Різниця між вольфрамом і титаном

Вольфрам

Номенклатура, витоки та відкриття

Вольфрам походить від шведського tung sten, або "важкий камінь". Він представлений символом W, як його називають Вольфрам у багатьох європейських країнах. Це походить від німецької мови для "вовчої піни", оскільки ранні виробники олова помітили, що мінерал, який вони назвали вольфрамітом, знижував вихід олова, коли він присутній у олов'яній руді, таким чином, здавалося, він споживає олово, як вовк пожирає овець. [i]

У 1779 році Пітер Вулф оглянув шелліт зі Швеції і виявив, що він містить новий метал. Через два роки Карл Вільгельм Шееле знизив вольфрамову кислоту з цього мінералу і виділив кислий оксид білого кольору. Ще через два роки Хуан та Фаусто Ельхуяр у Вергарі, Іспанія, виділили той самий оксид металу з ідентичної кислоти, відновленої до вольфраміту. Вони нагрівали оксид металу вуглецем, зводячи його до вольфрамового металу.

Фізичні та хімічні властивості

Вольфрам - це блискучий сріблясто-білий метал і має атомний номер 74 в періодичній таблиці елементів і стандартну атомну масу (A_r) від 183,84. [ii]

Він має найвищу температуру плавлення з усіх елементів, надвисокої щільності і дуже твердий і стійкий. Він має найнижчий тиск пари, найменший коефіцієнт теплового розширення та найвищу міцність на розрив усіх металів. Ці властивості обумовлені сильними ковалентними зв’язками між атомами вольфраму, утвореними 5d електронами. Атоми утворюють кубічну кристалічну структуру, орієнтовану на тіло.

Вольфрам також є електропровідним, відносно хімічно інертним, гіпоалергенним та має радіаційно-захисні властивості. Найчистіша форма вольфраму легко ковчена і обробляється куванням, екструдуванням, нанесенням та спіканням. Екструдування та витягування передбачають виштовхування та витягування відповідно гарячого вольфраму через «штамп» (цвіль), а спікання - змішування вольфрамового порошку з іншими порошкоподібними металами для отримання сплаву.

Комерційне використання

Вольфрамові сплави надзвичайно тверді, наприклад, карбід вольфраму, який поєднується з керамікою для утворення "високошвидкісної сталі" - це використовується для виготовлення свердел, ножів та різальних, пиляльних та фрезерних інструментів. Вони використовуються в металообробній, гірничій, деревообробній, будівельній та нафтовій промисловості і на них припадає 60% використання вольфраму в комерційних цілях.

Вольфрам використовується в нагрівальних елементах і високотемпературних печах. Він також зустрічається в баластах в літальних хвостах, кілях яхт і гоночних автомобілях, а також у вагах і боєприпасах.

Вольфрами кальцію та магнію колись зазвичай використовувались для ниток на лампах розжарювання, але вважаються енергоефективними. Однак вольфрамовий сплав використовується в низькотемпературних надпровідних контурах.

Кристалічні вольфрамати застосовуються в ядерній фізиці та ядерній медицині, рентгенівських і катодних променях, дугозварювальних електродах та електронних мікроскопах. Тріоксид вольфраму використовується в каталізаторах, наприклад, в енергетичних установках, що працюють на вугіллі. Інші вольфрамові солі використовуються в хімічній та шкіряній промисловості.

Деякі сплави використовуються як ювелірні вироби, в той час як один, як відомо, утворює постійні магніти, а деякі суперлеги використовують як зносостійкі покриття.

Вольфрам - це найважчий метал, який має біологічну роль, але лише у бактеріях та археях. Він використовується ферментом, який знижує карбонові кислоти до альдегідів. [iii]

Титан

Номенклатура, витоки та відкриття

Титан походить від слова "титани", сини богині Землі в грецькій міфології. Преосвященний Вільям Грегор, геолог-любитель, помітив, що чорний пісок біля потоку в Корнуоллі, 1791 р., Притягувався до магніту. Він проаналізував це і дізнався, що пісок містить оксид заліза (пояснює магнетизм), а також мінерал, відомий як менаханіт, який він вивів, був виготовлений з невідомого оксиду білого металу. Про це він повідомив Королівському геологічному товариству Корнуолла.

У 1795 р. Прусський вчений Мартін Генріх Клапрот з Бойника дослідив червону руду, відому як Шорль з Угорщини, і назвав елемент невідомого в ній оксиду - титан. Він також підтвердив наявність титану в менаханіті.

З'єднання TiO₂ - мінерал, відомий як рутил. Титан також зустрічається в мінералах ільменіт і сфен, які містяться в основному в магматичних гірських породах і осадах, отриманих з них, але також поширені по всій літосфері Землі.

Чистий титан вперше був виготовлений Метью А. Хантером у 1910 р. В політехнічному інституті Ренсселаера шляхом нагрівання тетрахлориду титану (одержуваного нагріванням діоксиду титану хлором або сіркою) та металевого натрію в тому, що зараз відомо як процес Хантера. Тоді Вільям Джастін Кролл зменшив тетрахлорид титану з кальцієм у 1932 році, а згодом удосконалив процес, використовуючи магній та натрій. Це дозволило використовувати титан поза лабораторією, і те, що зараз відомо як процес Кролл, досі використовується в комерційних цілях.

Титан дуже високої чистоти був отриманий в невеликих кількостях Антоном Едуардом ван Аркелем та Яном Хендріком де Буром у процесі йодиду чи кристала в 1925 р. Шляхом реакції титану з йодом та відокремлення парів, що утворюються над гарячою ниткою. [Iv]

Фізичні та хімічні властивості

Титан - це твердий, блискучий сріблясто-білий метал, представлений символом Ti на періодичній таблиці. Він має атомний номер 22 і стандартну атомну масу (A_r) від 47.867. Атоми утворюють гексагональну закриту кристалічну структуру, що призводить до того, що метал буде міцним, як сталь, але набагато менш щільним. Фактично, титан має найвище співвідношення міцності та щільності з усіх металів.

Титан є пластичним в безкисневому середовищі і може витримувати екстремальні температури завдяки відносно високій температурі плавлення. Він немагнітний і має низьку електричну та теплопровідність.

Метал стійкий до корозії в морській воді, кислої води та хлору, а також є хорошим відбивачем інфрачервоного випромінювання. Як фотокаталізатор, він виділяє електрони в присутності світла, які реагують з молекулами, утворюючи вільні радикали, що вбивають бактерії. [v]

Титан добре поєднується з кісткою і нетоксичний, хоча тонкий діоксид титану є підозрюваним канцерогеном. Цирконій, найпоширеніший ізотоп титану, має багато різних хімічних та фізичних властивостей.

Комерційне використання

Титан найчастіше використовують у формі діоксиду титану, який є основним компонентом яскраво-білого пігменту, що міститься у фарбах, пластмасах, емалях, папері, зубній пасті та харчовій добавці Е171, яка відбілює кондитерські вироби, сири та глазурі. З'єднання титану є компонентом сонцезахисних та димових кремів, застосовуються в піротехніці та покращують видимість у сонячних обсерваторіях. [vi]

Титан використовується також у хімічній та нафтохімічній промисловості та розробці літієвих батарей. Деякі сполуки титану утворюють компоненти каталізатора, наприклад, які використовуються у виробництві поліпропілену.

Титан відомий тим, що його використовують у спортивних снарядах, таких як тенісні ракетки, клуби для гольфу та рами для велосипедів, а також електронне обладнання, наприклад мобільні телефони та ноутбуки. Його хірургічне застосування включає використання в ортопедичних імплантатах та медичних протезах.

При сплаві алюмінієм, молібденом, залізом або ванадієм титан використовують для нанесення різальних інструментів та захисних покриттів або навіть в ювелірних виробах або як декоративне покриття. TiO₂ покриття на скляні чи плиткові поверхні можуть зменшити зараження в лікарнях, запобігти запотівання дзеркал бокового виду в автомобілях та зменшити накопичення бруду на будівлях, тротуарах та дорогах..

Титан є важливою частиною структур, що піддаються впливу морської води, таких як установки для опріснення, корпуси кораблів і підводних човнів і карданних валів, а також конденсаторні труби електростанції. Інші сфери використання включають виготовлення компонентів для аерокосмічної та транспортної галузей промисловості та військових, таких як літаки, космічні апарати, ракети, бронетехніки, двигуни та гідравлічні системи. Проводяться дослідження для визначення придатності титану як матеріалу контейнера для зберігання ядерних відходів. iv

Основні відмінності між вольфрамом і титаном

• Вольфрам бере свій початок з мінералів шелліта і вольфраміту. Титан міститься в мінералах ільменіт, рутил і сфен.
• Вольфрам утворюється за рахунок зменшення вольфрамової кислоти з мінералу, виділення оксиду металу і відновлення його до металу шляхом нагрівання вуглецем. Титан отримують шляхом утворення тетрахлориду титану в хлоридних або сульфатних процесах і нагрівання його магнієм та натрієм.
• Вольфрам - номер 74 на періодичній таблиці, з відносною атомною масою 84. Титан - номер 22, відносна атомна вага 47,867.
• Атоми вольфраму утворюють кубічну кристалічну структуру, орієнтовану на тіло. Атоми титану утворюють гексагональну закриту кристалічну структуру.
• Вольфрам надзвичайно міцний, твердий і щільний. Титан дуже міцний і твердий і має значно меншу щільність.
• Вольфрам трохи магнітний і слабо електропровідний. Титан немагнітний і менш електропровідний.
• Вольфрам не такий стійкий до корозії в солоній воді, як титан, і не є фотокаталізатором, як титан.
• Вольфрам має біологічну роль, але титан - ні.
• Вольфрам ковкий у найчистішому вигляді. Титан пластичний у безкисневому середовищі.

Вольфрам використовується в нагрівальних елементах, вагах, низькотемпературних надпровідних контурах і має застосування в ядерній фізиці та електрон-випромінюючих пристроях. Титан використовується в білих пігментах, спортивному спорядженні, хірургічних імплантатах та морських спорудах.