Oxid titaničitý

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Oxid titaničitý
Oxid titaničitý.JPGOxid titaničitý.PNG
Obecné
Systematický název Oxid titaničitý
Triviální název Titanová běloba
Anglický název Titanium dioxide
Německý název Titan(IV)-oxid
Sumární vzorec TiO2
Vzhled Bílá pevná látka
Identifikace
Číslo RTECS XR2775000
Vlastnosti
Molární hmotnost 79,88 600 g/mol
Teplota tání 1 560 °C (anatas)
1 825 °C (brookit)
1 855 °C (rutil)
Teplota varu 2 900 °C (rutil, rozklad)
Teplota změny krystalové modifikace 825±25 °C (anatas→rutil)
Hustota 3,84-3,90 g/cm³ (anatas)
4,17 g/cm³ (brookit)
4,26 g/cm³
Index lomu Anatas
n=2,554-2,561
nDm=2,488-2,493
Brookit
nDa=2,583 1
nDb=2,584 3
nDc=2,700 4
Rutil

n=2,616
nDm=2,903

Tvrdost 5,5-6 (anatas)
5,5-6 (brookit)
6-6,5 (rutil)
Rozpustnost ve vodě nerozpustný
Relativní permitivita εr 110 (rutil)
Součinitel tepelné vodivosti 6,53 Wm-1K-1 (100 °C, rutil)
Měrná magnetická susceptibilita 1,13·10-6 cm3g-1 (anatas)
0,928·10-6 cm3g-1 (rutil)
Měrný elektrický odpor 120 Ώm (800 °C, rutil)
0,085 Ώm (1 200 °C, rutil)
Struktura
Krystalová struktura čtverečná (anatas)
kosočtverečná (brookit)
čtverečná (rutil)
Hrana krystalové mřížky Anatas
a= 378,5 pm
c= 951,4 pm
Brookit
a= 545,6 pm
b= 918,2 pm
c= 514,3 pm
Rutil
a= 459,4 pm
c= 296,2 pm
Termodynamické vlastnosti
Standardní slučovací entalpie ΔHf° -939,7 kJ/mol (anatas)
-941,8 kJ/mol (brookit)
-944,7 kJ/mol (rutil)
Entalpie tání ΔHt 597 J/g (brookit)
838 J/g (rutil)
Standardní molární entropie S° 49,92 JK-1mol-1 (anatas)
50,33 JK-1mol-1 (rutil)
Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf° -884,5 kJ/mol (anatas)
-889,5 kJ/mol (rutil)
Izobarické měrné teplo cp 0,694 5 JK-1g-1 (anatas)
0,688 8 JK-1g-1 (rutil)
Bezpečnost
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
1
0
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky
SI a STP (25 °C, 100 kPa).

Oxid titaničitý TiO2 je chemická sloučenina kyslíku a titanu. V přírodě se vyskytuje v několika minerálních formách. Uměle připravený oxid titaničitý označovaný jako titanová běloba má široké použití jako pigment do nátěrových hmot, barvivo v potravinářství a jako účinná složka některých opalovacích krémů. Je rozpustný v roztocích silných kyselin za vzniku solí titaničitých (TiIV) i silných zásad za vzniku titaničitanů.

Přírodní výskyt[editovat | editovat zdroj]

Oxid titaničitý se vyskytuje ve třech přírodních formách:

  • rutil, čtverečný minerál;
  • anatas, čtverečný minerál;
  • brookit, kosočtverečný minerál.

Přírodní oxid titaničitý se nevyskytuje jako čistý. Většinou bývá kontaminován ionty jiných kovů, například železa. Přírodní minerály oxidu titaničitého jsou průmyslově těženy jako zdroj titanu. K dalším zrojům titanu patří rudy obsahující ilmenit nebo leukoxen, či písky s obsahem rutilu. Safíry a rubíny také mohou obsahovat inkluze rutilu, které mohou způsobit hedvábný lesk, snížit barevnost a vzácněji i optický jev zvaný asterismus.

Výroba[editovat | editovat zdroj]

Surový oxid titaničitý je přeměněn na chlorid titaničitý pomocí chloridové metody. Při použití této metody je surová ruda obsahující alespoň 90 % TiO2 redukována uhlíkem při 950 °C a následně oxidována chlorem na kapalný chlorid titaničitý TiCl4. Ten je následně přečištěn destilací a při 1 000 – 1 400 °C je pomocí kyslíku přeměněn zpět na oxid titaničitý.

Další často používaná metoda výroby je sulfátová metoda. Je vhodná pro rudy s nižším obsahem titanu a rudy znečištěné železem. Používá jako zdroj titanu minerál ilmenit. Ten je vyluhován v koncentrované kyselině sírové za vzniku síranu železitého Fe2(SO4)3 a oxidu-síranu titaničitého TiOSO4. Síran železitý je zredukován železnými hoblinami na síran železnatý FeSO4, který je po zahuštění a ochlazení odfiltrován.

TiOSO4 je následně hydrolyzován. Amorfní sraženina je pak kalcinována v kalcinační peci na strukturu rutilu, či anatasu při 800 - 900 °C.

Použití[editovat | editovat zdroj]

Oxid titaničitý je často používán jak pigment, z důvodu výrazného jasu a velmi vysokého indexu lomu (n = 2,7). Ročně je celosvětově vyrobeno přibližně 4 000 000 tun TiO2. Výhodou jeho použití jako pigmentu jsou i jeho UV rezistentní vlastnosti. Pohlcuje UV záření a přeměňuje ho na neškodné teplo. Jeho vysoká odrazivost, jas a barevná stálost ho předurčují také jako vhodný materiál pro použití ve formě tenkých povlaků na speciální optice jako jsou dielektrická zrcadla.

TiO2 v práškové formě výrazně rozptyluje světlo a má vysokou opacitu. Je proto používán jako pigment zajišťující bělost a neprůhlednost barev, povlaků, plastů, papíru, inkoustů, potravin, kosmetiky a léčiv (např. tablet, či zubních past). Další jeho vlastnost v práškové formě, která se využívá, je vysoká hydrofobie (odpuzování vody). Používá se tedy i při výrobě autoskel a skel pro slunečních brýle, s účelem eliminovat orosení, které by na nich mohlo vznikat. Téměř všechny jiné alternativy s podobnými vlastnostmi jsou s negativními zdravotními účinky nebo přímo toxické, TiO2 ovšem ne.

Je používán jako bílé potravinářské barvivo E171. V kosmetice je přidáván do krémů jako pigment a zahušťovadlo. Jako pigment je též používán při tetování.

Díky svému vysokému indexu lomu, opacitě, UV rezistenci a stálosti je často používanou přísadou opalovacích krémů. Oproti opalovacím krémům založených na chemických absorbátorech, vyvolávají opalovací krémy s obsahem fyzikálních absorbátorů (oxid titaničitý a oxid zinečnatý), méně často podráždění a alergické reakce kůže.

Oxid titaničitý je také používán jako polovodič.

Fotokatalýza[editovat | editovat zdroj]

Vhodně upravený oxid titaničitý působí v přítomnosti UV záření jako fotokatalyzátor. Pokud je TiO2 nadopován atomy dusíku funguje jako katalyzátor již v přítomnosti viditelného záření. Díky svému vysokému redoxnímu potenciálu oxiduje v excitovaném stavu vodu za vzniku hydroxylových radikálů. Je také schopen přímé oxidace organických látek. Z tohoto důvodu je přidáván do nátěrů, cementů, okenních skel, glazur dlaždiček a jiných materiálů. Tyto materiály pak mají dezinfekční a samočisticí schopnosti.

Je také používán v některých solárních článcích. Nanokrystalický oxid titaničitý je označován jako nadějný materiál pro výrobu elektrické energie.

Jeho fotokatalytické vlastnosti ho předurčují jako materiál schopný čistit vzduch od zápachu a škodlivin, jako jsou těkavé organické látky a oxidů dusíku. V Česku se využitím oxidu titaničitého zabývá mimo jiné například fakulta biomedicínského inženýrství ČVUT.

Barevný pigment[editovat | editovat zdroj]

Titanová běloba je rozšířený anorganický pigment, kterého se průmyslově vyrábí miliony tun ročně.

Používá se jakou součást nátěrových hmot a plastů, v papírenském, kožedělném a gumárenském průmyslu, při úpravě keramiky, ale také jako aditivum v potravinářství nebo jako přísada v kosmetice a ve farmacii.

V České republice vyrábí titanovou bělobu Precheza a. s. Přerov. Jedná se o jednoho z největších producentů titanové běloby v Evropě, jediného v ČR, s produkcí okolo 35 tisíc tun ročně.

Ve výtvarném umění je tak nazývána bílá barva typu tempery či oleje s číselný kódem 1096, která je směsí oxidu titaničitého a oxidu zinečnatého.

Další použití[editovat | editovat zdroj]

Je používán v lambda sondách v motorech automobilů.

V medicíně umožňuje srůst kostí s implantáty, jako jsou umělé klouby a zuby.

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Šimůnková E., Bayerová T.: Pigmenty. Společnost pro technologie ochrany památek, Praha 1999. ISBN 80-902668-1-9
  • VOHLÍDAL, JIŘÍ; ŠTULÍK, KAREL; JULÁK, ALOIS. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha : Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5.  

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

Kategorie Titanium dioxide ve Wikimedia Commons