TITANOXID (IV): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNGEN - CHEMIE - 2025

Das Titanoxid (IV) ist ein festes anorganisches kristallines Weiß, dessen chemische Formel TiO _{2 ist} , daher ist es auch als Titandioxid bekannt. Es existiert in drei kristallinen Formen: Rutil, Anatas und Brookit. Obwohl es in der Natur normalerweise aufgrund von Verunreinigungen wie Eisen, Chrom oder Vanadium gefärbt ist, wird reines TiO ₂ als weißes Pigment verwendet.

Unter seinen Eigenschaften können wir hervorheben, dass die Löslichkeit von TiO ₂ erheblich von seiner chemischen und thermischen Vorgeschichte abhängt. Wenn es auf hohe Temperaturen (900 ºC) erhitzt wird, wird es chemisch inert. Die wichtigsten Quellen sind Ilmenit (Eisen und Titanoxid), Rutil und Anatas.

Titandioxidpulver. Der ursprüngliche Uploader war Walkerma bei English Wikipedia.

Es wird hauptsächlich in einer Sorte hergestellt, die zur Verwendung als Pigment geeignet ist, und gewährleistet seine hervorragenden Lichtstreuungseigenschaften bei Anwendungen, die weiße Opazität und Glanz erfordern.

Es wird auch als ultradünnes Material für Anwendungen hergestellt, bei denen Transparenz und maximale UV-Absorption erforderlich sind. Zum Beispiel als Bestandteil von Sonnenschutzmitteln für die Haut. In diesen wirkt das TiO ₂ als Filter und blockiert so die Absorption dieser Strahlen.

Aufgrund seiner chemischen Inertheit ist es das bevorzugte Weißpigment. Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) hat jedoch Parameter für die sichere Verwendung in Lebensmitteln und Kosmetika festgelegt.

Die Exposition gegenüber Titanoxidstaub ist ebenfalls begrenzt, da sich der Staub beim Einatmen in der Lunge ablagern kann.

Struktur

TiO ₂ weist drei kristalline Modifikationen auf: Rutil, Anatas und Brookit. Diese kristallinen Sorten kommen alle in der Natur vor.

Rutil

Rutil kristallisiert im tetragonalen System mit zwei TiO ₂ -Einheiten pro Zelle. Titan ist oktaedrisch koordiniert. In kalorimetrischen Studien wurde gezeigt, dass Rutil die thermisch stabilste kristalline Form ist.

Rutilkristallstruktur. Graue Kugeln: Titan, rosa Kugeln: Sauerstoff. Festkörperquelle: Wikipedia Commons

Anatas

Diese Form kristallisiert auch im tetragonalen System, aber Anatas tritt in Form stark verzerrter Oktaeder von Sauerstoffatomen in Bezug auf jedes Titanatom auf, von denen zwei relativ nahe beieinander liegen. Es hat 4 Einheiten TiO ₂ für jede kristalline Zelle.

Kristallstruktur von Anatas. Benjah-bmm27 Quelle: Wikipedia Commons

Brookite

Es kristallisiert im orthorhombischen System mit 8 TiO ₂ -Einheiten für jede kristalline Zelle.

Eigenschaften

Körperlicher Status

Kristalliner Feststoff.

Mohs Härte

Rutil: 7-7,5.

Anatas: 5,5-6.

Molekulargewicht

79,87 g / mol.

Schmelzpunkt

Rutil: 1830-1850 ° C.

Anatas: Beim Erhitzen wird es Rutil.

Dichte

Rutil: 4.250 g / cm ³

Anatas: 4,133 g / cm ³

Brookit: 3.895 g / cm ³

Löslichkeit

Unlöslich in Wasser und organischen Lösungsmitteln. Löst sich langsam in HF und heißem konzentriertem H ₂ SO _{4 auf} . Unlöslich in HCl und HNO ₃ .

pH

7.5.

Brechungsindex

Rutil: 2,75 bei 550 nm.

Anatas: 2,54 bei 550 nm.

Es hat den höchsten Brechungsindex aller anorganischen Pigmente.

Andere Eigenschaften

Anatas wandelt sich bei Temperaturen über 700 ° C schnell in Rutil um. Bei 900 ° C kalziniertes TiO ₂ löst sich schwach in Basen, Flusssäure und heißer Schwefelsäure. Es wird nicht von schwachen anorganischen Säuren oder organischen Säuren angegriffen. Es ist nicht leicht zu reduzieren oder zu oxidieren.

Anatas und Rutil sind Breitbandhalbleiter, aber ihre elektrische Leitfähigkeit hängt vom Vorhandensein von Verunreinigungen und Defekten im Kristall ab.

Nomenklatur

-Titandioxid

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

Anwendungen

Weißpigmente

Die wichtigste Verwendung von Titan (IV) oxid ist als Weißpigment in einer Vielzahl von Produkten, einschließlich Farben, Lacken, Klebstoffen, Kunststoffen, Papier und Druckfarben. Dies ist auf seinen hohen Brechungsindex und seine chemische Inertheit zurückzuführen.

Quelle: Pexels.com

Das als Weißpigment verwendete Titandioxid muss von hoher Reinheit sein. Seine Opazität und Helligkeit ergeben sich aus seiner Fähigkeit, Licht zu streuen. Es ist heller als Diamant. Nur Rutil und Anatas haben gute Pigmentierungseigenschaften.

Kunststoffe

In Kunststoffen minimiert TiO ₂ Sprödigkeit und Risse, die durch Lichteinwirkung auftreten können.

Es ist das wichtigste Pigment bei der Herstellung von PVC-Kunststoffartikeln für den Außenbereich, da es dem Material UV-Schutz bietet.

Die optimale kristalline Form ist in diesem Fall Rutil. Bei dieser Anwendung muss das Rutil eine Oberflächenbeschichtung aus Zirkonium, Siliciumdioxid oder Aluminium aufweisen, um die photokatalytische Wirkung von TiO ₂ beim Abbau von PVC zu minimieren .

Andere Verwendungen

Andere Verwendungen umfassen Glasemails, die auf Stahl und Gusseisen verwendet werden und denen es Opazität und Beständigkeit gegenüber Säuren verleiht.

In der Textilindustrie wird es in Garnführungen verwendet, damit diese beim Spinnen leicht gleiten. Die Reibung zwischen den Gewinden und den Führungen erzeugt statische Elektrizität. Um es abzuleiten, muss das TiO ₂ bei 1300 ºC verbrannt werden, damit es eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist.

Weitere Anwendungen sind die Pigmentierung von Druckfarben, Gummi, Textilien, Leder, Kunstfasern, Keramik, Weißzement, Bodenbelägen und Dachmaterialien. Als Papierbeschichtung macht TiO ₂ es weißer, heller und undurchsichtiger.

Es wird in der Kosmetik verwendet, um Hautunreinheiten abzudecken sowie Zahnpasta und Seife weiß zu machen.

Es schützt Lebensmittel, Getränke, Nahrungsergänzungsmittel und pharmazeutische Produkte vor vorzeitigem Abbau durch Lichteinwirkung und verlängert die Lebensdauer des Produkts.

Es ist Bestandteil der Herstellung von Glas, Keramik und Elektrokeramik. Es wird in Elementen von Stromkreisen verwendet. Es wird auch im Sauerstoffsensor der Kraftfahrzeugabgasanlage eingesetzt.

Ultrafeines TiO ₂ wird als Bestandteil von Sonnenschutzmitteln verwendet, da es einen starken Absorber für ultraviolette (UV) Strahlen, sowohl UV-A als auch UV-B, ist. UV-A-Strahlen verursachen Falten und Hautalterung, und UV-B verursacht Verbrennungen und Erytheme.

TiO ₂ -Nanopartikel werden als Trägermaterial für chemische Reaktionskatalysatoren verwendet.

Anatas ist ein wirksamer Photokatalysator, der organische Verbindungen oxidiert. Je kleiner die Partikel sind, desto effektiver ist es.

Verweise

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