Характеристика изоморфизма титана

Изоморфизм – явление замены в кристаллической решётке одних химических элементов другими. Изовалентный изоморфизм – взаимное замещение ионов одинаковой валентности, соответственно гетеровалентный изоморфизм – взаимное замещение ионов разной валентности.

Установлено, что наилуч­шими партнерами по изоморфизму для Ti⁴⁺ являются Fe³⁺, Al³⁺, Zr⁴⁺, Ta³⁺, Nb³⁺. Наиболее широкий изоморфизм сущест­вует между Ti⁴⁺ и Nb⁵⁺ (лопарит-ниоболопарит-луешит NaNbO₃).

Титан с валентностью +4 может изоморфно замещаться на такие элементы как – Sn⁺⁴, Zr⁺⁴ и Si⁺⁴(изовалентно) и Fe⁺³, Cr⁺³, V⁺⁵, Fe⁺², Ta⁺⁵, Nb⁺⁵, Mg⁺²,Al⁺³(гетеровалентно).

Титан с валентностью +3 может изоморфно замещаться на такие элементы как- Fe⁺³, Cr⁺³ и Al⁺³(изовалентно) и Sn⁺⁴, Zr⁺⁴ , Si⁺⁴, V⁺⁵, Fe⁺², Ta⁺⁵, Nb⁺⁵и Mg⁺²(гетеровалентно).

Экологическая характеристика титана

Биогехимия титана.В животных организмах титан открыт английским химиком Г. Ризом в 1835, в растительных — немецким химиком А. Адергольдом в 1852. Растения поглощают титан из почв, концентрируя его в сотни и тысячи раз, животные — из растительной пищи. В человеческом организме содержится до 20 мг титана. Титан постоянно присутствует в тканях растений и животных. В наземных растениях его концентрация — около 10-4%, в морских — от 1,2 ×10-3 до 8 ×10-2%, в тканях наземных животных — менее 2 ×10-4%, морских — от 2 ×10-4 до 2 ×10-2%. Накапливается у позвоночных животных преимущественно в роговых образованиях, селезёнке, надпочечниках, щитовидной железе, плаценте титан служит постоянной составной частью молока (в т. ч. женского); плохо всасывается из желудочно-кишечного тракта. В этих органах содержание элемента №22 с возрастом не изменяется, но в лёгких за 65 лет жизни оно возрастает более чем в 100 раз. У человека суточное поступление титана с продуктами питания и водой составляет 0,85 мг; выводится с мочой и калом (0,33 и 0,52 мг соответственно). Относительно малотоксичен. Из представителей флоры богата титаном водоросль кладофора: содержание в ней этого элемента превышает 0,03%. Физиологическая роль титана. Титан является одним из наиболее биологически инертных металлов. Содержание титана в организме человека составляет 9 мг, из них на долю легких приходится около 2,4 мг. Достаточно высока концентрация титана в лимфоузлах. Суточное поступление титана с пищей и жидкостями составляет 0,85 мг, их них с питьевой водой 0,002 мг и воздухом 0,0007 мг. Всасывание соединений титана в ЖКТ человека составляет 1-3%. Ингаляционным путем в организм поступает менее 1% от поглощенной дозы, при этом до 30% титана задерживается в легких. Считается, что повышенное содержание титана в легких обусловлено его поступлением с пылью. Концентрация титана с возрастом в легких человека увеличивается многократно. Токсическая доза для человека: не токсичен.

Атмогеохимия титана. Содержание Ti в атмосфере довольно низкое и не нормируетется. Повышенные его концентрации отмечались в океаническом аэрозоле (пылевая составляющая) - 850-10^-4 %, однако в аэрозоле над Южным полюсом, принятым за эталон чистого воздуха, его содержание! составляло всего 0,1 нг/м³.

В воздухе материков и городов концентрация Ti обычно не превышает 0,1-0,3 мкг/м³, пригородный фон 0,08 мкг/м³, в сельской местности она еще ниже, а в промышленных районах выше. В аэрозо­лях воздуха размер частиц разл ичен: от 1 мкм (близкий к таковому в почвах) до 0,25 мкм; важно, что в последних отношение Ti/Fe выше, чем в более крупных частицах. В смоге промышленных городов содер­жание Ti составляет: в Англии 0,01-0,2 и в США 0,04-1,0 мкг/м³. Содержание Ti в воздухе (аэрозольная составляющая) некоторых регионов России (нг/м³): Восточная Сибирь 100, оз.Глубокое (Московс­кая обл.) 90, залив Голубой (Крым) 55.

Гидрогеохимия титана.Кларки Ti в морской воде разными авторами оцениваются не оди­наково, с некоторой тенденцией к снижению в соленых водах (%): 1*10^-7, 9,6-10^-8 , 4,8-10^-8, в речной воде 3-10^-7 (растворенная форма). Практически от 99,6 до 99,9 % Ti в речных водах связывается с взвешенной формой; в океанической воде предпо­лагается наличие гидрогенных форм, возможно, гидроксидной. В природных поверхностных водах оценки кларков Ti приводятся многими исследователями: ранние оценки Х.Хокса и др. (1962) - от 0,2 до 30 (n*10^-4 %), по П.А. Удодову и С.А. Шварцеву (1973) - 3,5 мкг/л. В водах активного водообмена гидрогеологических структур разными исследователями приняты следующие фоновые содержания (мкг/л): 0,2 (Забайкалье, высокогорье и среднегорье, многолетняя мерзлота), 0,8 (Горный Алтай, высокогорье), 1,4 (Западный Саян, высокогорье), 30 (Саяны, среднегорье), 40 (Кузнецкий Алатау, среднегорье). Гидрохимия Ti для руд детально изучена С.Р. Крайневым для месторождений щелочного ряда. Содержание его в различных типах вод (мкг/л): поверхностные и аллювиальные 0-280 (31±32), грунтово- трещинные 1-700 (112±98), трещинно-жильные 2-50 (17±10), глубоких горных выработок 25-2000 (1270). Количество Ti в изученных водах в основном зависит от их рН.

Техногеохимия титана. Техногеохимия Ti специально не изучалась. Совсем недавно он относился к металлам незначительного промышленного использова­ния. Его технофильность составляла 2*10⁷, а может, как отмечалось, достигнуть 10⁸, что будет соответствовать его производству в десятки миллионов тонн. Модуль техногенного давления Ti средний (Т_д - = 10-20) и близок к таковому Мn; показатель техногенного исполь­зования Т_х = 10⁸ . ПДК TiO₂ в воздухе рабочей зоны принят 10 мг/м³ и достигается редко, а для атмосферного воздуха ПДК не определены. В промышлен­ности особенно крупные объемы Ti поступают на предприятия черной металлургии (особенно Mg-Ti предприятия), огнеупоров, катализато­ров, на ТЭЦ, а также на производства: лакокрасочные, эмалевые, химические, текстильные, кожевенные, стекольные, пластмассовые, бумажные, резинотехнические, фармацевтические и др. По­скольку Ti отнесен к элементам, не участвующим в техногенезе, его поведение в промышленных отходах с экологических позиций не изучается. Однако техногенная миграция его в настоящее время весьма интенсивна. Даже в 70-х гг. при добыче 6^-8 млн. т/год TiO₂ эта цифра уже превышала общий захват его годовым приростом раститель­ности суши - 5,6 млн. т/год, а в выбросах при сжигании угля количе­ство титана составило 3,2 млн. т/год.

Заключение

В данной работе мы рассмотрели геохимическую характеристику химического элемента титан. Из истории титана мы узнали, что электролитически чистый титан был получен в 1895 г. Муассаном. В русской литературе начала XIХ в. титан иногда называется титаний (Двигубский, 1824), там же через пять лет фигурирует название титан. В электрохимии мы рассмотрели координационные числа титана – 6, 6 и 12, а также потенциал ионизации элемента. Также мы рассмотрели основные минералы титана, такие как рутил, ильменит, лопарит и др.; и распространённость титана в различных горных породах. Мы дали характеристику изоморфизма титана, посмотрели основные типы месторождений. В экологической характеристике титана мы рассмотрели атмогеохимию, биогеохимию, техногеохимию и гидрохимию титана.