Титан

Описание

Титан – это загадочный макроэлемент, который не так досконально изучен наукой и человеком. В рамках данной статьи попробуем разобраться более подробно в том, что собой представляет это вещество, какова область его применения и многое другое.

Титан является химическим элементом, которому в периодической таблице Менделеева присвоен атомный номер 22. Элемент находится в 4-й группе, так как состоит в 4 периоде данной таблицы. Относительная атомная масса вещества составляет 47, 7 атомных единиц массы. Данный серебристо-белый металл легкий (см. фото), но довольно плотный, не подвергающийся коррозии. Титан хорошо поддается плавке, так как он очень пластичен. Химики данным элементом заинтересовались потому, что его поверхность имеет защитную пленку. Кроме того, сам макроэлемент не легковоспламеняющийся, а вот его пылинки, наоборот, взрывоопасны.

Неслучайно титан назвали «космическим» макроэлементом, потому что его широко применяют в научной отрасли, технике, промышленности, кулинарии, авиастроении, медицине и во многих других сферах. Открыл данный элемент аматер, обожавший минералы, англичанин Уильям Йорк Мак-Грегор. Однако его именем все же элемент не был назван. Само название «титан» появилось благодаря обнаружившему элемент самостоятельно ученому-химику, которого звали Мартин Генрих Клапрот.

Существует несколько предположений, почему название элемента звучит именно так, а не иначе. © https://ydoo.info/micro/titan.htmlОдна из версий такова. Прообразом для названия металла могли послужить древнегреческие боги Титаны. По другой версии название «титан» появилось благодаря королеве фей, которую звали Титания.

По количеству нахождения в окружающем мире данный элемент занимает девятое место. Он присутствует также в фауне и флоре. Морская вода содержит примерно 7% этого макроэлемента, а почва – 0,57%. Больше всего залежей титана находиться в Китае, а также в России.

Происхождение и производство титана

Многих интересует вопрос о том, какова история происхождения и дальнейшее производство титана. Чтобы не оставить вопрос без ответа, попробуем осветить данную тему более подробно.

Окисел титана обнаружил в конце XVIII века ученый из Англии, большой специалист по минералам У. Мак-Грегор. Он занимался исследованием совсем другого минерала, но в результате химической реакции выделился окисел неведомого элемента, который светила науки назвал «менакенова». Первые образцы данного макроэлемента были получены в 1825 году шведским химиком и минераловедом Й. Я. Берцелиусом.

Благодаря Мартину Генриху Клапроту элемент получил название, отталкиваясь от небезызвестных героев мифологии Древней Греции, которых, как известно, звали Титанами. Многие ученые были не согласны с данным названием, но у шведского химика были свои взгляды. До этого элемента ученый открыл небезызвестный минерал уран, название которого он также выбрал из той же самой мифологии Древней Греции.

В чистом виде на поверхности Земли встретить данный четырехвалентный элемент практически невозможно, так как он находится в основном в единстве с кислородными соединениями. Его залежи могут концентрироваться в бокситовых месторождениях, а также в донных осадках морских минералов. Перемещение данного элемента происходит за счет образования обломков рыхлых механических горных пород, которые собираются в некристаллизующиеся вещества. В глине собирается менее 30% данного элемента. Минеральный состав титана довольно устойчив и неспособен выветриваться. Элемент образуется в большой концентрации в виде россыпи. Изучено больше 100 неорганических химических веществ, в которых содержится титан.

Большие залежи этого вещества расположены в ЮАР, Канаде, России, Китае, Украине, Америке, Швеции, Норвегии, Египте, Южной Корее Казахстане, Индии и Австралии. В виде россыпи титан находится в подземных кладовых Бразилии, Австралии, США и Сьерра-Леоне.

Основой для получения и производства данного элемента и его сплавов является двуокись (диоксид) титана с небольшими примесями. Диоксидом может являться цирконовый концентрат, который получают в результате обогащения природных минеральных образований.

Чтобы получить описываемый элемент, необходимо термическим способом обработать руду в специальной дуговой сталеплавильной печи. Процесс сопровождается разложением руды на железо и шлак, в котором содержится титановый диоксид. Окисел титана представляет собой порошкообразное серое вещество. Чтобы получить из него металл, необходимо производить поэтапную обработку.

Состав и действие элемента

Действие описываемого элемента на человека оказывает особый физико-химический состав, о котором пойдет речь в данном разделе.

Существуют 2 аллотропные разновидности этого элемента:

1. Альфа-модификация криогенная (низкотемпературная), которая существует до температуры 882,5 °С.
2. Бета-модификация сверхвысокотемпературная, которая устойчива от 882,5°С и до достижения температуры плавки.

В техническом титане содержатся разные добавки, которые никак не сказываются на химических соединениях элемента, но зато влияют на физические процессы.

Благодаря малому размеру частички вещества проникают в структуру клеток и влияют на их работоспособность. Принято полагать, что данный химический элемент очень инертный и неспособный вступать во взаимодействие с различными внешними факторами и аллергенами. По этой причине он не является токсичным макроэлементом. Но при вступлении в связь с клеточной тканью, органами, лимфой, а также кровью методом физического взаимодействия титан способен нанести вред анатомической целостности тела человека в виде механических повреждений. Таким образом, в результате воздействия элементом на органы можно нанести вред ДНК человека, его набору хромосом. Это может спровоцировать образование доброкачественных и злокачественных опухолей и сбой в молекулах нуклеиновых кислот, отвечающих за генетический код человека.

Было обнаружено, что мельчайшие атомы данного элемента не проходят через кожный покров. По этой причине частички проникают в органы человека исключительно через пищу, воздух и воду.

Помимо легких, данный элемент может скапливаться в селезенке, надпочечниках, а также в щитовидной железе. В течение жизни данный макроэлемент в перечисленных органах сохраняется на том же уровне. Помимо этого, титан может попадать в лимфу, головной мозг, плаценту, женское грудное молоко, кости, волосы, ногти, эпителий и глазной хрусталик.

Больше информации о том, какова сфера применения этого элемента, можно получить в следующем разделе.

Область применения

Область применения данного макроэлемента очень обширна и охватывает несколько сфер. Об этом пойдет речь в данном разделе.

Благодаря очень высокой температуре плавления данный металл рассматривают как отличное сырье, которое можно использовать в конструкторских целях. По этой причине элементу нашли применение в авиации, судостроении, ракетостроении и космической технике, машиностроении, химической, нефтегазовой и оборонной промышленности, а также в кулинарии, спорте и медицине.

Описываемый элемент добавляют как легирующую добавку в разные сплавы, которые должны обладать повышенной жаропрочностью и твердостью. Благодаря антикоррозийным свойствам и способности противостоять различной агрессивной среде данный металл представляет огромную ценность для тяжелой промышленности, так же как и для химической. Из титанового сплава производят различные контейнеры, инженерные сооружения, трубопроводную арматуру и фильтры.

Диоксид титана используют для того, чтобы изготовить различный режущий инструментарий, краски, бумагу или пластик, ювелирные украшения, имплантаты, отделочные материалы и другие предметы. Область применения данного элемента намного обширнее. В современной медицине довольно часто применяют этот металл из-за того, что он не несет опасности. Значимым фактором, в настоящее время влияющим на повсеместное применение этого металла, является его цена. Не зря данный элемент нарекли «материалом будущего», изучив который, можно перейти на совершенно новую ступень развития.

За счет того, что материал очень долговечен, он получил широкое применение в ювелирных работах, в числе которых − небезызвестные титановые кольца. Его долговечность и особенности сплавов на его основе очень хорошо подходят лицам, которые страдают различными аллергиями. Это очень важно для человека-аллергика, который носит украшение в плавательном бассейне не снимая.

Использование в пищевой промышленности

Пищевая промышленность также очень широко использует описываемый элемент. Поскольку данная индустрия является очень многогранной и разноотраслевой, с полученными в конечном счете результатами многие хорошо знакомы. Без многих предметов и инвентаря уже просто невозможно представить сегодняшнюю жизнь.

Как известно, многие металлы, которые постоянно взаимодействуют с водой, паром или иными предметами и факторами, начинают ржаветь. Это касается в том числе технологического оборудования, которое изготавливают из нержавейки, бронзы, алюминия, латуни, а также нелегированной конструкционной стали. Кроме того, во многих пищевых цехах очень часто наблюдается пар, излишняя влага или смена температур, которые являются постоянными попутчиками технологического процесса приготовления пищи. Как следствие, в результате перечисленных внешних факторов оборудование, инструментарий и бытовая кухонная техника выходят из строя гораздо раньше обычного.

Во время технологического процесса производства кисломолочной продукции (плавленых сырочков и сладких творожков, сыворотки или творога) оловянные покрытия, а также алюминиевые сплавы через какое-то время могут разрушаться. Об этом может свидетельствовать наличие на наружной поверхности технологического оборудования так называемых точечных «оспин», свидетельствующих о наличии локальной коррозии металла. Органическая кислота в совокупности с солевым раствором также вполне может нанести более масштабное разрушение стальной, алюминиевой, а также нержавеющей поверхности и различным сплавам, изготовленным на основе никеля.

Пищевая промышленность использует титан как материал оборудования для изготовления разнообразных кулинарных блюд, таких как маринады, рассолы, томатные пасты, полуфабрикаты и другие. Производственные мощности из титана довольно часто используют в молочной промышленности. Например, из этого элемента делают детали для автоматов, благодаря которым происходит процесс разлива молока в тару. Также титан необходим для производства соли глутаминовой кислоты, в котором он выступает в роли материала для колонны, резервуара или теплообменника.

Пищевое машиностроение нашло данному материалу соответствующее использование, изучив прекрасные способности элемента оказывать сопротивление различным видам внешних воздействий. Макроэлемент позволяет повышать эффективность труда, а также помогает надолго сохранить фасовочно-упаковочные установки, закаточное и разливочно-укупорочное оборудование за счет своей прочности. Последняя немаловажна для всех видов деталей, которые совершают сложнейшие действия на огромной скорости.

В медицине

Данный элемент не менее востребован и в медицине. Об этом и не только пойдет речь в данном разделе статьи.

Люди в белых халатах еще в 40-х годах прошлого века заметили, что данный элемент представляет большую ценность в сфере оказываемых медицинских услуг. Поначалу все испытания проводили на братьях наших меньших. «Подопытным кроликам» стали вживлять различные металлические пластины в ткани. Благодаря исследованиям, проводимым в те времена, ученые в первый раз приметили, какими необычайными гипоаллергенными свойствами обладает данный материал. Шли годы, стали возрастать разные реакции организма на различные металлы и проявляться в виде аллергии. По этой причине было принято решение рассмотреть данный металл в качестве возможности для использования в медицинских целях.

Этот поистине необычайный элемент очень любят использовать в стоматологии, ортопедии, кардиологии, нейрохирургии и других сферах. Из диоксида титана изготавливают хирургический инструментарий, который очень легкий, но долговечный.

К сожалению, бывают такие случаи, когда человеку после полученной травмы (автомобильной аварии, происшествия или занятия активными видами спорта) просто необходим протез. В таком случае незаменимым помощником может выступать данный металл. Этот элемент обладает огромным преимуществом: он без труда может «вжиться» в человеческий организм. Недаром деятели науки стали называть данное качество «настоящим родством». Конструкции из титана (имплантанты, фиксаторы для мышечной и костной ткани, а также разнообразные протезы) не несут вреда костям и мышцам. Они также неспособны вызывать аллергические реакции и не обладают разрушительной силой, соприкасаясь с мышечной тканью и различной жидкостью и медикаментами.

Врачи-стоматологи весьма удачно пользуются современными передовыми технологиями, благодаря которым можно изготовить зубные протезы в виде титановых имплантантов. Корень последнего вживляют человеку в челюсть, а затем туда наращивают зуб.

Врачи-кардиологи пользуются данным элементом как материалом для электронного стимулятора или дефибриллятора, чей корпус делают из данного металла.

Помимо перечисленных медицинских полезных приспособлений из титана, также существует и другое средство, являющееся поистине уникальным. Название данному крему − Titan Gel. Этот гель предназначен для мужчин, которые желали бы увеличить свое мужское достоинство. Как им пользоваться и применять, указано в подробной инструкции, которая находится в упаковке средства.

Данный элемент обладает еще одним преимуществом, которое медики не могли не оценить. Титан является немагнитным металлом. По этой причине пациентов, у которых имеются протезы из титана, представляется возможным лечить физиотерапией. Она подразумевает использование не таблеток, а медицинского оборудования, которое работает за счет электротока и магнита.

Норма потребления в сутки

Организму человека очень важно каждые сутки принимать данный макроэлемент, но только при условии соблюдения нормы потребления.

Четко лимитированное количество употребления данного элемента в сутки обусловливается тем, что в человеческом теле уже находится приблизительно 20 миллиграммов описываемого макроэлемента, в том числе 2,4 миллиграмма содержится в легких. Ежедневно вместе с едой в организм попадает 0, 85 миллиграммов вещества, с выпиваемой жидкостью – 0,002 миллиграмма, а из воздуха – 0,0007 миллиграммов.

Дневная норма для данного элемента является условной величиной, поскольку результат его воздействия на человека еще не изучен полностью. По приблизительным расчетам, это количество составляет приблизительно 300-600 микрорентген за сутки. На сегодняшний день не существует четких научных фактов, свидетельствующих о возможных передозировках или побочных эффектах вследствие переизбытка указанной нормы, так как еще до сих пор ведутся исследования.