О веществе TiO2 (свойства диоксида титана)

Оксид титана (IV) имеет следующие альтернативные названия: диоксид титана, двуокись титана, титановые белила, пищевой краситель E171. Англоязычные названия: titanium dioxide и, менее правильное, хотя тоже используемое - titanium oxide.


Строение диоксида титана
Диоксид титана существует в виде нескольких кристаллических модификаций. В природе можно встретить анатаз, рутил и брукит. Следует отметить, что брукит промышленно почти не производится и в природе встречается редко. Анатазная форма также существенно уступает по производству рутильной, так как хуже рассеивает свет и менее атмосферостойка.


Физические свойства диоксида титана
Чистый диоксид титана представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, желтеющее при нагревании. В тонкораздробленном состоянии - белый порошок. Практически не растворяется в воде и минеральных кислотах, кроме плавиковой и концентрированной серной.
Температура плавления для рутила: 1870°C.
Температура кипения для рутила: 2500°C.
Плотность при 20°C для рутила: 4,235 г/см³.


Химические свойства диоксида титана
Диоксид титана является амфотерным оксидом, то есть проявляет как кислотные, так и основные свойства.

Медленно реагирует с концентрированной серной кислотой, растворяясь в ней с образованием соответствующего сульфата:
TiO₂+ 2H₂SO₄ = Ti(SO₄)₂ + 2H₂O

Также диоксид титана постепенно растворяется в концентрированных растворах щелочей, например, в гидроксиде натрия, образуя титанаты (производные титановой кислоты):
TiO₂ + 2NaOH = Na₂TiO₃+ H₂O

При нагревании диоксида титана в атмосфере аммиака образуется нитрид титана:
4TiO₂ + 4NH₃ = 4TiN + 6H₂O + O₂

Сильными восстановителями, например, активными металлами (Ca, Mg, Na), углеродом или водородом при высокой температуре диоксид титана восстанавливается до низших оксидов. При нагревании с углеродом в атмосфере хлора образуется тетрахлорид титана TiCl₄ - этот прием используется в промышленном масштабе для очистки титана от различного рода примесей.


Токсические свойства диоксида титана
Будучи химически инертным, диоксид титана является малоопасным веществом. В организм может поступать в виде аэрозоля при вдыхании или при приеме внутрь.
ПДК в воздухе рабочей зоны - 10 мг/м³ (1998).


Способы производства диоксида титана
Существуют два основных промышленных метода получения TiO2 - из тетрахлорида титана и ильменитовый (основанный на переработке минерала ильменита FeTiO3).

В тетрахлоридном методе TiCl₄ либо гидролизуют до гидроксида в жидкой фазе c последующей термообработкой выпавшего осадка, либо проводят гидролиз в парах воды, или же сжигают в токе кислорода.

Ильменитный метод состоит в обработке ильменитового концентрата серной кислотой. Полученный раствор сульфата титана (IV) очищают и обрабатывают раствором гидроксида натрия, в результате чего получается осадок гидроксида титана (IV). Осадок в дальнейшем подвергают термообработке.