Ero volframin ja titaanin välillä

Volframi

Nimikkeistö, alkuperä ja löytö

Volframi on johdettu ruotsista tung sten, tai "raskas kivi". Sitä edustaa tunnus W, koska se tunnetaan Wolframina monissa Euroopan maissa. Tämä tulee saksan kielestä "susivaahto", koska varhaiset tinakaivostajat huomasivat, että wolframiitiksi kutsuttu mineraali vähensi tinasatoa, kun sitä esiintyi tinamalmissa, joten näytti kuluttavan tinaa kuin susi söisi lampaita. [I]

Vuonna 1779 Peter Woulfe tutki Ruotsista peräisin olevan sheeliitin ja havaitsi, että se sisälsi uuden metallin. Kaksi vuotta myöhemmin Carl Wilhelm Scheele pelkisti volframihapon tästä mineraalista ja eristi happaman valkoisen oksidin. Vielä kaksi vuotta myöhemmin, Juan ja Fausto Elhuyar, Vergara, Espanja, erottivat saman metallioksidin samasta haposta, joka oli pelkistetty wolframiitista. He kuumensivat metallioksidia hiilellä, pelkistäen sen volframimetalliksi.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Volframi on kiiltävä, hopeanvalkoinen metalli ja sillä on atominumero 74 alkujaksojen taulukossa ja standardi atomipaino (A_R) 183,84. [ii]

Sillä on korkein sulamispiste kaikista elementeistä, erittäin korkea tiheys ja se on erittäin kova ja vakaa. Kaikilla metalleilla on alhaisin höyrynpaine, alhaisin lämpölaajenemiskerroin ja suurin vetolujuus. Nämä ominaisuudet johtuvat 5d-elektronien muodostamien volframiatomien välisistä vahvoista kovalenttisista sidoksista. Atomit muodostavat kehonkeskeisen kuutiometriä kiderakenteen.

Volframi on myös johtava, suhteellisen kemiallisesti inertti, hypoallergeeninen ja sillä on säteilyä suojaavat ominaisuudet. Volframin puhtain muoto on helposti muovattavissa ja se työstetään taonta-, suulakepuristus-, veto- ja sintraamalla. Suulakepuristamiseen ja vetämiseen sisältyy kuuman volframin työntäminen ja vetäminen vastaavasti "muotin" (muotin) läpi, kun taas sintraaminen on volframijauheen sekoittamista muiden jauhettujen metallien kanssa seoksen tuottamiseksi.

Kaupallinen käyttö

Volframilejeeringit ovat erittäin kovia, kuten volframikarbidi, joka yhdistetään keramiikkaan "nopean teräksen" muodostamiseksi - sitä käytetään porauksien, veitsien sekä leikkaus-, sahaus- ja jyrsintöiden valmistukseen. Niitä käytetään metalli-, kaivos-, puuntyöstö-, rakennus- ja öljyteollisuudessa, ja niiden osuus kaupallisesta volframinkäytöstä on 60%.

Volframia käytetään lämmityselementteissä ja korkean lämpötilan uuneissa. Sitä löytyy myös lentokoneiden pyrstöjen, huvijakelien ja kilpa-autojen liitäntälaitteissa, painoissa ja ampumatarvikkeissa.

Kalsium- ja magnesiumvolfraatteja käytettiin kerran yleisesti hehkulamppujen filamenteissa, mutta niiden katsotaan olevan energiatehokkaita. Volframiseosta käytetään kuitenkin alhaisen lämpötilan suprajohtavissa piireissä.

Kristallivolfraateja käytetään ydinfysiikassa ja ydinlääketieteessä, röntgen- ja katodisädeputkissa, valokaarihitsauselektrodoissa ja elektronimikroskoopeissa. Volframitrioksidia käytetään katalyyteissä, kuten sellaisia, joita käytetään hiilellä toimivissa voimalaitoksissa. Muita volframisuoloja käytetään kemian- ja parkitusteollisuudessa.

Joitakin seoksia käytetään koruina, kun taas yhden tiedetään muodostavan pysyviä magneetteja ja osa superseoksia käytetään kulumisenkestävinä päällysteinä.

Volframi on raskain metalli, jolla on biologinen rooli, mutta vain bakteereissa ja arhaassa. Sitä käyttää entsyymi, joka pelkistää karboksyylihapot aldehydeiksi. [Iii]

Titaani

Nimikkeistö, alkuperä ja löytö

Titaani on johdettu sanasta "Titans", kreikkalaisen mytologian maapallon jumalattaren poikia. Reverend William Gregor, amatöörigeologi, huomasi, että Cornwallissa vuonna 1791 olevan virran musta hiekka veti magneettia. Hän analysoi sitä ja sai tietää, että hiekka sisälsi rautaoksidia (selittää magneettisuutta), samoin kuin menakaniitti tunnetaan mineraalina, jonka hän päätteli olevan valmistettu tuntemattomasta valkoisesta metallioksidista. Tämän hän raportoi Cornwallin kuninkaalliselle geologiselle seuralle.

Vuonna 1795 Boussista peräisin oleva Preussin tiedemies Martin Heinrich Klaproth tutki Unkarista Schörl-nimisen punaisen malmin ja nimitti sen sisältämän tuntemattoman oksidin alkuaineen titaanin. Hän vahvisti myös titaanin esiintymisen menakaniitissa.

Yhdiste TiO₂ on mineraali, joka tunnetaan nimellä rutiili. Titaania esiintyy myös mineraaleissa ilmeniitti ja pallo, joita esiintyy pääasiassa muissa kallioissa ja niistä johdetuissa sedimenteissä, mutta niitä on myös levinnyt koko maan litosfääriin.

Puhtaan titaanin teki ensin Matthew A. Hunter vuonna 1910 Rensselaerin ammattikorkeakoulussa kuumentamalla titaanitetrakloridia (tuotettu lämmittämällä titaanidioksidia kloorilla tai rikkiä) ja natriummetallia, jota nykyään kutsutaan Hunter-prosessiksi. Sitten William Justin Kroll pelkisti titaanitetrakloridia kalsiumilla vuonna 1932 ja myöhemmin puhdisti prosessia magnesiumilla ja natriumilla. Tämä salli titaanin käytön laboratorion ulkopuolella, ja mitä nyt kutsutaan Kroll-prosessiksi, käytetään edelleen kaupallisesti.

Anton Eduard van Arkel ja Jan Hendrik de Boer tuottivat erittäin korkealaatuista titaania pieninä määrinä jodidi- tai kristallitankoprosessissa vuonna 1925 saattamalla titaanin reagoimaan jodin kanssa ja erottamalla höyryt, jotka muodostuivat kuuman filamentin päällä. [Iv]

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Titaani on kova, kiiltävä, hopeanvalkoinen metalli, jota edustaa jakson taulukossa symboli Ti. Sillä on atominumero 22 ja standardi atomipaino (A_R) 47,867. Atomit muodostavat kuusikulmaisen tiiviisti pakatun kiderakenteen, jonka tuloksena metalli on yhtä vahva kuin teräs, mutta paljon vähemmän tiheä. Itse asiassa titaanilla on korkein lujuus / tiheys-suhde kaikista metalleista.

Titaani on sitkeää hapettomassa ympäristössä ja kestää äärimmäisiä lämpötiloja suhteellisen korkean sulamispisteensä takia. Se ei ole magneettinen ja sillä on alhaiset sähkön- ja lämmönjohtavuudet.

Metalli on meriveden, happaman veden ja kloorin korroosionkestävä, samoin kuin hyvä infrapunasäteilyn heijastin. Fotokatalysaattorina se vapauttaa elektroneja valon läsnä ollessa, jotka reagoivat molekyylien kanssa muodostaen vapaita radikaaleja, jotka tappavat bakteerit. [V]

Titaani yhdistyy hyvin luuhun ja ei ole myrkyllinen, vaikka hieno titaanidioksidi on epäilty syöpää aiheuttava aine. Zirkoniumilla, yleisimmällä titaani-isotoopilla, on monia erilaisia ​​kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia.

Kaupallinen käyttö

Titaania käytetään yleisimmin titaanidioksidin muodossa, joka on pääkomponentti kirkkaan valkoisessa pigmentissä, jota löytyy maalista, muovista, emaloista, paperista, hammastahnasta ja lisäaineesta E171, joka valkaisee makeisia, juustoja ja jäätä. Titaaniyhdisteet ovat aurinkovoideiden ja savunäyttöjen komponentteja, niitä käytetään pyrotekniikassa ja ne parantavat näkyvyyttä aurinkokennoissa. [Vi]

Titaania käytetään myös kemian ja petrokemian teollisuudessa sekä litiumparistojen kehittämisessä. Tietyt titaaniyhdisteet muodostavat katalyyttikomponentteja, esimerkiksi niitä, joita käytetään polypropeenin valmistuksessa.

Titaani tunnetaan käytöstä urheiluvälineissä, kuten tennismailat, golfmailat ja pyöräkehykset, sekä elektronisissa laitteissa, kuten matkapuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa. Sen kirurgisiin sovelluksiin sisältyy käyttö ortopedisissa implantteissa ja lääketieteellisissä proteeseissa.

Alumiinilla, molybdeenilla, raudalla tai vanadiinilla seostamalla titaania käytetään leikkaustyökalujen ja suojapinnoitteiden pinnoittamiseen tai jopa koruihin tai koristeeksi. TiO₂ lasi- tai laattalattiapinnoitteet voivat vähentää sairaalainfektioita, estää moottoriajoneuvojen sivupeilien sumuutumista ja vähentää lian kerääntymistä rakennuksiin, jalkakäytäville ja teille.

Titaani muodostaa tärkeän osan merivedelle alttiita rakenteita, kuten suolanpoistolaitoksia, alusten ja sukellusveneiden rungot ja potkuriakselit sekä voimalaitoksen lauhdutinputket. Muihin käyttötarkoituksiin sisältyy komponenttien, kuten lentokoneiden, avaruusalusten, ohjuksien, panssarointi, moottorien ja hydrauliikkajärjestelmien, valmistaminen ilmailu- ja kuljetusteollisuudelle sekä armeijalle. Titaanin soveltuvuutta ydinjätteen varastosäiliömateriaaliksi selvitetään parhaillaan. iv

Tärkeimmät erot volframin ja titaanin välillä

• Volframi on peräisin mineraaleista scheeliitista ja wolframiitista. Titaania on mineraaleissa ilmeniitti, rutiili ja pallo.
• Volframia tuotetaan pelkistämällä volframihappo mineraalista, eristämällä metallioksidi ja pelkistämällä se metalliin kuumentamalla hiilellä. Titaania tuotetaan muodostamalla titaanitetrakloridi kloridi- tai sulfaattiprosessien avulla ja kuumentamalla sitä magnesiumilla ja natriumilla.
• Volframi on määrä 74 jaksollisessa taulukossa, suhteellinen atomipaino 84. Titaani on numero 22, suhteellisen atomipainon ollessa 47.867.
• Volframiatomit muodostavat kehonkeskeisen kuutiometriä kiderakenteen. Titaaniatomit muodostavat kuusikulmaisen tiiviisti pakatun kiderakenteen.
• Volframi on erittäin vahva, kova ja tiheä. Titaani on erittäin vahva ja kova, ja sen tiheys on paljon pienempi.
• Volframi on hiukan magneettinen ja hieman sähköä johtava. Titaani on ei-magneettinen ja vähemmän sähköä johtava.
• Volframi ei ole yhtä korroosionkestävä suolavedessä kuin titaani, eikä se ole fotokatalyytti, kuten titaani.
• Volframilla on biologinen rooli, mutta titaanilla ei.
• Volframi on muokattavissa puhtaimmassa muodossaan. Titaani on sitkeää hapottomassa ympäristössä.

Volframia käytetään kuumennuselementeissä, painoissa, matalan lämpötilan suprajohtavissa piireissä, ja niitä voidaan käyttää ydinfysiikassa ja elektronia emittoivissa laitteissa. Titaania käytetään valkoisissa pigmenteissä, urheiluvälineissä, kirurgisissa implantteissa ja merirakenteissa.