Используя Интернет, страница 145 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Тестовые задания. Параграф 31. Титан и хром. Глава VI. Металлы - страница 145.

Условие.

Используя дополнительную литературу и Интернет, подготовьте электронную презентацию о свойствах и применении титана или хрома.

Решение 2.

Общая характеристика титана

Титан (химический символ — $Ti$, от лат. Titanium) — химический элемент 4-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы четвёртой группы, IVB), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22. Атомная масса — 47,867 а. е. м. Титан был открыт в 1791 году английским химиком и минералогом Уильямом Грегором в составе минерала менаканита. Своё название металл получил в честь титанов, могущественных персонажей древнегреческой мифологии.

Ответ: Титан — это химический элемент №22, переходный металл, названный в честь мифологических титанов за свою прочность.

Физические свойства титана

Титан — лёгкий, прочный металл серебристо-белого цвета. Его уникальные физические свойства определяют широкую область его применения:

• Высокая удельная прочность: Титан обладает самым высоким отношением прочности к весу среди всех металлов. Он так же прочен, как некоторые стали, но на 45% легче.
• Высокая температура плавления: Температура плавления титана составляет около 1668 °C, что позволяет использовать его в высокотемпературных приложениях.
• Низкая плотность: Плотность титана составляет 4,51 г/см³, что значительно ниже плотности стали (около 7,8 г/см³).
• Коррозионная стойкость: Обладает исключительной устойчивостью к коррозии в морской воде, царской водке и хлоре.
• Низкая тепло- и электропроводность: Титан плохо проводит тепло и электричество по сравнению с другими металлами, такими как медь или алюминий.
• Аллотропия: Существует в двух кристаллических формах: α-титан с гексагональной плотноупакованной решёткой (стабилен до 882 °C) и β-титан с кубической объёмно-центрированной решёткой (стабилен при более высоких температурах).

Ответ: Титан — это легкий, прочный, тугоплавкий металл с уникальным сочетанием высокой удельной прочности и коррозионной стойкости.

Химические свойства титана

Химически титан довольно инертен при комнатной температуре, но его активность возрастает с повышением температуры. Ключевым химическим свойством является его способность образовывать на поверхности тонкую, но очень прочную и химически инертную оксидную плёнку.

• Пассивация: На воздухе и в окислительных средах титан покрывается пассивной оксидной плёнкой (в основном, из диоксида титана $TiO_2$), которая защищает металл от дальнейшего окисления и коррозии. Именно эта плёнка обеспечивает его выдающуюся коррозионную стойкость.
• Взаимодействие с кислотами: Титан устойчив к действию разбавленных серной и соляной кислот, но растворяется в концентрированных, а также в плавиковой кислоте ($HF$).
• Взаимодействие при нагревании: При высоких температурах титан реагирует с кислородом, азотом (образуя нитрид титана $TiN$), водородом, галогенами и другими неметаллами. Горит на воздухе при 1200 °C и в чистом азоте при 800 °C.

Ответ: Основное химическое свойство титана — высокая коррозионная стойкость благодаря образованию защитной оксидной плёнки $TiO_2$, при этом при высоких температурах он становится химически активным.

Применение титана и его соединений

Благодаря своим уникальным свойствам титан и его сплавы незаменимы во многих высокотехнологичных отраслях:

• Аэрокосмическая промышленность: Изготовление деталей самолётов и ракет (обшивка, силовые элементы конструкции, шасси, диски и лопатки компрессоров реактивных двигателей). Причина — сочетание лёгкости, прочности и жаропрочности.
• Медицина: Производство имплантатов (тазобедренные и коленные суставы, зубные имплантаты, пластины для остеосинтеза), хирургических инструментов. Причина — биосовместимость (не отторгается организмом и не вызывает аллергических реакций) и коррозионная стойкость в биологических средах.
• Химическая и нефтехимическая промышленность: Создание реакторов, трубопроводов, теплообменников, насосов для работы в агрессивных средах. Причина — исключительная коррозионная стойкость.
• Судостроение: Обшивка корпусов подводных лодок, изготовление гребных винтов. Причина — стойкость к коррозии в морской воде и высокая прочность.
• Спорт и потребительские товары: Производство клюшек для гольфа, теннисных ракеток, оправ для очков, корпусов часов, ювелирных изделий. Причина — лёгкость, прочность и привлекательный внешний вид.
• Диоксид титана ($TiO_2$): Самое распространённое соединение титана. Используется как белый пигмент ("титановые белила") в производстве красок, пластмасс, бумаги, пищевых продуктов (добавка E171), косметики и солнцезащитных кремов (как физический УФ-фильтр).

Ответ: Титан и его сплавы применяются в аэрокосмической, медицинской, химической отраслях, а его диоксид является важнейшим белым пигментом.