temperature superiori a 700 ºC. Lo zio₂ che è stato calcinato a 900 ° C è disciolto debolmente in basi, acido fluororico e acido solforico caldo. Non viene attaccato da acidi inorganici deboli o acidi organici. Non è facilmente ridotto o ossidato.

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Anatase e Rutil.

Nomenclatura

-Diossido di titanio

-Rutilo

-Anatasa

-Brookita

-Titania

Applicazioni

Pigmenti bianchi

L'uso più importante dell'ossido di titanio (IV) è come il pigmento bianco in un'ampia varietà di prodotti, che includono vernici, laccati, adesivi, materie plastiche, carta e inchiostri. Ciò è dovuto al suo alto indice di rifrazione e alla sua inerzia chimica.

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Il biossido di titanio usato come pigmento bianco deve avere un'alta purezza. La sua opacità e luminosità derivano dalla sua capacità di disperdere la luce. È più luminoso del diamante. Solo Rutilo e Anatase hanno buone proprietà di pigmentazione. 

Plastica

Nella plastica lo zio₂ Riduce al minimo la fragilità e il cracking che possono verificarsi a causa dell'esposizione alla luce.

È il pigmento più importante nella produzione di articoli in plastica in PVC esterni, perché fornisce protezione UV al materiale.

La forma cristallina ottimale in questo caso è Rutilo. In questa applicazione, il rutilo deve avere un rivestimento superficiale di zirconio, silice o alluminio, per ridurre al minimo l'effetto fotocatalitico dello zio₂ Nel degrado del PVC.

Altri usi

Altri usi includono smalti vitrei usati in acciaio fuso e ferro, che conferiscono opacità e resistenza all'acido.

Nel settore tessile viene utilizzato nelle guide del thread, in modo che siano facilmente scivolati durante il filo. L'attrito tra fili e guide genera elettricità statica. Per dissiparlo, lo zio₂ Deve essere bruciato a 1300 ºC, per avere una maggiore conducibilità elettrica.

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Altre applicazioni includono la pigmentazione dell'inchiostro per la stampa. Come rivestimento di carta, lo zio₂ Lo rende più bianco, luminoso e più opaco.

È usato nei cosmetici per aiutare a coprire le imperfezioni della pelle, nonché per dare un dentifricio bianco e un sapone.

Permette di proteggere cibo, bevande, integratori e prodotti farmaceutici dal degrado prematuro prodotto dall'effetto della luce, estendendo la durata del prodotto.

È un componente nella produzione di vetro, ceramica ed elettroceramica. È usato negli elementi del circuito elettrico. Viene anche utilizzato nel sensore di ossigeno del sistema di scarico dei veicoli a motore.

Lo zio₂ Ultrafino è usato come componente dei bloccanti del sole, poiché è un forte assorbente dei raggi ultravioletti (UV), sia UV-A che UV-B. I raggi UV-A causano rughe e invecchiamento della pelle e UV-B causano ustioni ed eritema.

Le nanoparticelle di zio₂ Sono usati come materiale di supporto del catalizzatore di reazioni chimiche.

L'anatasi è un'efficace fotocatizzazione che ossida i composti organici. Mentre i minori sono le sue particelle, più è efficace.

Riferimenti

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2. Kirk-Othmer (1994). Enciclopedia della tecnologia chimica. Volume 19 e 24. Quarta edizione. John Wiley & Sons.
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5. Denning, r. (2009). Miglioramento dei prodotti di lana usando la nanotecnologia. In progressi nella tecnologia della lana. Recuperato da ScienceDirect.com
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