Oxid titaničitý

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 (Ti^IV) i silných zásad za vzniku titaničitanů.

Přírodní výskyt

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

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

Oxid titaničitý je často používán jako 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

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

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

Je používán v lambda sondách v motorech automobilů.

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

Podle IARC je však podezřelý jako karcinogen.

Literatura

• 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

• Obrázky, zvuky či videa k tématu oxid titaničitý na Wikimedia Commons
• E171 - Oxid titaničitý ( titanová běloba )
• Princip výroby titanové běloby

Portály: Chemie