Т И Т А Н

Хімічні сполуки титану

З одновалентними галогенами (фтором, бромом, хлором і йодом) він може утворювати ди- три- і , тетраз’єднання, із сіркою й елементами її групи (селеном, телуром) – моно- і дисульфіди, з киснем – оксиди, діоксиди і триоксиди. Титан утворить також з'єднання з воднем (гідриди), азотом (нітриди), вуглецем (карбіди), фосфором (фосфіди), миш'яком (арсіді), а також з'єднання з багатьма металами – інтерметалліді. Утворить титан не тільки прості, але і численні комплексні з'єднання, відомо чимало його з'єднань з органічними речовинами.

Як видно з переліку з'єднань, у яких може брати участь титан, він хімічно дуже активний. І в той же час титан є одним з деяких металів з винятково високою корозійною стійкістю: він практично вічний в атмосфері повітря, у холодній і киплячій воді, дуже стійок у морській воді, у розчинах багатьох солей, неорганічних і органічних кислотах. По своїй корозійній стійкості в морській воді він перевершує всі метали, за винятком шляхетних – золота, платини і т.п., більшість видів нержавіючої сталі, нікелеві, мідні й інші сплави. У воді, у багатьох агресивних середовищах чистий титан не підданий корозії. Чому ж це відбувається? Чому так активно, а нерідко і бурхливо, з вибухами, що реагує майже з всіма елементами періодичної системи титан стійок до корозії? Справа в тім, що реакцій титану з багатьма елементами відбуваються тільки при високих температурах. При звичайних температурах хімічна активність титану надзвичайно мала і він практично не вступає в реакції. Зв'язано це з тим, що на свіжій поверхні чистого титану, як тільки вона утвориться, дуже швидко з'являється інертна, що добре зростається з металом найтонша (у трохи ангстрем (1А=10-10м) плівка диоксидe титану, що охороняє його від подальшого окислювання. Якщо навіть цю плівку зняти, то в будь-якім середовищі, що містить чи кисень інші сильні окислювачі (наприклад, в азотній чи хромовій кислоті), ця плівка з'являється знову, і метал, як говорять, нею «пасивується», тобто захищає сам себе від подальшого руйнування.

Розглянемо трохи докладніше поводження чистого титану в різних агресивних середовищах. Протистоїть титан і ерозійної корозії, що відбуває в результаті сполучення хімічного і механічного впливу на метал. У цьому відношенні він не уступає кращим маркам нержавіючих сталей, сплавам на основі міді й інших конструкційних матеріалів. Добре протистоїть титан і усталостной корозії, що виявляється часто у виді порушень цілісності і міцності металу (розтріскування, локальні вогнища корозії і т.п.). Поводження титану в багатьох агресивних середовищах, у таких, як азотна, соляна, сірчана, «царська горілка» і інші кислоти і луги, викликає подив і замилування цим металом.

В азотній кислоті, що є сильним окислювачем, у якому швидко розчиняються дуже багато металів, титан винятково стійкий. При будь-якій концентрації азотної кислоти (від 10 до 99%-ний), при будь-яких температурах швидкість корозії титану не перевищує 0,1–0,2 мм/рік. Небезпечна тільки червона азотна кислота, що димить, пересичена (20% і більш) вільними диоксидами азоту: у ній чистий титан бурхливо, з вибухом, реагує. Однак варто додати в таку кислоту хоча б небагато води (1–2% і більш), як реакція закінчується і корозія титану припиняється.У соляній кислоті титан стійок лише в розведених її розчинах. Наприклад, у 0,5%-ний соляній кислоті навіть при нагріванні до 100° С швидкість корозії титану не перевищує 0,01 мм/рік, у 10%-ний при кімнатній температурі швидкість корозії досягає 0,1 мм/рік, а в 20%-ний при 20° С–0,58 мм/рік. При нагріванні швидкість корозії титану в соляній кислоті різко підвищується. Так, навіть у 1,5%-ний соляній кислоті при 100° С швидкість корозії титану складає 4,4 мм/рік, а в 20%-ний при нагріванні до 60° С – уже 29,8 мм/рік. Це порозумівається тим, що соляна кислота, особливо при нагріванні, розчиняє плівку, що пасивує, диоксида титану і починається розчинення металу. Однак швидкість корозії титану в соляній кислоті при всіх умовах залишається нижче, ніж у нержавіючих сталей.

У сірчаній кислоті слабкої концентрації (до 0,5–1% ) титан стійок навіть при температурі розчину до 50–95° С. Стійок він і в більш концентрованих розчинах (10–20%-них) при кімнатній температурі, у цих умовах швидкість корозії титану не перевищує 0,005–0,01 мм/рік. Але з підвищенням температури розчину титан у сірчаній кислоті навіть порівняно слабкої концентрації (10–20%-ний) починає розчинятися, причому швидкість корозії досягає 9–10 мм/рік. Сірчана кислота, так само як і соляна, руйнує захисну плівку диоксиду титану і підвищує його розчинність. Її можна різко понизити, якщо в розчини цих кислот додавати визначена кількість азотної, хромової, марганцевий кислот, з'єднань чи хлору інших окислювачів, що швидко пасивують поверхня титану захисною плівкою і припиняють його подальше розчинення. От чому титан практично єдиний метал, що не розчиняється в «царській горілці»: у ній при звичайних температурах (10–20° С) корозія титану не перевищує 0,005 мм/рік. Слабко коризує титан і в киплячій «царській горілці», але ж у ній, як відомо, багато металів, і навіть такі, як золото, розчиняються майже миттєво.

Дуже слабко коризує титан у більшості органічних кислот (оцтової, молочної, винної), у розведених лугах, у розчинах багатьох хлористих солей, у фізіологічному розчині. А от з розплавами хлоридів при температурі вище 375° С титан взаємодіє дуже бурхливо.