Titaniumhydrid - Titanium hydride

Denne artikel handler om det stabile titaniumhydrid. For den ustabile molekylære kemiske forbindelse , se Titanium (IV) hydrid .
Titaniumhydrid
Titaniumhydrid TiH2.jpg
Titaniumhydridpulver
Navne
IUPAC navn
titandihydrid (brintmangel)
Identifikatorer
ECHA InfoCard 100.028.843 Rediger dette på Wikidata
UNII
Ejendomme
TiH 2 − x
Molar masse 49,88 g / mol (TIH 2 )
Udseende sort pulver (kommerciel form)
Massefylde 3,76 g / cm 3 (typisk kommerciel form)
Smeltepunkt 350 ° C (662 ° F; 623 K) ca.
uopløselig
Medmindre andet er angivet, gives data for materialer i deres standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
kontrollere Y   verificer  ( hvad er    ?) kontrollere Y ☒ N
Infoboksreferencer

Titanhydrid refererer normalt til den uorganiske forbindelse TIH 2 og relaterede støkiometriske materialer. Det er kommercielt tilgængeligt som et stabilt gråt / sort pulver, der bruges som tilsætningsstof i produktionen af Alnico sintrede magneter, ved sintring af pulveriserede metaller, produktionen af metalskum , produktionen af ​​pulveriseret titanmetal og i pyroteknik.

Produktion og reaktioner af TiH (2-x)

I den kommercielle fremgangsmåde til fremstilling af ikke-støkiometrisk TIH (2-x) , titanium metal svamp behandles med hydrogengas ved atmosfærisk tryk ved mellem 300-500 ° C. Absorptionen af ​​brint er eksoterm og hurtig og ændrer farven på svampen grå / sort. Det skøre produkt formales til et pulver, der har en sammensætning omkring TiH 1,95 . I laboratoriet produceres titanhydrid ved opvarmning af titanpulver under strømmende brint ved 700 ° C, idet den idealiserede ligning er:

Ti + H 2 → TIH 2

Andre fremgangsmåder til fremstilling af titanhydrid inkluderer elektrokemiske metoder og kuglemøllefremgangsmåder.

Reaktioner

TiH 1,95 påvirkes ikke af vand og luft. Det angribes langsomt af stærke syrer og nedbrydes af flussyre og varme svovlsyre. Det reagerer hurtigt med oxidationsmidler, idet denne reaktivitet fører til brugen af ​​titanhydrid i pyroteknik.

Materialet er blevet brugt til at producere meget rent brint, som frigøres ved opvarmning af det faste stof ved 300 ° C. Kun ved titans smeltepunkt er dissociation fuldført. Titantrititiid er blevet foreslået til langvarig opbevaring af tritiumgas .

Struktur

Når TiH x nærmer sig støkiometri, vedtager den en forvrænget kropscentreret tetragonal struktur, betegnet ε-formen med et aksialt forhold på mindre end 1. Denne sammensætning er meget ustabil med hensyn til delvis termisk nedbrydning, medmindre den opretholdes under en ren hydrogenatmosfære. Ellers nedbrydes sammensætningen hurtigt ved stuetemperatur, indtil en omtrentlig sammensætning af TiH 1,74 er nået. Denne sammensætning antager fluoritstrukturen og betegnes δ-formen og nedbrydes kun meget langsomt termisk ved stuetemperatur, indtil en omtrentlig sammensætning af TiH 1,47 nås, på hvilket tidspunkt indeslutninger af den sekskantede tætpakkede α-form, som er samme form som rent titanium, begynder at dukke op.

Udviklingen af ​​dihydridet fra titanmetal og brint er blevet undersøgt i detaljer. α-Titanium har en sekskantet tætpakket (hcp) struktur ved stuetemperatur. Brint optager oprindeligt tetraedriske interstitielle steder i titanet. Som H / Ti-forholdet nærmer 2, materialet vedtager β-form til en kubisk fladecentreret (fcc) , δ- form til de H-atomer vinder udfylde alle de tetraedriske sites giver den begrænsende støkiometri TIH 2 . De forskellige faser er beskrevet i nedenstående tabel.

Temperatur ca. 500 ° C, taget fra illustrationen
Fase Vægt% H Atomisk% H TiH x Metalgitter
α- 0 - 0,2 0 - 8 hcp
α- & β- 0,2 - 1,1 8 - 34 TiH 0,1 - TiH 0,5
β- 1.1 - 1.8 34 - 47 TiH 0,5 - TiH 0,9 bcc
β- & δ 1,8 - 2,5 47 - 57 TiH 0,9 - TiH 1,32
δ- 2.7 - 4.1 57-67 TIH 1.32 - TIH 2 fcc

Hvis titaniumhydrid indeholder 4,0% brint ved mindre end omkring 40 ° C, omdannes det til en kropscentreret tetragonal (bct) struktur kaldet ε-titanium.

Når titanhydrider med mindre end 1,3% hydrogen, kendt som hypoeutektoid titanhydrid, afkøles, forsøger blandingens β-titanfase at vende tilbage til α-titanfasen, hvilket resulterer i et overskud af hydrogen. En måde, hvorpå hydrogen kan forlade β-titanfasen, er, at titanium delvist transformeres til δ-titanium, hvilket efterlader titanium, der er lavt nok i brint til at tage form af α-titanium, hvilket resulterer i en α-titaniummatrix med δ -titanium indeslutninger.

En metastabil γ-titaniumhydrid-fase er blevet rapporteret. Når α-titanhydrid med et hydrogenindhold på 0,02-0,06% standses hurtigt, dannes det til γ-titanhydrid, da atomerne "fryser" på plads, når cellestrukturen ændres fra hcp til fcc. γ-Titanium tager en kropscentreret tetragonal (bct) struktur. Desuden er der ingen sammensætningsændring, så atomerne generelt beholder deres samme naboer.

Brintforstøvning i titanium og titaniumlegeringer

Udvalgte farver opnås ved anodisering af titanium.

Absorptionen af ​​brint og dannelsen af ​​titanhydrid er en kilde til beskadigelse af titanium og titaniumlegeringer (Ti / Ti-legeringer). Denne brintforstøvningsproces er særlig bekymret, når titanium og legeringer anvendes som strukturelle materialer, som i atomreaktorer.

Brintforstørring manifesterer sig som en reduktion i duktilitet og til sidst spaltning af titaniumoverflader. Effekten af ​​brint bestemmes i høj grad af sammensætningen, den metallurgiske historie og håndteringen af ​​Ti / Ti-legeringen. CP-titanium ( kommercielt rent : ≤99,55% Ti-indhold) er mere modtageligt for brintangreb end rent α-titanium. Krympning, observeret som en reduktion i duktilitet og forårsaget af dannelsen af ​​en fast opløsning af hydrogen, kan forekomme i CP-titanium i koncentrationer så lave som 30-40 ppm. Hydriddannelse har været forbundet med tilstedeværelsen af ​​jern i overfladen af ​​en Ti-legering. Hydridpartikler observeres i prøver af Ti / Ti-legeringer, der er blevet svejset, og på grund af denne svejsning udføres ofte under et inert gasafskærmning for at reducere muligheden for dannelse af hydrid.

Ti / Ti-legeringer danner et overfladeoxidlag , der består af en blanding af Ti (II) , Ti (III) og Ti (IV) oxider, som giver en grad af beskyttelse mod hydrogen, der kommer ind i bulk. Tykkelsen af ​​dette kan øges ved anodisering , en proces, som også resulterer i en markant farvning af materialet. Ti / Ti-legeringer anvendes ofte i hydrogenholdige miljøer og under forhold, hvor hydrogen reduceres elektrolytisk på overfladen. Bejdsning , en syrebadbehandling , der bruges til at rense overfladen, kan være en kilde til brint.

Anvendelser

Almindelige anvendelser indbefatter keramik , pyroteknik , sportsudstyr , som et laboratorium reagens , som et opblæsningsmiddel , og som forløber for porøs titan. Når det opvarmes som en blanding med andre metaller i pulvermetallurgi , frigiver titaniumhydrid brint, der tjener til at fjerne kulstof og ilt, hvilket producerer en stærk legering.


Referencer

eksterne links