Razlika med volframom in titanom

Volfram

Nomenklatura, poreklo in odkritje

Volfram izvira iz švedskega tung sten, ali "težki kamen". Predstavlja ga simbol W, saj je v številnih evropskih državah znan kot Wolfram. To izhaja iz nemščine za "volkovo peno", saj so zgodnji rudarji kositra opazili, da mineral, ki so ga poimenovali volkramit, zmanjšuje donos kositra, ko je prisoten v kositrni rudi, zato se zdi, da porabi kositer kot volk, ki požre ovce. [jaz]

Leta 1779 je Peter Woulfe pregledal sheelit iz Švedske in ugotovil, da vsebuje novo kovino. Dve leti pozneje je Carl Wilhelm Scheele zmanjšal volframovo kislino iz tega minerala in izoliral kisli beli oksid. Še dve leti pozneje sta Juan in Fausto Elhuyar v Vergari v Španiji izolirala isti kovinski oksid iz identične kisline, reducirane iz volframita. Kovinski oksid so segrevali z ogljikom in ga zmanjšali v volframovo kovino.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Volfram je sijoča, srebrno-bela kovina in ima atomsko številko 74 na periodični tabeli elementov in standardno atomsko težo (A_r) z dne 183,84. [ii]

Ima najvišje tališče vseh elementov, ultra visoko gostoto in je zelo trda in stabilna. Ima najnižji parni tlak, najnižji koeficient toplotne ekspanzije in najvišjo natezno trdnost vseh kovin. Te lastnosti so posledica močnih kovalentnih vezi med atomi volframa, ki jih tvorijo 5d elektroni. Atomi tvorijo telesno usmerjeno kubično kristalno strukturo.

Volfram je tudi prevoden, sorazmerno kemično inerten, hipoalergen in ima lastnosti zaščite pred sevanjem. Najčistejša oblika volframa je zlahka pokvarjena in obdelana s kovanjem, stiskanjem, vlečenjem in sintranjem. Ekstrudiranje in vlečenje vključujeta potiskanje in vlečenje vročega volframa skozi "matriko" (plesen), sintranje pa je mešanje volframovega prahu z drugimi kovinami v prahu, da nastane zlitina.

Komercialne uporabe

Volframove zlitine so izredno trde, na primer volframov karbid, ki ga v kombinaciji s keramiko tvorijo "visokohitrostno jeklo" - to se uporablja za izdelavo vrtalnikov, nožev ter rezalnega, žaganja in rezkalnega orodja. Te se uporabljajo v kovinski, rudarski, lesno-gradbeni in naftni industriji in predstavljajo 60% komercialne uporabe volframa.

Volfram se uporablja v grelnih elementih in visokotemperaturnih pečeh. Najdemo ga tudi v balastih v repih letala, kobilicah jaht in dirkalnih avtomobilih, pa tudi uteži in strelivu.

Kalcijeve in magnezijeve volframe so se nekoč uporabljale za nitke v žarnicah z žarilno nitko, vendar veljajo za energetsko neučinkovite. Vendar se volframova zlitina uporablja v nizkotemperaturnih superprevodnih tokokrogih.

Kristalni volframi se uporabljajo v jedrski fiziki in nuklearni medicini, rentgenskih in katodnih ceveh, elektrode za varjenje z lokom in elektronskih mikroskopih. Volframski trioksid se uporablja v katalizatorjih, kot je tisti, ki se uporablja v elektrarnah, ki delujejo na premog. Druge volframove soli se uporabljajo v kemični in strojevalni industriji.

Nekatere zlitine se uporabljajo kot nakit, medtem ko je ena znana, da tvorijo trajne magnete, nekatere super-zlitine pa se uporabljajo kot obloge, odporne proti obrabi..

Volfram je najtežja kovina, ki ima biološko vlogo, vendar le v bakterijah in arhejah. Uporablja ga encim, ki karboksilne kisline reducira na aldehide. [iii]

Titan

Nomenklatura, poreklo in odkritje

Titan izhaja iz besede "Titani", sinovi boginje Zemlje v grški mitologiji. Velečasni William Gregor, amaterski geolog, je opazil, da črni pesek ob potoku v Cornwallu iz leta 1791 privlači magnet. Analiziral ga je in izvedel, da pesek vsebuje železov oksid (razlaga magnetizem), pa tudi mineral, znan kot menahanit, za katerega je ugotovil, da je izdelan iz neznanega belega kovinskega oksida. To je sporočil kraljevemu geološkemu društvu iz Cornwalla.

Leta 1795 je pruski znanstvenik Martin Heinrich Klaproth iz Boinika raziskal rdečo rudo, znano kot Schörl z Madžarske, in poimenoval element neznanega oksida, ki ga je vseboval, titan. Potrdil je tudi prisotnost titana v menahanitu.

Spojina TiO₂ je mineral, znan kot rutil. Titan se pojavlja tudi v mineralih ilmenite in sfene, ki jih najdemo predvsem v magnetnih kamninah in usedlinah, pridobljenih iz njih, vendar so razporejeni tudi po celotni zemeljski litosferi.

Čisti titan je prvič izdelal Matthew A. Hunter leta 1910 na Politehničnem inštitutu Rensselaer s segrevanjem titanovega tetraklorida (proizvedenega s segrevanjem titanovega dioksida s klorom ali žveplom) in natrijeve kovine, kar je danes znano kot Hunterjev postopek. William Justin Kroll je nato leta 1932 zmanjšal titanov tetraklorid s kalcijem in kasneje postopek izpopolnil z uporabo magnezija in natrija. To je omogočilo uporabo titana zunaj laboratorija in tisto, kar je danes znano kot postopek Kroll, se še danes komercialno uporablja.

Titan iz zelo visoke čistosti sta v postopku jodida ali kristalne palice leta 1925 v majhnih količinah proizvedla Anton Eduard van Arkel in Jan Hendrik de Boer z reakcijo titana z jodom in ločevanjem hlapov, ki so nastali nad vročo nitko. [Iv]

Fizikalne in kemijske lastnosti

Titan je trda, sijoča, srebrno-bela kovina, ki jo na periodični tabeli predstavlja simbol Ti. Ima atomsko številko 22 in standardno atomsko maso (A_r) z dne 47.867. Atomi tvorijo šestkotno zaprto kristalno strukturo, zaradi česar je kovina močna kot jeklo, vendar veliko manj gosta. V resnici ima titan najvišje razmerje med trdnostjo in gostoto od vseh kovin.

Titan je duktil v okolju brez kisika in lahko prenese ekstremne temperature zaradi sorazmerno visokega tališča. Je nemagnetno in ima nizko električno in toplotno prevodnost.

Kovina je odporna proti koroziji v morski vodi, kisli vodi in kloru, pa tudi dober reflektor infrardečega sevanja. Kot fotokatalizator v prisotnosti svetlobe sprošča elektrone, ki reagirajo z molekulami in tvorijo proste radikale, ki ubijajo bakterije. [v]

Titan se dobro poveže s kostmi in ni strupen, čeprav je fini titanov dioksid sumljivo rakotvorno. Cirkonij, najpogostejši izotop titana, ima veliko različnih kemijskih in fizikalnih lastnosti.

Komercialne uporabe

Titan se najpogosteje uporablja v obliki titanovega dioksida, ki je glavni sestavni del svetlo belega pigmenta, ki ga najdemo v barvah, plastiki, emajlih, papirju, zobni pasti in prehranskem dodatku E171, ki beli slaščice, sire in zaledenitve. Titanove spojine so sestavina krem ​​za zaščito pred soncem in dimnih krem, uporabljajo se v pirotehniki in izboljšujejo vidnost v sončnih opazovalnicah. [vi]

Titan se uporablja tudi v kemični in petrokemični industriji ter pri razvoju litijevih baterij. Določene titanove spojine tvorijo komponente katalizatorja, na primer tiste, ki se uporabljajo pri proizvodnji polipropilena.

Titanium je znan po uporabi v športnih orodjih, kot so teniški loparji, klubi za golf in okvirji za kolesa ter elektronska oprema, kot so mobilni telefoni in prenosniki. Njegove kirurške aplikacije vključujejo uporabo ortopedskih vsadkov in medicinskih protez.

Kadar je legiran z aluminijem, molibdenom, železom ali vanadijem, se titan uporablja za nanašanje rezalnega orodja in zaščitnih prevlek ali celo v nakitu ali kot dekorativni zaključek. TiO₂ nanosi na steklene ali ploščice lahko zmanjšajo okužbo v bolnišnicah, preprečijo zamegljevanje ogledal v motornih vozilih in zmanjšajo nastajanje umazanije na zgradbah, pločnikih in cestah.

Titan je pomemben del struktur, ki so izpostavljene morski vodi, kot so naprave za razsoljevanje, ladijski in podvodni trup ter gredi propelerjev, pa tudi kondenzatorskih cevi elektrarn. Druge uporabe vključujejo izdelavo sestavnih delov za vesoljsko in prometno industrijo ter vojsko, kot so letala, vesoljska plovila, rakete, oklep, motorji in hidravlični sistemi. Opravljajo se raziskave, da se ugotovi primernost titana kot materiala iz zabojnikov za jedrske odpadke. iv

Ključne razlike med volframom in titanom

• Volfram izvira iz mineralov scheelita in volkramita. Titan najdemo v mineralih ilmenit, rutil in sfen.
• Volfram se proizvaja z zmanjšanjem volframove kisline iz minerala, izolacijo kovinskega oksida in redukcijo v kovino s segrevanjem z ogljikom. Titan nastaja tako, da tvorimo tetraklorid titana s kloridnimi ali sulfatnimi postopki in ga segrevamo z magnezijem in natrijem.
• Volfram je številka 74 na periodični tabeli z relativno atomsko maso 84. Titan je številka 22, z relativno atomsko težo 47.867.
• Atomi volframa tvorijo telesno usmerjeno kubično kristalno strukturo. Atomi titana tvorijo šestkotno zaprto kristalno strukturo.
• Volfram je izjemno močan, trd in gost. Titan je zelo močan in trd in ima veliko nižjo gostoto.
• Volfram je rahlo magnetni in rahlo električno prevoden. Titan je nemagneten in manj električno prevoden.
• Volfram ni tako odporen proti koroziji v slani vodi kot titan in ni fotokatalizator, kot je titan.
• Volfram ima biološko vlogo, titana pa ne.
• Volfram je v svoji najčistejši obliki lepljiv. Titan je duktil v okolju brez kisika.

Volfram se uporablja za grelne elemente, uteži, nizkotemperaturne superprevodne tokokroge in se uporablja v jedrski fiziki ter napravah, ki oddajajo elektrone. Titan se uporablja v belih pigmentih, športni opremi, kirurških vsadkih in morskih strukturah.