Популярная библиотека химических элементов. Книга первая. Водород — палладий - Коллектив авторов (электронные книги без регистрации TXT) 📗
А вообще в титановые сплавы входят очень многие элементы, вплоть до платины и палладия. Последние (в количестве 0,1–0,2%) повышают и без того высокую химическую стойкость титановых сплавов.
Прочность титана повышают и такие «легирующие добавки», как азот и кислород. Но вместе с прочностью они повышают твердость и, главное, хрупкость титана, поэтому их содержание строжайше регламентируется: в сплав допускается не более 0,15% кислорода и 0,05% азота.
Несмотря на то что титан дорог, замена им более дешевых материалов во многих случаях оказывается экономически выгодной. Вот характерный пример. Корпус химического аппарата, изготовленный из нержавеющей стали, стоит 150 рублей, а из титанового сплава — 600 рублей. Но при этом стальной реактор служит лишь 6 месяцев, а титановый — 10 лет. Прибавьте затраты на замену стальных реакторов, вынужденные простои оборудования — и станет очевидно, что применять дорогостоящий титан бывает выгоднее, чем сталь.
Значительные количества титана использует металлургия. Существуют сотни марок сталей и других сплавов, в состав которых титан входит как легирующая добавка. Его вводят для улучшения структуры металлов, увеличения прочности и коррозийной стойкости.
Некоторые ядерные реакции должны совершаться в почти абсолютной пустоте. Ртутными насосами разрежение может быть доведено до нескольких миллиардных долей атмосферы. Но этого недостаточно, а ртутные насосы на большее неспособны. Дальнейшая откачка воздуха осуществляется уже особыми титановыми насосами. Кроме того, для достижения еще большего разрежения по внутренней поверхности камеры, где протекают реакции, распыляют мелкодисперсный титан.
Титан часто называют металлом будущего. Факты, которыми уже сейчас располагают наука и техника, убеждают, что это не совсем так — титан уже стал металлом настоящего.
ВСЕ ПОЗНАЕТСЯ В СРАВНЕНИИ… Лишь три технически важных металла — алюминий, железо и магний — распространены в природе больше, чем титан. Количество титана в земной коре в несколько раз превышает запасы меди, цинка, свинца, золота, серебра, платины, хрома, вольфрама, ртути, молибдена, впсмута, сурьмы, никеля и олова, вместе взятых.
МИНЕРАЛЫ ТИТАНА. Известно около 70 минералов титана, в которых он находится в виде двуокиси или солеи титановой кислоты. Наибольшее практическое значение имеют ильменит, рутил, перовскит и сфен.
Ильменит — метатитанат железа FeTiO3 — содержит 52,65% TiO2. Название этого минерала связано с тем, что он был найден на Урале в Ильменских горах. Крупнейшие россыпи ильменитовых песков имеются в Индии. Другой важнейший минерал — рутил представляет собой двуокись титана. Промышленное значение имеют также титаномагнетиты — природная смесь ильменита с минералами железа. Богатые месторождения титановых руд есть в СССР, США, Индии, Норвегии, Канаде, Австралии и других странах.
Не так давно геологи открыли в Северном Прибайкалье новый титансодержащий минерал, который был назван ландауитом в честь советского физика академика Л. Д. Ландау.
Всего на земном шаре известно более 150 значительных рудных и россыпных месторождений титана.
В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ. В человеческом организме содержится до 20 мг титана. Больше всего титана в селезенке, надпочечниках и щитовидной железе. В этих органах содержание элемента № 22 с возрастом не изменяется, но в легких за 65 лет жизни оно возрастает более чем в 100 раз.
Из представителей флоры богата титаном водоросль кладофора: содержание в ней этого элемента превышает 0,03%.
…И НА СОЛНЦЕ. Спектральным анализом титан обнаружен на Солнце и в составе некоторых звездных атмосфер, где он, кстати, преобладает над большинством элементов. Но если на Земле титан существует главным образом в виде двуокиси TiO2, то в космосе, очевидно, в виде моноокиси TiO.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИК. Титанат бария, будучи наэлектризован, проявляет высокие пьезоэлектрические свойства, т. е. может превращать механическую энергию сжатия или расширения кристалла в электрическую. Пьезокристаллы титаната бария по многим характеристикам превосходят такие распространенные пьезоэлектрики, как кварц и сегнетова соль. Подробнее о нем — в статье «Барий».
НЕОБЫЧАЙНОЕ СВОЙСТВО. Разработаны материалы, которые будучи сильно деформированными на холоде, при нагревании вновь принимают первоначальную форму. Один из таких «памятливых» материалов представляет собой интерметаллическое соединение титана и никеля, отличающееся высокой прочностью, пластичностью и коррозионной стойкостью.
Проволоке из этого материала можно придать форму радиоантенны и сжать ее в небольшой шар. После нагревания этот шар снова превратится в антенну.
ТАТАН, РАКЕТЫ И ГАЗЫ. Титан используется для производства баллонов, в которых газы могут храниться длительное время под большим давлением. В американских ракетах типа «Атлас» сферические резервуары для хранения сжатого гелия сделаны из титана.
Из титановых сплавов изготовляют баки для жидкого кислорода, применяемые в ракетных двигателях.
СВЕРХПЛАСТИЧНЫЙ ТИТАН. При температуре около 950°С металлический титан переходит в сверхпластичное состояние: если на него в это время воздействовать даже небольшим давлением, он претерпевает пластическую деформацию и точно воспроизводит очертания формы, в которую его выдавливают. Но — при двух условиях. Во-первых, форма должна иметь ту же температуру, что и металл, а во-вторых, процесс должен идти в защитной, предпочтительно аргоновой, среде. Изделия, изготовленные по этой технологии, предложенной швейцарскими инженерами, отличаются высоким качеством и не требуют доводки на металлорежущих станках. Однако необходимо строго контролировать и давление, и температуру, и состояние защитной среды.
ИЗОТОПЫ ТИТАНА. Всего сейчас известно 13 изотопов элемента № 22. Природный титан состоит из смеси пяти стабильных изотопов, наиболее широко представлен титан-48, его доля в природной смеси 73,99%. Есть в природе также изотопы с массовыми числами 46, 47, 49 и 50. Среди радиоактивных изотопов титана самый долгоживущий — титан-44 с периодом полураспада около 1000 лет.
Ванадий
В начале XIX в. в Швеции были найдены новые богатые месторождения железной руды. Одна за другой сооружались доменные печи. Но что примечательно: при одинаковых условиях некоторые из них давали железо удивительной ковкости, в то время как из других получался более хрупкий металл. После многих безуспешных попыток наладить процесс выплавки высококачественного металла в «плохих» домнах металлурги обратились за помощью к химикам, и в 1830 г. Нильсу Сефстрему удалось выделить из шлака «лучших» домен неизвестный черный порошок. Сефстрем сделал вывод, что изумительную ковкость металлу придает присутствие в руде какого-то неизвестного элемента, содержащегося в черном порошке.
Этот новый элемент Сефстрем назвал ванадием в честь легендарной Ванадис — богини красоты древних скандинавов.
Открытие нового элемента всегда было большой честью для ученого. Поэтому можно представить себе огорчение мексиканского минералога Андреса Мануэля дель Рио, который еще в 1801 г. обнаружил в свинцовой руде никогда не встречавшийся прежде элемент и назвал его эритронием. Но, усомнившись в собственных выводах, дель Рио отказался от своего открытия, решив, что встретился с недавно открытым хромом.
Еще большее разочарование постигло блестящего немецкого химика Фридриха Вёлера. В те же годы, что и Сефстрему, ему довелось исследовать железные руды, привезенные из Мексики А. Гумбольдтом. Те самые, что исследовал дель Рио. Вёлер тоже нашел в них что-то необычное, но его исследования прервала болезнь. Когда он возобновил работу, было уже поздно — Сефстрем обнародовал свое открытие. Свойства нового элемента совпадали с теми, что были занесены в один из лабораторных журналов Вёлера.
И только в 1869 г., спустя 39 лет после открытия Сефстрема, элемент № 23 впервые был выделен в относительно чистом виде. Английский химик Г. Роско, действуя водородом на хлористый ванадии, получил элементный ванадий чистотой около 96%.
