Tlenek tytanu(IV)
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Ogólne informacje | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Wzór sumaryczny |
TiO2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Masa molowa |
79,87 g/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Wygląd |
biały[1] bezwonny proszek | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Identyfikacja | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Numer CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||
| PubChem | |||||||||||||||||||||||||||||||
| DrugBank | |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Podobne związki | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Inne kationy | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Podobne związki | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa) | |||||||||||||||||||||||||||||||
Tlenek tytanu(IV), biel tytanowa, TiO
2 – nieorganiczny związek chemiczny, tlenek tytanu na IV stopniu utlenienia.
Otrzymywanie[edytuj | edytuj kod]
Otrzymywany może być metodą siarczanową lub chlorkową[6].
W metodzie siarczanowej surowcem był pierwotnie ilmenit; obecnie zwykle wykorzystuje się żużel bogaty w tytan. W obu przypadkach stosuje się działanie kwasem siarkowym w celu uzyskania siarczanu tytanylu (TiOSO
4), np. [6]:
TiOSO
4 oddziela się i poddaje hydrolizie do uwodnionego tlenku, który następnie wypraża się w temp. ok. 1000 °C w celu uzyskania produktu o odpowiedniej wielkości ziaren[6].
W metodzie chlorkowej poza ilmenitem i żużlem wykorzystuje się też inne minerały bogate w tytan, leukoksen i rutyl. Surowiec miesza się ze źródłem węgla i praży w obecności chloru, uzyskując gazowy TiCl
4. Produkt ten izoluje się w czystej formie i poddaje utlenieniu tlenem do końcowego produktu. Powstający równocześnie chlor jest zawracany do pierwszego etapu[6]:
- TiCl
4 + O
2 → TiO
2↓ + 2Cl
2
Właściwości[edytuj | edytuj kod]
Dwutlenek tytanu występuje naturalnie w trzech odmianach polimorficznych: jako minerały rutyl i anataz o strukturze tetragonalnej oraz rombowy brukit. Dwie ostatnie przechodzą w najtrwalszy rutyl powyżej temperatury 800–900 °C.
Dwutlenek tytanu jest najpowszechniejszym i najtrwalszym tlenkiem tytanu. Jest to biały proszek o temperaturze topnienia ok. 1830 °C i temperaturze wrzenia ok. 2500 °C. Ma właściwości amfoteryczne – reaguje ze stężonym kwasem siarkowym, a stapiany z wodorotlenkami, węglanami lub tlenkami innych metali przechodzi w tytaniany. Nie jest rozpuszczalny w wodzie.
W układzie tytan-tlen istnieje szereg niższych tlenków o ogólnym wzorze TinO2n–1 dla n = 4–10 (fazy Mangnèliego).
TiO2 charakteryzuje się:
- pasmem walencyjnym utworzonym przez funkcje falowe 2p jonów tlenu;
- przerwą energetyczną wynoszącą 3–3,2 eV;
- pasmem przewodnictwa utworzonym przez funkcje falowe 3d tytanu;
- wysokim współczynnikiem załamania światła w granicach 2,616–2,903 (wyższy niż dla diamentu);
- niską absorpcją optyczną w zakresie widzialnym;
- dobrą stabilnością chemiczną;
- dużą odpornością chemiczną;
- wysoką twardością wynoszącą około 6 w skali Mohsa;
- wysoką przenikalność elektryczną (120 dla rutylu);
- wysoką rezystancją, czyli oporem elektrycznym.
Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]
W Unii Europejskiej TiO
2 był dopuszczony jako dodatek do żywności o numerze E171[7]. W 2019 r. rząd francuski podjął decyzję o zakazie jego stosowania od 2020 r. jako dodatku do żywności ze względu na brak wystarczających dowodów, że jego spożywanie jest bezpieczne dla zdrowia[8]. W 2021 r. eksperci z European Food Safety Authority (EFSA) zmienili swoją opinię z 2016 r. i także uznali, że nie jest on w pełni bezpieczny[9] i w roku 2022 jego stosowanie w żywności zostało zakazane, zezwolono natomiast na jego dalsze stosowanie w produktach medycznych, o ile nie istnieje bezpieczniejszy odpowiednik[10].
W nowoczesnych technologiach znajduje on zastosowanie do wytwarzania:
- fotoanod do fotorozkładu wody;
- fotoanod do fotochemicznego rozkładu związków organicznych;
- fotokatalizatorów do odzysku i usuwania metali ciężkich;
- katalizatorów powodujących fotorozkład zanieczyszczeń środowiska (NOx);
- tanich ogniw słonecznych;
- katalizatorów heterogenicznych;
- powłok szkieł samoczyszczących i zapobiegających parowaniu;
- środków powodujących krystalizację szkła;
- wnętrz światłowodów;
- warstw do filtrów optycznych i interferencyjnych;
- luster laserów;
- membran separujących gazy;
- filtrów antybakteryjnych;
- filtrów do usuwania zanieczyszczeń organicznych z wody;
- sensorów kontrolujących stosunek paliwo/powietrze w samochodowych silnikach spalinowych (sondy lambda);
- sensorów wilgoci;
- niskotemperaturowych sensorów tlenu;
- wysokotemperaturowych sensorów pH;
- warystorów;
- kondensatorów.
Jest również stosowany w tradycyjny już sposób jako pigment (biel tytanowa) do produkcji papieru, żywności, tworzyw sztucznych, kosmetyków, farmaceutyków, porcelany, farb i emalii oraz jako stabilizator koloru szkliw.
Charakterystyka fotochemiczna[edytuj | edytuj kod]
Właściwości fotoelektrochemiczne TiO2 związane są z absorpcją promieniowania. Dwutlenek tytanu charakteryzuje się wysoką absorpcją w zakresie UV i dochodzącą do zaledwie kilku procent absorpcją promieniowania w zakresie widzialnym ViS. Aby zwiększyć zakres absorpcji światła w zakresie widzialnym, co ma zasadnicze znaczenie w ogniwach słonecznych oraz w fotorozkładzie wody, trwają nieustanne prace nad modyfikacją jego właściwości.
Zagrożenia[edytuj | edytuj kod]
TiO
2 w formie nanocząstek może powodować zagrożenia dla zdrowia osób przewlekle narażonych na jego wdychanie. W badaniach na zwierzętach stwierdzono wzrost ryzyka wystąpienia nowotworów oraz negatywny wpływ na rozwój płodu i funkcjonowanie układu rozrodczego u osobników narażonych na nano-TiO
2. Nie ma jednak dowodów naukowych potwierdzających występowanie tego typu negatywnych efektów u ludzi[11].
Przypisy[edytuj | edytuj kod]
- ↑ a b Encyklopedia popularna. Wyd. XVII. Warszawa: PWN, 1982, s. 815. ISBN 83-01-01750-3.
- ↑ a b c d Encyklopedia popularna, Tom IV. Wyd. II. Warszawa: PWN, 1989, s. 571. ISBN 83-01-00000-7.
- ↑ Podręczny słownik chemiczny, Romuald Hassa (red.), Janusz Mrzigod (red.), Janusz Nowakowski (red.), Katowice: Videograf II, 2004, s. 55, ISBN 83-7183-240-0.
- ↑ a b Titanium(IV) oxide (nr 718467) w katalogu produktów Sigma-Aldrich (Merck). [dostęp 2011-02-21].
- ↑ Tlenek tytanu(IV) (nr 718467) w katalogu produktów Sigma-Aldrich (Merck). [dostęp 2011-06-24].
- ↑ a b c d François Cardarelli, Materials Handbook. A Concise Desktop Reference, wyd. 2, London: Springer, 2008, s. 286–288, DOI: 10.1007/978-1-84628-669-8, ISBN 978-1-84628-669-8, OCLC 261324602.
- ↑ E171: Titanium dioxide. [dostęp 2019-05-09]. (ang.).
- ↑ France to ban titanium dioxide whitener in food from 2020 [online], Reuters, 17 kwietnia 2019 [dostęp 2019-05-09] (ang.).
- ↑ Titanium dioxide: E171 no longer considered safe when used as a food additive [online], European Food Safety Authority [dostęp 2021-11-06] (ang.).
- ↑ Sabine Juelicher, Goodbye E171: The EU bans titanium dioxide as a food additive [online], European Commission Newsroom, 18 stycznia 2022 [dostęp 2022-11-03] (ang.).
- ↑ Anna Maria Świdwińska-Gajewska, Sławomir Czerczak, Nanocząstki ditlenku tytanu – działanie biologiczne, „Medycyna Pracy”, 2015, DOI: 10.13075/mp.5893.00096, PMID: 25812394.