Большая Советская Энциклопедия (ТИ)

Тита'н (лат. Titanium), Ti, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 22, атомная масса 47,90; имеет серебристо-белый цвет, относится к лёгким металлам . Природный Т. состоит из смеси пяти стабильных изотопов: ⁴⁶ Ti (7,95%), ⁴⁷ Ti (7,75%), ⁴⁸ Ti (73,45%), ⁴⁹ Ti (5,51%), ⁵⁰ Ti (5,34%). Известны искусственные радиоактивные изотопы ⁴⁵ Ti (Ti_1/2 = 3,09ч , ⁵¹ Ti (Ti_1/2 = 5,79 мин ) и др.

  Историческая справка. Т. в виде двуокиси был открыт английским любителем-минералогом У. Грегором в 1791 в магнитных железистых песках местечка Менакан (Англия); в 1795 немецкий химик М. Г. Клапрот установил, что минерал рутил представляет собой природный окисел этого же металла, названного им «титаном» [в греческой мифологии титаны — дети Урана (Неба) и Геи (Земли)]. Выделить Т. в чистом виде долго не удавалось; лишь в 1910 американский учёный М. А. Хантер получил металлический Т. нагреванием его хлорида с натрием в герметичной стальной бомбе; полученный им металл был пластичен только при повышенных температурах и хрупок при комнатной из-за высокого содержания примесей. Возможность изучать свойства чистого Т. появилась только в 1925, когда нидерландские учёные А. Ван-Аркел и И. де Бур методом термической диссоциации иодида титана получили металл высокой чистоты, пластичный при низких температурах.

  Распространение в природе. Т. — один из распространённых элементов, среднее содержание его в земной коре (кларк) составляет 0,57% по массе (среди конструкционных металлов по распространённости занимает 4-е место, уступая железу, алюминию и магнию). Больше всего Т. в основных породах так называемой «базальтовой оболочки» (0,9%), меньше в породах «гранитной оболочки» (0,23%) и ещё меньше в ультраосновных породах (0,03%) и др. К горным породам, обогащенным Т., относятся пегматиты основных пород, щелочные породы, сиениты и связанные с ними пегматиты и др. Известно 67 минералов Т., в основном магматического происхождения; важнейшие — рутил и ильменит (см. также Титановые руды ).

  В биосфере Т. в основном рассеян. В морской воде его содержится 1·10^-7 %; Т. — слабый мигрант.

  Физические свойства. Т. существует в виде двух аллотропических модификаций: ниже температуры 882,5 °С устойчива a-форма с гексагональной плотноупакованной решёткой (а = 2,951 , с = 4,679 ), а выше этой температуры — b-форма с кубической объёмно-центрированной решёткой а = 3,269 . Примеси и легирующие добавки могут существенно изменять температуру a/b превращения.

  Плотность a-формы при 20 °С 4,505 г/см ³ а при 870 °С 4,35 г/см ³ b-формы при 900 °С 4,32 г/см ³ ; атомный радиус Ti 1,46 , ионные радиусы Ti⁺ 0,94 , Ti²⁺ 0,78 , Ti³⁺ 0,69 , Ti⁴⁺ 0,64 , t _пл 1668±5°С, t _кип 3227 °С; теплопроводность в интервале 20—25 °С 22,065 вт/ (м × К) [0,0527 кал/ (см × сек × °С)]; температурный коэффициент линейного расширения при 20 °С 8,5×10^-6 , в интервале 20—700 °С 9,7×10^-6 ; теплоёмкость 0,523 кдж/ (кг × К) [0,1248 кал/ (г ×°С)]; удельное электросопротивление 42,1×10^-6 ом ×см при 20 °С; температурный коэффициент электросопротивления 0,0035 при 20 °С; обладает сверхпроводимостью ниже 0,38±0,01 К. Т. парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость (3,2±0,4)×10^-6 при 20°С. Предел прочности 256 Мн/м ² (25,6 кгс/мм ² ), относительное удлинение 72%, твёрдость по Бринеллю менее 1000 Мн/м ² (100 кгс/мм ² ). Модуль нормальной упругости 108000 Мн/м ² (10800 кгс/мм ² ). Металл высокой степени чистоты ковок при обычной температуре.

  Применяемый в промышленности технический Т. содержит примеси кислорода, азота, железа, кремния и углерода, повышающие его прочность, снижающие пластичность и влияющие на температуру полиморфного превращения, которое происходит в интервале 865—920 °С. Для технического Т. марок ВТ1-00 и ВТ1-0 плотность около 4,32 г/см ³ , предел прочности 300— 550 Мн/м ² (30—55 кгс/мм ² ), относительное удлинение не ниже 25%, твёрдость по Бринеллю 1150—1650 Мн/м ² (115—165 кгс/мм ² ). Конфигурация внешней электронной оболочки атома Ti 3d ² 4s ² .

  Химические свойства. Чистый Т. — химически активный переходный элемент , в соединениях имеет степени окисления + 4, реже +3 и +2. При обычной температуре и вплоть до 500—550 °С коррозионно устойчив, что объясняется наличием на его поверхности тонкой, но прочной окисной плёнки.

  С кислородом воздуха заметно взаимодействует при температуре выше 600 °С с образованием TiO₂ (см. также Титана окислы ). Тонкая титановая стружка при недостаточной смазке может загораться в процессе механической обработки. При достаточной концентрации кислорода в окружающей среде и повреждении окисной плёнки путём удара или трения возможно загорание металла при комнатной температуре и в сравнительно крупных кусках.