Wolfram a titan

Wolfram

Názvosloví, původ a objev

Tungsten pochází ze švédštiny tung sten, nebo "těžký kámen". To je reprezentováno symbolem W, jak je známo jako Wolfram v mnoha evropských zemích. To pochází z němčiny pro "vlnu pěnu", jak brzy cínové horníci poznali, že minerál, který oni volali wolframite snížil výnos cínu, když je přítomen v cínové rudě, a tak se zdálo, konzumovat cín jako vlk pohltí ovce. [i]

V 1779, Peter Woulfe zkoumal šelje ze Švédska a zjistil, že obsahuje nový kov. O dva roky později Carl Wilhelm Scheele snížil kyselinu wolframovou z tohoto minerálu a izoloval kyselý bílý oxid. O dva roky později Juan a Fausto Elhuyar ve španělském Vergaru izolovali stejný oxid kovu od identické kyseliny redukované z wolframitu. Ohřívali oxid kovu uhlíkem a redukovali ho na kovový wolfram.

Fyzikální a chemické vlastnosti

Tungsten je lesklý, stříbřitě bílý kov a má atomové číslo 74 na periodické tabulce prvků a standardní hmotnost atomu (A_r) 183,84. [ii]

Má nejvyšší teplotu tání všech prvků, má vysokou hustotu a je velmi pevná a stabilní. Má nejnižší tlak par, nejnižší koeficient tepelné roztažnosti a nejvyšší pevnost v tahu všech kovů. Tyto vlastnosti jsou způsobeny silnými kovalentními vazbami mezi atomy volfrámu tvořenými 5d elektrony. Tyto atomy tvoří strukturu kubických krystalů na těle.

Wolfram je také vodivý, relativně chemicky inertní, hypoalergenní a má vlastnosti stínění záření. Nejčistší forma wolframu je snadno tvárná a zpracovávána kováním, vytlačováním, tažením a slinováním. Vytlačování a tažení zahrnují tlačení a tažení horkého wolframu přes "trychtýř" (forma), zatímco slinováním je smíchání prášku wolframu s jinými práškovými kovy za účelem výroby slitiny.

Komerční využití

Slitiny wolframu jsou extrémně tvrdé, jako je karbid wolframu, který je kombinován s keramikou a vytváří "vysokorychlostní ocel" - slouží k výrobě vrtáků, nožů a nástrojů pro řezání, řezání a frézování. Ty se používají v kovodělném, těžebním, dřevozpracujícím, konstrukčním a ropném průmyslu a představují komerčně 60% použití wolframu.

Tungsten se používá v topných prvcích a vysokoteplotních pecích. To je také nalezené v předřadníků v letadle ocas, jachty kýly a závodní auta, stejně jako závaží a munice.

Vápenec a magnézium byly kdysi běžně používány pro vlákna v žárovkách, ale jsou považovány za energeticky neúčinné. Slitina wolframu se však používá v nízkoteplotních supravodivých obvodech.

Krystalické tyčinky se používají v jaderné fyzice a nukleární medicíně, rentgenových a katodových paprsků, elektrických obloukových svařovacích elektrod a elektronových mikroskopů. Kysličník wolframový se používá v katalyzátorech, jako je ten, který se používá v elektrárnách, které používají uhlí. Jiné soli wolframu se používají v chemickém a opařovacím průmyslu.

Některé slitiny se používají jako šperky, zatímco je známo, že tvoří permanentní magnety a některé superzliatiny se používají jako povlaky odolné proti opotřebení.

Tungsten je nejtěžší kov, který má biologickou roli, ale pouze u bakterií a archaie. Používá se enzymem, který redukuje karboxylové kyseliny na aldehydy. [iii]

Titan

Názvosloví, původ a objev

Titan je odvozen ze slova "Titani", synové bohyně Země v řecké mytologii. Reverend William Gregor, amatérský geolog, si všiml, že černý písek u potoka v Cornwallu, 1791, byl přitahován k magnetu. Analyzoval to a zjistil, že písek obsahuje oxid železa (vysvětlující magnetismus), stejně jako minerál známý jako menachanit, který odvodil, byl vyroben z neznámého bílého oxidu kovu. To oznámil Královské geologické společnosti v Cornwallu.

V roce 1795 pruský vědec Martin Heinrich Klaproth z Boiniku prozkoumal červenou rudu známou jako Maurice Schörl z Maďarska a jmenoval prvek neznámého oxidu, který obsahoval, Titanium. Také potvrdil přítomnost titanu v menachanitu.

Sloučenina TiO₂ je minerál známý jako rutil. Titan se také vyskytuje v minerálech ilmenit a sféna, nacházející se hlavně ve vyvřelých horninách a sedimentech odvozených od nich, ale jsou také distribuovány v celé litosféře Země.

Čistý titan byl poprvé vyroben Matthewem A. Hunterem v roce 1910 v polytechnickém institutu Rensselaer zahříváním chloridu titaničitého (vyráběného zahříváním oxidu titaničitého s chlorem nebo sírou) a kovovým sodíkem, který je nyní znám jako Hunterův proces. William Justin Kroll poté redukoval chlorid titaničitý s vápníkem v roce 1932 a později vylepšil proces použitím hořčíku a sodíku. To umožnilo použití titanu mimo laboratoř a to, co je nyní známo jako proces Kroll, se dnes stále používá komerčně.

Titan s velmi vysokou čistotou byl vyroben v malých množstvích Antonem Eduardem van Arkelem a Janem Hendrikem de Boerem v procesu jodidu nebo křišťálového talíře v roce 1925 reakcí titanu s jodem a oddělením par vytvářených nad horkým vláknem.

Fyzikální a chemické vlastnosti

Titan je tvrdý, lesklý, stříbřitě bílý kov reprezentovaný symbolem Ti na periodické tabulce. Má atomové číslo 22 a standardní atomovou hmotnost (A_r) 47,867.Tyto atomy tvoří hexagonální uzavřenou krystalovou strukturu, která vede k tomu, že kov je stejně silný jako ocel, ale mnohem méně hustý. Titan má ve skutečnosti nejvyšší poměr pevnosti k hustotě všech kovů.

Titan je tvárný v prostředí bez kyslíku a může odolat extrémním teplotám v důsledku jeho relativně vysokého bodu tání. Je nemagnetický a má nízkou elektrickou a tepelnou vodivost.

Kov je odolný proti korozi v mořské vodě, kyselé vodě a chlóru, stejně jako dobrý reflektor infračerveného záření. Jako fotokatalyzátor uvolňuje elektrony za přítomnosti světla, které reagují s molekulami tak, že tvoří volné radikály, které zabíjejí bakterie. [proti]

Titan se dobře spojuje s kostí a je netoxický, i když jemný oxid titaničitý je podezřelý karcinogen. Zirkonium, nejběžnější titanový izotop, má mnoho různých chemických a fyzikálních vlastností.

Komerční využití

Titan se nejčastěji používá ve formě oxidu titaničitého, který je hlavní složkou jasně bílého pigmentu, který se nalézá v barvách, plasty, smalty, papír, zubní pasty a potravinářská přísada E171, která bělí cukrovinky, sýry a ledviny. Sloučeniny titanu jsou součástí opalovacích krémů a kouřových skel, používají se v pyrotechnice a zlepšují viditelnost ve slunečních observatořích. [vi]

Titan se také používá v chemickém a petrochemickém průmyslu a vývoji lithiových baterií. Některé titanové sloučeniny tvoří katalytické složky, například ty, které se používají při výrobě polypropylenu.

Titan je známý pro použití v sportovním zařízení, jako jsou tenisové rakety, golfové hole a rámy pro jízdní kola a elektronická zařízení, jako jsou mobilní telefony a notebooky. Jeho chirurgické aplikace zahrnují použití v ortopedických implantátech a lékařských protézách.

Při legování hliníkem, molybdenem, železem nebo vanádem se titan používá k řezání řezných nástrojů a ochranných povlaků nebo dokonce i do šperků nebo jako dekorativní povrch. TiO₂ povlaky na povrchu skla nebo dlažby mohou snížit nákazy v nemocnicích, zabránit zamlžování bočních zpětných zrcátek v motorových vozidlech a omezit tvorbu nečistot na budovách, chodnících a silnicích.

Titan tvoří důležitou součást konstrukcí vystavených mořské vodě, jako jsou odsolovací zařízení, lodní a ponorové lodní trupy a vrtulové hřídele, stejně jako kondenzační trubky elektráren. Mezi další využití patří výroba komponent pro letecký a dopravní průmysl a armádu, jako jsou letadla, kosmické lodě, střely, pancéřování, motory a hydraulické systémy. Výzkum byl prováděn za účelem určení vhodnosti titanu jako materiálu pro skladování jaderného odpadu. iv

Klíčové rozdíly mezi wolframem a titanem

• Tungsten pochází z minerálů scheelit a wolframit. Titan se nachází v minerálech ilmenit, rutil a sféna.
• Tungsten se vyrábí redukcí kyseliny wolframové z minerálu, izolací oxidu kovu a jeho redukcí na kov zahříváním uhlíkem. Titan se vyrábí formováním chloridu titaničitého pomocí chloridových nebo sulfátových procesů a zahříváním hořčíku a sodíku.
• Tungsten je číslo 74 v periodické tabulce s relativní atomovou hmotností 84. Titan je číslo 22, s relativní atomovou hmotností 47.867.
• Atomy wolframu tvoří tělesnou strukturu kubických krystalů. Titanové atomy tvoří hexagonální uzavřenou krystalovou strukturu.
• Wolfram je extrémně silný, tvrdý a hustý. Titan je velmi silný a tvrdý a má mnohem nižší hustotu.
• Tungsten je mírně magnetický a lehce elektricky vodivý. Titan je nemagnetický a méně elektricky vodivý.
• Tungsten není ve slinné vodě odolný vůči korozi jako titan a není fotokatalyzátor jako titan.
• Tungsten má biologickou roli, ale titan není.
• Wolfram je tvárný ve své nejčistší podobě. Titan je tvárný v prostředí bez kyslíku.

Wolfram se používá v topných prvcích, závažích, nízkoteplotních supravodivých obvodech a má aplikace v jaderných fyzikálních a elektronických zařízeních. Titan se používá v bílých pigmetech, sportovních zařízeních, chirurgických implantátech a námořních strukturách.