TITANIUMOXIDE (IV): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK - CHEMIE - 2026

Het titaniumoxide (IV) is een vast anorganisch kristallijn wit waarvan de chemische formule TiO _{2 is} , dus het is ook bekend als titaniumdioxide. Het bestaat in drie kristallijne vormen: rutiel, anataas en brookiet. Hoewel het in de natuur meestal gekleurd is door de aanwezigheid van onzuiverheden zoals ijzer, chroom of vanadium, wordt puur TiO ₂ gebruikt als een wit pigment.

Onder zijn kenmerken kunnen we benadrukken dat de oplosbaarheid van TiO ₂ aanzienlijk afhangt van zijn chemische en thermische geschiedenis. Evenals dat wanneer het wordt verwarmd tot hoge temperaturen (900 ºC), het chemisch inert wordt. De belangrijkste bronnen zijn ilmeniet (ijzer en titaniumoxide), rutiel en anataas.

Titaandioxide poeder. De oorspronkelijke uploader was Walkerma op Engelse Wikipedia.

Het wordt voornamelijk geproduceerd in een kwaliteit die geschikt is voor gebruik als pigment, waardoor het uitstekende lichtverstrooiingseigenschappen heeft in toepassingen die witte opaciteit en glans vereisen.

Het wordt ook geproduceerd als een ultradun materiaal, voor toepassingen waar transparantie en maximale ultraviolet (UV) absorptie vereist zijn. Bijvoorbeeld als onderdeel van zonnebrandcrème voor de huid. Hierin fungeert het TiO ₂ als een filter, waardoor de absorptie van deze stralen wordt geblokkeerd.

Vanwege zijn chemische inertie is dit het geprefereerde witte pigment. De Amerikaanse Food and Drug Administration, of FDA, heeft echter parameters vastgesteld voor het veilige gebruik ervan in voedsel en cosmetica.

Er is ook een limiet voor blootstelling aan titaanoxidestof, aangezien het bij inademing in de longen kan neerslaan.

Structuur

TiO ₂ heeft drie kristallijne modificaties: rutiel, anataas en brookiet. Deze kristallijne variëteiten komen allemaal in de natuur voor.

Rutiel

Rutiel kristalliseert in het tetragonale systeem met twee TiO _2- eenheden per cel. Titanium is octaëdrisch gecoördineerd. Van rutiel is door calorimetrische studies aangetoond dat het de thermisch meest stabiele kristallijne vorm is.

Rutiel kristalstructuur. Grijze ballen: titanium, roze ballen: zuurstof. Solid State-bron: Wikipedia Commons

Anatase

Deze vorm kristalliseert ook in het tetragonale systeem, maar anataas komt voor in de vorm van sterk vervormde octaëders van zuurstofatomen ten opzichte van elk titaniumatoom, waarvan er twee relatief dichterbij zijn. Het heeft 4 eenheden TiO ₂ voor elke kristallijne cel.

Kristalstructuur van anataas. Benjah-bmm27 Bron: Wikipedia Commons

Brookite

Het kristalliseert in het orthorhombische systeem, met 8 TiO ₂ -eenheden voor elke kristallijne cel.

Eigendommen

Fysieke toestand

Kristallijne vaste stof.

Mohs-hardheid

Rutiel: 7-7,5.

Anatase: 5,5-6.

Molecuulgewicht

79,87 g / mol.

Smeltpunt

Rutiel: 1830-1850 ° C.

Anatase: bij verhitting wordt het rutiel.

Dichtheid

Rutiel: 4,250 g / cm ³

Anatase: 4,133 g / cm ³

Brookite: 3,895 g / cm ³

Oplosbaarheid

Onoplosbaar in water en organische oplosmiddelen. Lost langzaam op in HF en heet geconcentreerd H ₂ SO ₄ . Onoplosbaar in HCl en HNO ₃ .

pH

7.5.

Brekingsindex

Rutiel: 2,75 bij 550 nm.

Anatase: 2,54 bij 550 nm.

Het heeft de hoogste brekingsindex van alle anorganische pigmenten.

Andere eigenschappen

Anatase wordt snel omgezet in rutiel bij temperaturen boven 700 ºC. TiO ₂ dat is gecalcineerd bij 900 ° C lost zwak op in basen, fluorwaterstofzuur en heet zwavelzuur. Het wordt niet aangetast door zwakke anorganische zuren of organische zuren. Het wordt niet gemakkelijk gereduceerd of geoxideerd.

Anataas en rutiel zijn breedband halfgeleiders, maar hun elektrische geleidbaarheid hangt af van de aanwezigheid van onzuiverheden en defecten in het kristal.

Nomenclatuur

-Titaandioxide

-Rutiel

-Anatase

-Brookita

-Titania

Toepassingen

Witte pigmenten

Het belangrijkste gebruik van titanium (IV) oxide is als wit pigment in een grote verscheidenheid aan producten, waaronder verven, lakken, kleefstoffen, kunststoffen, papier en drukinkten. Dit komt door de hoge brekingsindex en de chemische inertie.

Bron: Pexels.com

Het titaniumdioxide dat als het witte pigment wordt gebruikt, moet van hoge zuiverheid zijn. De ondoorzichtigheid en helderheid zijn afkomstig van het vermogen om licht te verstrooien. Het is helderder dan diamant. Alleen rutiel en anataas hebben goede pigmentatie-eigenschappen.

Kunststoffen

In kunststoffen minimaliseert TiO ₂ broosheid en barsten die kunnen optreden als gevolg van blootstelling aan licht.

Het is het belangrijkste pigment bij de vervaardiging van PVC-kunststofartikelen voor buitengebruik, omdat het het materiaal UV-bescherming biedt.

De optimale kristallijne vorm is in dit geval rutiel. In deze toepassing dient de rutiel een oppervlaktebekleding van zirkonium, silicium of aluminium zijn, het fotokatalytische effect van TiO minimaliseren ₂ bij de afbraak van PVC.

Andere gebruiken

Andere toepassingen zijn onder meer glasachtig email dat wordt gebruikt op staal en gietijzer, waaraan het ondoorzichtigheid en weerstand tegen zuren verleent.

In de textielindustrie wordt het gebruikt in garengeleiders, zodat ze gemakkelijk glijden tijdens het spinnen. De wrijving tussen de schroefdraden en de geleiders wekt statische elektriciteit op. Om het af te voeren, moet de TiO ₂ worden verbrand op 1300 ºC, zodat het een grotere elektrische geleidbaarheid heeft.

Andere toepassingen zijn onder meer de pigmentatie van drukinkten, rubber, textiel, leer, synthetische vezels, keramiek, wit cement, vloerbedekking en dakbedekkingsmaterialen. Als papiercoating maakt TiO ₂ het witter, helderder en ondoorzichtiger.

Het wordt in cosmetica gebruikt om huidonvolkomenheden te bedekken, en om tandpasta en zeep wit te maken.

Het beschermt voedsel, dranken, supplementen en farmaceutische producten tegen voortijdige afbraak door het effect van licht, waardoor de levensduur van het product wordt verlengd.

Het is een onderdeel bij de productie van glas, keramiek en elektrokeramiek. Het wordt gebruikt in elementen van elektrische circuits. Het wordt ook gebruikt in de zuurstofsensor van het uitlaatsysteem van motorvoertuigen.

Ultrafijn TiO ₂ wordt gebruikt als een component van zonnebrandcrème, omdat het een sterke absorber is van ultraviolette (UV) straling, zowel UV-A als UV-B. UV-A-stralen veroorzaken rimpels en huidveroudering, en UV-B veroorzaken brandwonden en erytheem.

TiO ₂ nanodeeltjes worden gebruikt als dragermateriaal voor chemische reactiekatalysatoren.

Anatase is een effectieve fotokatalysator die organische verbindingen oxideert. Hoe kleiner de deeltjes, hoe effectiever het is.

Referenties

1. Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. John Wiley & Sons.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedie van chemische technologie. Deel 19 en 24. Vierde editie. John Wiley & Sons.
3. Feiten over chemische veiligheid. (2019). Titaandioxide. Hersteld van: chemicaliënafetyfacts.org
4. Wypych, George. (2015). PVC-additieven. In PVC-formularium (tweede editie). Opgehaald van sciencedirect.com
5. Denning, R. (2009). Wolproducten verbeteren met behulp van nanotechnologie. Vooruitgang in woltechnologie. Opgehaald van sciencedirect.com
6. Nationale bibliotheek van geneeskunde. (2019). Titaandioxide. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov