Titan hydrid - Titanium hydride

Tento článek je o stabilním hydridu titanu. Pro nestabilní molekulu chemická sloučenina viz Titan (IV) hydrid.
Titan hydrid
Titanhydrid TiH2.jpg
Titan hydridový prášek
Jména
Název IUPAC
dihydrid titaničitý (s nedostatkem vodíku)
Identifikátory
Informační karta ECHA100.028.843 Upravte to na Wikidata
UNII
Vlastnosti
TiH2 − x
Molární hmotnost49,88 g / mol (TiH2)
Vzhledčerný prášek (obchodní forma)
Hustota3,76 g / cm3 (typická obchodní forma)
Bod tání 350 ° C (662 ° F; 623 K) přibližně
nerozpustný
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Titan hydrid obvykle se odkazuje na anorganická sloučenina TiH2 a související nestechiometrický materiály.[1][2] Je komerčně dostupný jako stabilní šedý / černý prášek, který se používá jako přísada při výrobě Alnico slinuté magnety, při slinování práškových kovů, výroba kovová pěna, výroba práškového titanového kovu a pyrotechnika.[3]

Výroba a reakce TiH(2-x)

V komerčním procesu výroby nestechiometrického TiH(2-x), titan kovová houba se zpracuje plynným vodíkem za atmosférického tlaku při teplotě 300 až 500 ° C. Absorpce vodíku je exotermická a rychlá, měnící barvu houby šedá / černá. Křehký produkt se rozemele na prášek, který má složení kolem TiH1.95.[3] V laboratoři se hydrid titanu vyrábí zahříváním titanového prášku pod proudem vodíku při 700 ° C, přičemž idealizovaná rovnice je:[4]

Ti + H2 → TiH2

Mezi další způsoby výroby hydridu titanu patří elektrochemické metody a metody kulového mletí.[5][6]

Reakce

TiH1.95 není ovlivněna vodou a vzduchem. Je pomalu atakován silnými kyselinami a je degradován fluorovodíkovou a horkou kyselinou sírovou. Rychle reaguje s oxidačními činidly, což vede k použití hydridu titanu v pyrotechnice.[3]

Materiál byl použit k výrobě vysoce čistého vodíku, který se uvolňuje zahříváním pevné látky počínaje teplotou 300 ° C.[4] Teprve v bodě tání titanu je disociace dokončena.[3] Titan tritiid byl navržen pro dlouhodobé skladování tritium plyn.[7]

Struktura

Jako TiHX Přibližuje stechiometrii, přijímá zkreslenou tetragonální strukturu zaměřenou na tělo, nazvanou ε-formu s axiálním poměrem menším než 1. Toto složení je velmi nestabilní, pokud jde o částečný tepelný rozklad, pokud není udržováno v atmosféře čistého vodíku. Jinak se kompozice rychle rozkládá při teplotě místnosti, dokud nedosáhne přibližného složení TiH1.74 je dosaženo. Tato kompozice přijímá strukturu fluoritu a nazývá se δ-forma a pouze velmi pomalu se tepelně rozkládá při teplotě místnosti, dokud nedosáhne přibližného složení TiH.1.47 je dosaženo, kdy se začnou objevovat inkluze hexagonální těsně zabalené α-formy, což je stejná forma jako čistý titan.

Vývoj dihydridu z kovového titanu a vodíku byl podrobně zkoumán. α-titan má a šestihranný těsně zabalený (hcp) struktura při pokojové teplotě. Vodík zpočátku zaujímá čtyřboká intersticiální místa v titanu. Jak se poměr H / Ti blíží 2, materiál přijímá β-formu na a kubický centrovaný obličej (fcc), δ- forma, atomy H nakonec vyplňují všechna čtyřboká místa, aby poskytly omezující stechiometrii TiH2. Různé fáze jsou popsány v tabulce níže.

Teplota cca 500 ° C, převzato z obrázku[8]
FázeHmotnost% HAtomové% HTiHXKovová mříž
α-0 - 0.20 - 8hcp
α- & β-0.2 - 1.18 - 34TiH0.1 - TiH0.5
β-1.1 - 1.834 - 47TiH0.5 - TiH0.9bcc
β- a δ1.8 - 2.547 - 57TiH0.9 - TiH1.32
δ-2.7 - 4.157- 67TiH1.32 - TiH2fcc

Pokud hydrid titanu obsahuje 4,0% vodíku při teplotě nižší než přibližně 40 ° C, přemění se na a na tělo zaměřené tetragonální (bct) struktura zvaná ε-titan.[8]

Když se ochladí hydridy titanu s méně než 1,3% vodíku, známé jako hypoeutektoidní hydrid titanu, beta-titanová fáze směsi se pokusí vrátit do fáze alfa-titanu, což vede k přebytku vodíku. Jedním ze způsobů, jak vodík opouští fázi β-titanu, je titan, který se částečně transformuje na δ-titan, přičemž po sobě zanechává titan, který je ve vodíku dostatečně nízký, aby mohl mít formu α-titanu, což vede k matici α-titanu s δ - titanové inkluze.

Byla popsána metastabilní fáze y-titanhydridu.[9] Když je hydrid α-titanu s obsahem vodíku 0,02-0,06% uhasit rychle se formuje na hydrid γ-titanu, protože atomy „zamrznou“ na místě, když se buněčná struktura změní z hcp na fcc. γ-Titan přebírá tetragonální (bct) strukturu zaměřenou na tělo. Kromě toho nedochází ke změně složení, takže atomy si obecně zachovávají stejné sousedy.

Vodíkové křehnutí v titanu a slitinách titanu

Vybrané barvy dosažitelné anodizací titanu.

Absorpce vodíku a tvorba hydridu titanu jsou zdrojem poškození titanu a slitin titanu (slitiny Ti / Ti). Tento vodíková křehkost Proces je obzvláště důležitý, když se titan a slitiny používají jako konstrukční materiály, jako v jaderných reaktorech.

Vodíkové křehnutí se projevuje snížením kujnost a nakonec odlupování titanových povrchů. Účinek vodíku je do značné míry určen složením, metalurgickou historií a manipulací se slitinou Ti / Ti.[10] CP-titan (komerčně čistý: Obsah ≤ 99,55% Ti) je náchylnější k napadení vodíkem než čistý α-titan. Křehnutí, pozorované jako snížení tažnosti a způsobené tvorbou pevného roztoku vodíku, může nastat v CP-titanu při koncentracích pouhých 30-40 ppm. Tvorba hydridů byla spojena s přítomností železa na povrchu slitiny Ti. Hydridové částice jsou pozorovány ve vzorcích slitin Ti / Ti, které byly svařeny, a proto se svařování často provádí pod štítem inertního plynu, aby se snížila možnost tvorby hydridu.[10]

Ti / Ti slitiny tvoří a povrchová vrstva oxidu, složený ze směsi Ti (II), Ti (III) a Ti (IV) oxidy,[11] který poskytuje určitý stupeň ochrany vodíku vstupujícího do velkého množství.[10] Tloušťku lze zvětšit o eloxování, proces, jehož výsledkem je také výrazné zbarvení materiálu. Ti / Ti slitiny se často používají v prostředích obsahujících vodík a v podmínkách, kdy je vodík elektrolyticky redukován na povrchu. Moření, ošetření kyselou lázní, které se používá k čištění povrchu, může být zdrojem vodíku.

Použití

Mezi běžné aplikace patří keramika, pyrotechnika, sportovní vybavení jako laboratoř činidlo, jako nadouvadlo a jako předzvěst porézního titanu. Při zahřívání ve směsi s jinými kovy v prášková metalurgie, hydrid titanu uvolňuje vodík, který slouží k odstranění uhlíku a kyslíku, za vzniku silné slitiny.[3]


Reference

  1. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemie prvků (2. vyd.). Butterworth-Heinemann. ISBN  978-0-08-037941-8.
  2. ^ Holleman, A. F .; Wiberg, E. "Anorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN  0-12-352651-5.
  3. ^ A b C d E Rittmeyer, Peter; Weitelmann, Ulrich (2005). „Hydridy“. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. doi:10.1002 / 14356007.a13_199. ISBN  978-3527306732.
  4. ^ A b M. Baudler „Vodík, deuterium, voda“ v Handbook of Preparative Anorganic Chemistry, 2. vyd. Edited by G. Brauer, Academic Press, 1963, NY. Sv. 1. str. 114-115.
  5. ^ Millenbach, Pauline; Givon, Meir (1. října 1982). "Elektrochemická tvorba hydridu titanu". Journal of the Less Common Metals. 87 (2): 179–184. doi:10.1016/0022-5088(82)90086-8.
  6. ^ Zhang, Heng; Kisi, Erich H (1997). "Tvorba hydridu titanu při pokojové teplotě kulovým mletím". Journal of Physics: Condensed Matter. 9 (11): L185 – L190. Bibcode:1997JPCM .... 9L.185Z. doi:10.1088/0953-8984/9/11/005. ISSN  0953-8984.
  7. ^ Brown, Charles C .; Buxbaum, Robert E. (červen 1988). "Kinetika absorpce vodíku v alfa titanu". Metalurgické transakce A. 19 (6): 1425–1427. Bibcode:1988MTA .... 19.1425B. doi:10.1007 / bf02674016.
  8. ^ A b Fukai, Y (2005). Systém kov-vodík, základní hromadné vlastnosti, 2. vydání. Springer. ISBN  978-3-540-00494-3.
  9. ^ Numakura, H; Koiwa, M; Asano, H; Izumi, F (1988). "Neutronová difrakční studie metastabilního deuteridu titanu y". Acta Metallurgica. 36 (8): 2267–2273. doi:10.1016/0001-6160(88)90326-4. ISSN  0001-6160.
  10. ^ A b C Donachie, Matthew J. (2000). Titan: Technický průvodce. ASM International. ISBN  978-0-87170-686-7.
  11. ^ Lu, Gang; Bernasek, Steven L .; Schwartz, Jeffrey (2000). "Oxidace povrchu polykrystalického titanu kyslíkem a vodou". Věda o povrchu. 458 (1–3): 80–90. Bibcode:2000SurSc.458 ... 80L. doi:10.1016 / S0039-6028 (00) 00420-9. ISSN  0039-6028.