TITAN OXIT (IV): CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, CÔNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các oxit titan (IV) là một màu trắng tinh thể vô cơ rắn có công thức hóa học là TiO ₂ , vì vậy nó còn được gọi là titan dioxide. Nó tồn tại ở ba dạng tinh thể: rutile, anatase và brookite. Mặc dù trong tự nhiên nó thường có màu do sự hiện diện của các tạp chất như sắt, crom hoặc vanadi, TiO ₂ tinh khiết được sử dụng như một chất màu trắng.

Trong số các đặc điểm của nó, chúng ta có thể nhấn mạnh rằng độ hòa tan của TiO ₂ phụ thuộc đáng kể vào lịch sử hóa học và nhiệt của nó. Cũng như vậy khi nó được nung nóng đến nhiệt độ cao (900 ºC), nó trở nên trơ về mặt hóa học. Các nguồn quan trọng nhất của nó là ilmenit (oxit sắt và titan), rutil và anatase.

Bột titan đioxit. Người tải lên ban đầu là Walkerma tại Wikipedia tiếng Anh.

Nó được sản xuất chủ yếu ở loại phù hợp để sử dụng làm chất màu, đảm bảo tính chất tán xạ ánh sáng tuyệt vời của nó trong các ứng dụng đòi hỏi độ mờ và bóng trắng.

Nó cũng được sản xuất như một vật liệu siêu mỏng, cho các ứng dụng yêu cầu độ trong suốt và khả năng hấp thụ tia cực tím (UV) tối đa. Ví dụ, như một thành phần của kem chống nắng cho da. Trong đó, TiO ₂ hoạt động như một bộ lọc, do đó ngăn chặn sự hấp thụ của các tia này.

Do tính trơ về mặt hóa học, nó là chất màu trắng được ưa chuộng. Tuy nhiên, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ, hay FDA, đã thiết lập các thông số để sử dụng an toàn trong thực phẩm và mỹ phẩm.

Ngoài ra còn có một giới hạn về việc tiếp xúc với bụi oxit titan, vì khi hít phải bụi, nó có thể lắng đọng trong phổi.

Kết cấu

TiO ₂ có ba dạng biến đổi tinh thể: rutile, anatase và brookite. Các loại tinh thể này đều được tìm thấy trong tự nhiên.

Rutile

Rutile kết tinh trong hệ tứ giác với hai đơn vị TiO ₂ trên mỗi ô. Titan được phối hợp theo hình bát diện. Rutile đã được chứng minh bởi các nghiên cứu nhiệt lượng là dạng tinh thể ổn định nhiệt nhất.

Cấu trúc tinh thể Rutile. Bóng xám: Titan, Bóng hồng: Oxy. Nguồn trạng thái rắn: Wikipedia Commons

Anatase

Dạng này cũng kết tinh trong hệ tứ diện, nhưng anatase xảy ra ở dạng bát diện rất méo mó của các nguyên tử oxy đối với mỗi nguyên tử titan, hai trong số chúng tương đối gần nhau hơn. Nó có 4 đơn vị TiO ₂ cho mỗi ô kết tinh.

Cấu trúc tinh thể của anatase. Benjah-bmm27 Nguồn: Wikipedia Commons

Brookite

Nó kết tinh trong hệ trực thoi, với 8 đơn vị TiO ₂ cho mỗi ô kết tinh.

Tính chất

Tình trạng thể chất

Chất rắn kết tinh.

Độ cứng Mohs

Rutile: 7-7,5.

Anatase: 5,5-6.

Trọng lượng phân tử

79,87 g / mol.

Độ nóng chảy

Rutile: 1830-1850 ° C.

Anatase: khi đun nóng nó trở nên vô dụng.

Tỉ trọng

Rutile: 4,250 g / cm ³

Anatase: 4.133 g / cm ³

Brookite: 3,895 g / cm ³

Độ hòa tan

Không hòa tan trong nước và dung môi hữu cơ. Tan chậm trong HF và H ₂ SO ₄ đặc nóng. Không tan trong HCl và HNO ₃ .

độ pH

7,5.

Chỉ số khúc xạ

Rutile: 2,75 ở bước sóng 550 nm.

Anatase: 2,54 ở bước sóng 550 nm.

Nó có chiết suất cao nhất trong tất cả các chất màu vô cơ.

Các tài sản khác

Anatase nhanh chóng chuyển thành rutil ở nhiệt độ trên 700ºC. TiO ₂ đã được nung ở 900 ° C tan yếu trong bazơ, axit flohiđric và axit sunfuric nóng. Nó không bị tấn công bởi các axit vô cơ yếu hoặc axit hữu cơ. Nó không dễ bị khử hoặc bị oxy hóa.

Anatase và rutile là chất bán dẫn băng thông rộng, nhưng độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào sự hiện diện của các tạp chất và khuyết tật trong tinh thể.

Danh pháp

-Titanium đioxit

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

Các ứng dụng

Sắc tố trắng

Công dụng quan trọng nhất của titan (IV) oxit là làm chất màu trắng trong nhiều loại sản phẩm, bao gồm sơn, sơn mài, chất kết dính, nhựa, giấy và mực in. Điều này là do chỉ số khúc xạ cao và tính trơ hóa học của nó.

Nguồn: Pexels.com

Titanium dioxide được sử dụng làm chất màu trắng phải có độ tinh khiết cao. Độ mờ và độ sáng của nó bắt nguồn từ khả năng tán xạ ánh sáng. Nó sáng hơn kim cương. Chỉ có rutile và anatase có đặc tính sắc tố tốt.

Chất dẻo

Trong chất dẻo, TiO ₂ giảm thiểu độ giòn và nứt có thể xảy ra do tiếp xúc với ánh sáng.

Nó là chất màu quan trọng nhất trong sản xuất các sản phẩm nhựa PVC ngoài trời, vì nó cung cấp khả năng chống tia cực tím cho vật liệu.

Dạng tinh thể tối ưu trong trường hợp này là rutil. Trong ứng dụng này, rutil phải có một lớp phủ bề mặt bằng zirconi, silica hoặc nhôm, để giảm thiểu hiệu ứng quang xúc tác của TiO ₂ trong việc phân hủy PVC.

Sử dụng khác

Các ứng dụng khác bao gồm tráng men thủy tinh thể được sử dụng trên thép và gang, giúp truyền độ mờ và khả năng chống lại axit.

Trong ngành công nghiệp dệt, nó được sử dụng trong các thanh dẫn sợi, để chúng trượt dễ dàng trong quá trình kéo sợi. Ma sát giữa các sợi và thanh dẫn tạo ra tĩnh điện. Để tiêu tán nó, TiO ₂ phải được đốt ở 1300 ºC, để nó có độ dẫn điện lớn hơn.

Các ứng dụng khác bao gồm sắc tố của mực in, cao su, vải dệt, da, sợi tổng hợp, gốm sứ, xi măng trắng, trải sàn và vật liệu lợp mái. Là một lớp phủ trên giấy, TiO ₂ làm cho nó trắng hơn, sáng hơn và mờ đục hơn.

Nó được sử dụng trong mỹ phẩm để giúp che phủ các khuyết điểm trên da, cũng như làm cho kem đánh răng và xà phòng có màu trắng.

Nó bảo vệ thực phẩm, đồ uống, chất bổ sung và các sản phẩm dược phẩm khỏi bị xuống cấp sớm do tác động của ánh sáng, kéo dài tuổi thọ của sản phẩm.

Nó là một thành phần trong sản xuất thủy tinh, gốm sứ và gốm sứ điện tử. Nó được sử dụng trong các phần tử của mạch điện. Nó cũng được sử dụng trong cảm biến oxy của hệ thống khí thải của xe cơ giới.

Ultrafine TiO ₂ được sử dụng như một thành phần trong kem chống nắng, vì nó là chất hấp thụ mạnh tia cực tím (UV), cả UV-A và UV-B. Tia UV-A gây ra nếp nhăn và lão hóa da, còn tia UV-B gây bỏng và ban đỏ.

Các hạt nano TiO ₂ được sử dụng làm vật liệu hỗ trợ cho các chất xúc tác phản ứng hóa học.

Anatase là một chất xúc tác quang có hiệu quả oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Các hạt của nó càng nhỏ thì càng hiệu quả.

Người giới thiệu

1. Cotton, F. Albert và Wilkinson, Geoffrey. (1980). Hóa học Vô cơ nâng cao. John Wiley và các con trai.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology. Tập 19 và 24. Tái bản lần thứ tư. John Wiley và các con trai.
3. Sự kiện An toàn Hóa chất. (2019). Titanium Dioxide. Đã khôi phục từ: Chemicalsafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). Phụ gia PVC. Trong danh mục PVC (Phiên bản thứ hai). Được khôi phục từ sciricalirect.com
5. Denning, R. (2009). Tăng cường các sản phẩm len sử dụng công nghệ nano. Trong những tiến bộ trong công nghệ len. Được khôi phục từ sciricalirect.com
6. Thư viện Y học Quốc gia. (2019). Titanium Dioxide. Được khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov