티타늄 하이드라이드

Titanium hydride
이 기사는 안정적인 티타늄 하이드라이드에 관한 것이다. 불안정한 분자 화학 화합물에 대해서는 티타늄()을 참조한다.IV) 하이드라이드.
티타늄 하이드라이드
Titanium hydride TiH2.jpg
티타늄 하이드라이드 분말
이름
IUPAC 이름
티타늄 이무화물(질병 결핍)
식별자
ECHA InfoCard 100.028.843 Edit this at Wikidata
펍켐 CID
유니
특성.
TiH2−x
어금질량 49.88 g/mol (TiH2)
외관 검은 가루(상업 형태)
밀도 3.76 g/cm3(상업 형태)
녹는점 약 350°C(662°F, 623K)
불용성인
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
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Infobox 참조 자료

티타늄 하이드라이드는 일반적으로 무기 화합물 TiH2 및 관련 비스토리치계 물질을 가리킨다.[1][2] 분말 금속의 소결, 금속 거품 생산, 분말 티타늄 금속의 생산, 폭약 기술 등에서 알니코 소결 자석의 생산에 첨가제로 쓰이는 안정적 회색/검은 가루로 상업적으로 구할 수 있다.[3]

TiH의(2-x) 생산과 반응

비스토리히메트릭 TiH를 생산하는(2-x) 상업적 공정에서 티타늄 금속 스펀지는 300~500℃의 대기압에서 수소 가스로 처리된다. 수소의 흡수는 발열성이 있고 빨라서 스폰지 회색/검은 색이 변한다. 깨지기 쉬운 제품은 가루로 갈아 만든 것으로, TiH를1.95 중심으로 구성이 되어 있다.[3] 실험실에서 티타늄 하이드라이드는 흐르는 수소 아래에서 700 °C에서 티타늄 분말을 가열하여 생성되는데, 이상방정식은 다음과 같다.[4]

Ti2 + H → TiH2

티타늄 하이드라이드를 생산하는 다른 방법으로는 전기 화학적 방법과 볼 밀링 방법이 있다.[5][6]

반응

TiH는1.95 물과 공기의 영향을 받지 않는다. 강산에 의해 서서히 공격받으며 불산과 뜨거운 황산에 의해 분해된다. 산화제와 빠르게 반응하며, 이 반응성은 화약학에서 티타늄 하이드라이드를 사용하게 된다.[3]

이 물질은 고체를 300 °C에서 가열하면 방출되는 고순도 수소를 생산하기 위해 사용되었다.[4] 티타늄의 용해 지점에서만 분리가 완료된다.[3] 삼중수소 가스의 장기 저장을 위해 티타늄 삼티타늄이 제안되었다.[7]

구조

TiH가x 스토이치측정법에 접근함에 따라, 축간비가 1 미만인 ε형(ε形)이라고 하는 왜곡된 차체 중심의 4각형 구조를 채택하고 있다. 이러한 구성은 순수한 수소 대기에서 유지되지 않는 한 부분 열분해와 관련하여 매우 불안정하다. 그렇지 않으면 TiH의1.74 대략적인 구성에 도달할 때까지 구성이 상온에서 빠르게 분해된다. 이 조성은 불소 구조를 채택하여 Δ형이라고 하며, TiH의1.47 대략적인 조성에 도달할 때까지 상온에서 매우 천천히 열적으로 분해되며, 이때 순수 티타늄과 동일한 형태인 육각형 근접 포장 α형식의 포함이 나타나기 시작한다.

티타늄 금속과 수소에서 나온 디아이드의 진화는 어느 정도 자세히 조사되었다. α-티타늄은 실온에서 육각형의 근접 포장(hcp) 구조를 가지고 있다. 수소는 처음에 티타늄의 사면간격 부위를 차지한다. H/Ti 비율이 2에 가까워질 때, 이 물질은 β- 형태를 얼굴 중심 입방체(fcc), Δ- 형태로 채택하고, 결국 H 원자는 모든 사면체 부위를 채워서2 TiH의 제한적인 정지계수를 제공한다. 다양한 단계가 아래 표에 설명되어 있다.

약[8] 500 °C의 온도, 그림으로 표시됨
위상 중량 % H 원자 % H TiHx 금속 격자
α- 0 - 0.2 0 - 8 hcp
α- & β- 0.2 - 1.1 8 - 34 TiH0.1 - TiH0.5
β- 1.1 - 1.8 34 - 47 TiH0.5 - TiH0.9 bcc
β- & δ 1.8 - 2.5 47 - 57 TiH0.9 - TiH1.32
δ- 2.7 - 4.1 57- 67 TiH1.32 - TiH2 FCC

티타늄 하이드라이드가 40℃ 이하에서 수소를 4.0% 함유하면 called-티타늄이라고 하는 차체 중심의 사방형(bct) 구조로 변모한다.[8]

수소 함량이 1.3% 미만인 티타늄 하이드라이드가 냉각되면 혼합물의 β-티타늄 위상은 α-티타늄 위상으로 회귀하려고 시도하여 수소를 초과하게 된다. 수소가 β-티타늄 페이즈를 떠나는 한 가지 방법은 티타늄이 부분적으로 Δ-티타늄으로 변형되어 α-티타늄의 형태를 취할 수 있을 정도로 수소에 함유된 낮은 티타늄을 남겨 Δ-티타늄 매트릭스를 만드는 것이다.

전이성 γ-티타늄 하이드라이드 단계가 보고되었다.[9] 수소 함량 0.02-0.06%의 α-티타늄 하이드라이드가 급속도로 취하되면, 세포 구조가 hcp에서 fccp로 변할 때 원자가 제자리에 "동결"되면서 α-티타늄 하이드라이드로 형성된다. γ-티타늄은 몸 중심 4각형(bct) 구조를 취한다. 게다가, 구성상의 변화는 없기 때문에 원자들은 일반적으로 같은 이웃을 유지한다.

티타늄과 티타늄 합금의 수소분해

선택한 색상은 티타늄 양극화를 통해 얻을 수 있다.

수소의 흡수 및 티타늄 하이드라이드 형성은 티타늄과 티타늄 합금(Ti/Ti 합금)의 손상 원인이다. 이 수소분해 공정은 원자로에서처럼 티타늄과 합금을 구조재로 사용할 때 특히 중요하다.

수소 부서짐은 연성의 감소와 결국 티타늄 표면의 폭주로 나타난다. 수소의 효과는 Ti/Ti 합금의 구성, 야금 이력 및 취급에 의해 크게 결정된다.[10] CP-티타늄(상업적으로 순수함: 99.55%Ti 함량)은 순수 α-티타늄보다 수소 공격에 더 취약하다. 연성의 감소로 관찰되고 수소의 고체 용액의 형성에 의해 발생하는 부서짐은 CP-티타늄에서 30-40ppm의 낮은 농도에서 발생할 수 있다. 하이드라이드 형성은 Ti 합금 표면의 철의 존재와 연관되어 있다. 하이드라이드 입자는 용접된 Ti/Ti 합금 시료에서 관찰되며, 이 용접 때문에 하이드라이드 형성 가능성을 줄이기 위해 불활성 가스 차폐로 수행되는 경우가 많다.[10]

Ti /Ti 합금은 Ti(II), Ti(III), Ti(IV) 산화물의 혼합물로 표면 산화층을 형성하며,[11] 대량으로 유입되는 수소에 대한 보호 수준을 제공한다.[10] 이것의 두께는 양극화에 의해 증가될 수 있는데, 이것은 또한 재료의 독특한 착색을 초래하는 과정이다. Ti /Ti 합금은 종종 수소가 함유된 환경과 표면에서 전해질 수소가 감소되는 조건에서 사용된다. 피클링은 수소의 원천이 될 수 있다.

사용하다

일반적인 용도는 세라믹, 폭약, 스포츠 장비, 실험실 시약, 송풍제 및 다공성 티타늄의 전구체로서 사용된다. 가루 야금속에 다른 금속과 혼합하여 가열하면, 티타늄 하이드라이드는 탄소와 산소를 제거하는 역할을 하는 수소를 방출하여 강한 합금을 만든다.[3]


참조

  1. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
  2. ^ Holleman, A.F.; Wiberg, E. "In 유기화학" 학술언론: 샌디에이고, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  3. ^ a b c d e Rittmeyer, Peter; Weitelmann, Ulrich (2005). "Hydrides". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a13_199. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ a b M. Baudler "수소, 중수소, 물" 준비 무기 화학 핸드북, 2차 Ed. G. Brauer 편집, Academic Press, 1963년, NY. 1. 페이지 114-115
  5. ^ Millenbach, Pauline; Givon, Meir (1 October 1982). "The electrochemical formation of titanium hydride". Journal of the Less Common Metals. 87 (2): 179–184. doi:10.1016/0022-5088(82)90086-8.
  6. ^ Zhang, Heng; Kisi, Erich H (1997). "Formation of titanium hydride at room temperature by ball milling". Journal of Physics: Condensed Matter. 9 (11): L185–L190. Bibcode:1997JPCM....9L.185Z. doi:10.1088/0953-8984/9/11/005. ISSN 0953-8984.
  7. ^ Brown, Charles C.; Buxbaum, Robert E. (June 1988). "Kinetics of hydrogen absorption in alpha titanium". Metallurgical Transactions A. 19 (6): 1425–1427. Bibcode:1988MTA....19.1425B. doi:10.1007/bf02674016. S2CID 95614680.
  8. ^ a b Fukai, Y (2005). The Metal-Hydrogen System, Basic Bulk Properties, 2d edition. Springer. ISBN 978-3-540-00494-3.
  9. ^ Numakura, H; Koiwa, M; Asano, H; Izumi, F (1988). "Neutron diffraction study of the metastable γ titanium deuteride". Acta Metallurgica. 36 (8): 2267–2273. doi:10.1016/0001-6160(88)90326-4. ISSN 0001-6160.
  10. ^ a b c Donachie, Matthew J. (2000). Titanium: A Technical Guide. ASM International. ISBN 978-0-87170-686-7.
  11. ^ Lu, Gang; Bernasek, Steven L.; Schwartz, Jeffrey (2000). "Oxidation of a polycrystalline titanium surface by oxygen and water". Surface Science. 458 (1–3): 80–90. Bibcode:2000SurSc.458...80L. doi:10.1016/S0039-6028(00)00420-9. ISSN 0039-6028.

외부 링크