§ 10. Енергетичні рівні та підрівні

Електрони в атомі розміщені не хаотично, а у певному порядку, який визначається енергією електронів.

В орбіталях, що мають однакову форму і розміри, містяться електрони з однаковою енергією.

Електрони, що мають однакову (або дуже близьку за значенням) енергію, утворюють енергетичний рівень (його ще інакше називають електронним шаром).

Кількість енергетичних рівнів в атомі дорівнює номеру періоду, у якому розміщений хімічний елемент. Наприклад, Гідроген міститься у першому періоді, тому в атомі Гідрогену є один енергетичний рівень (один електронний шар); Сульфур міститься у третьому періоді, тому в атомі Сульфуру електрони розміщені на трьох енергетичних рівнях (утворюють три електронні шари).

• Скільки енергетичних рівнів є в атомах Оксигену і Брому?

Максимальну кількість електронів N на енергетичному рівні визначають за формулою:

де n — номер енергетичного рівня.

Таким чином, на першому енергетичному рівні (n = 1) максимально може бути 2 електрони, на другому (n = 2) — 8 електронів.

• Скільки електронів може вміщувати третій енергетичний рівень?

Електрони першого енергетичного рівня мають найменшу енергію. Електрони другого енергетичного рівня мають енергію більшу, ніж електрони першого рівня, але меншу, ніж третього (і, звичайно, четвертого) і т. д.

Сукупність електронів в атомі називають електронною оболонкою атома. Схематично будову електронної оболонки атома показано на мал. 6.

• Атом якого періоду зображено на мал. 6? Які з електронних шарів у ньому заповнені повністю, а які — ні?

Мал. 6. Будова електронної оболонки атома

Розглянемо, як заповнюються електронами енергетичні рівні в атомах елементів, розміщених на початку періодичної системи.

Число електронів в атомі хімічного елемента, як ви пригадуєте, дорівнює заряду його ядра, а отже, порядковому номеру елемента в періодичній системі. Наприклад, в атомі Гідрогену всього один електрон, а в атомі Оксигену вісім. Електронна оболонка атома кожного наступного елемента періодичної системи відрізняється від електронної оболонки попереднього на один електрон.

Перший енергетичний рівень вміщає максимально 2 електрони, тому перший період складається лише з двох елементів — Гідрогену і Гелію. В атомі Гелію перший енергетичний рівень завершений.

В атомах усіх елементів другого періоду перший енергетичний рівень також завершений і поступово заповнюється другий енергетичний рівень. Він може містити не більше ніж вісім електронів. Тому другий період має вісім хімічних елементів. В атомі Неону (елемента, який завершує другий період) і перший, і другий енергетичний рівні є завершеними.

В атомах хімічних елементів третього періоду відбувається заповнення електронами третього енергетичного рівня, який може максимально містити 18 електронів. Проте в третьому періоді всього вісім елементів. Пояснюється це тим, що на зовнішньому (останньому) рівні не може міститися більше, ніж 8 електронів. Заповнення третього енергетичного рівня до 18 електронів відбувається в атомах елементів 4 періоду, де цей рівень вже не буде зовнішнім.

2. Енергетичні підрівні

Кожний енергетичний рівень складається із підрівнів. Кількість підрівнів дорівнює номеру енергетичного рівня: перший рівень має один підрівень, другий — два, третій — три тощо. Підрівні позначають так само, як і електрони, які в них розміщені: s-підрівень, p-підрівень, d-підрівень. Електрони одного підрівня мають однакову енергію, електрони одного рівня, але різних підрівнів — близькі за значенням енергії. Електрони s-підрівня мають найменшу енергію, p-підрівня — більшу, ніж s-підрівня, але меншу, ніж d-підрівня.

Електрони s-підрівня розміщуються в s-орбіталях, p-підрівня — в p-орбіталях, d-підрівня — в d-орбіталях.

ЗАДАЧА. Охарактеризуйте електронну будову атома Сульфуру.

Порядковий номер Сульфуру в періодичній системі 16, тому атом Сульфуру містить 16 електронів. Сульфур — елемент третього періоду, отже електрони атому Сульфуру розміщені на трьох енергетичних рівнях. В атомах усіх елементів третього періоду перший і другий енергетичні рівні завершені. число електронів на них дорівнює 2 (на першому) і 8 (на другому). Скільки електронів на третьому (зовнішньому) рівні? Від загальної кількості електронів (16) треба відняти кількість електронів на першому і другому рівні: 16 – (2 + 8) = 6.

Будову атома Сульфуру можна зобразити у вигляді схеми (мал. 7).

Мал. 7. Будова атома Сульфуру

ВИСНОВКИ

• Електрони в атомі розміщуються на енергетичних рівнях. Кількість енергетичних рівнів, на яких є електрони, дорівнює номеру періоду, в якому розташований елемент.

• Енергетичні рівні складаються із підрівнів. Число підрівнів дорівнює номеру рівня. Енергія електронів одного підрівня однакова.

Початковий рівень

1. Що називають енергетичним рівнем?

2. Що таке електронна оболонка атома?

Середній рівень

3. Скільки електронів може максимально міститися на другому і третьому енергетичних рівнях?

Достатній рівень

4. чому перший період містить усього 2 хімічних елементи, а другий 8?

Високий рівень

5. Скільки електронів на зовнішньому енергетичному рівні атомів таких елементів: а) Літію, Карбону, Флуору; б) Натрію, Силіцію, Хлору?

6. На скількох енергетичних рівнях містяться електрони в атомах: а) Літію, Натрію, Калію; б) Берилію, Магнію, Кальцію; в) Флуору, Хлору, Брому?

§ 14. Графічні електронні формули атомів хімічних елементів

За допомогою експериментальних досліджень встановлено, що електрон під час руху обертається навколо уявної лінії — осі.

Пригадайте з природознавства, що Земля, обертаючись навколо своєї осі, зумовлює зміну дня і ночі.

Обертання електрона можна уявити, скориставшись дитячою іграшкою дзиґою. Проте, якщо дзиґа завжди обертається в одному напрямі, то частині електронів електронної оболонки атома «приписують» обертання за годинниковою стрілкою, а частині — проти (мал. 27).

Мал. 27. Модель обертання електрона навколо власної осі: а) за годинниковою стрілкою; б) проти годинникової стрілки

СПАРЕНІ ЕЛЕКТРОНИ Й ЕНЕРГЕТИЧНІ КОМІРКИ. Через різний напрям обертання двох абсолютно однакових електронів в атомі не існує. Електрони можуть мати однакові всі характеристики, окрім однієї — напряму обертання навколо власної осі. Один із них обертається навколо власної осі за годинниковою стрілкою, інший — проти. Два такі електрони перебувають на одній орбіталі й дістали назву спарених електронів. Описуючи будову атома, спарені електрони однієї орбіталі прийнято записувати у квадратику, який має назву енергетичної комірки, у вигляді протилежно спрямованих стрілок ↑↓. З урахуванням цього з’ясуємо, скільки енергетичних комірок є на кожному з енергетичних підрівнів.

ГРАФІЧНІ ЕЛЕКТРОННІ ФОРМУЛИ. Якщо доповнити електронну формулу атома енергетичними комірками та позначити в них стрілками електрони, то одержимо запис графічної електронної формули атома.

Відображення розподілу електронів за енергетичними комірками називається графічною електронною формулою.

Приклад 1.

Поміркуйте, скільки енергетичних комірок мають підрівні d і f.

Проаналізуйте графічну електронну формулу атома Неону й пересвідчіться, що 10 електронів електронної оболонки його атома розмістилися в п’яти енергетичних комірках. Кожна з них вміщує 2 електрони (одну пару). Отже, в атомах Неону всі електрони спарені.

Приклад 2.

Як бачите, на р-підрівні в атома Нітрогену є 3 електрони і три енергетичні комірки. Електрони розміщують по одному в кожній комірці. Загалом в атома Нітрогену 4 електрони спарені (це дві пари s-електронів) і 3 електрони неспарені.

Приклад 3.

В атома Оксигену така сама кількість енергетичних комірок, що й в атома Нітрогену, але електронів на 1 більше. Тобто, як і в Нітрогену, неспарені електрони розташовані на зовнішньому енергетичному рівні й на р-підрівні. Кількісно їх на один менше.

З поданих прикладів 2 і 3 ви зрозуміли, що неспарені електрони в енергетичній комірці позначають однією стрілкою. У темі 2 ви дізнаєтеся, що саме наявність неспарених електронів має важливе значення для сполучення одних атомів з іншими при утворенні речовин.

Попрацюйте групами

Напишіть графічні електронні формули атомів елементів третього періоду.

Порівняйте графічні електронні формули атомів хімічних елементів із протонними числами: а) 3 й 11; б) 7 і 15; в) 8 і 16. Зробіть висновок, що спільного мають графічні електронні формули атомів кожної пари хімічних елементів.

Чи хоч один елемент третього періоду містить електрон на підрівні d?

Сторінка ерудита

За наявності в електронній оболонці атома вільних енергетичних комірок електрони можуть із нижчих енергетичних рівнів чи підрівнів переміститися на вищі. Тобто з незбудженого стану атом переходить у збуджений. При цьому енергія завжди поглинається. Так спарені електрони стають неспареними.

Такі зміни відбуваються за спеціально створених умов (температура, освітлення, наявність інших речовин тощо). Розглянемо це на прикладі Карбону.

Подана графічна електронна формула свідчить про те, що атом Карбону в стаціонарному (незбудженому) стані на другому енергетичному рівні має 2 спарені s-електрони та 2 неспарені р-електрони, а також одну вільну (порожню) енергетичну комірку на р-підрівні. Отримавши додатковий запас енергії, s-електрон другого енергетичного рівня переходить на р-підрівень цього самого рівня й неспарених електронів стає 4.

Чим далі від ядра розміщений енергетичний рівень, тим його електрони наділені більшим запасом енергії. Щоб підкреслити це, комірки розташовують не лінійно, а на зразок сходинок. Покажемо це на прикладі Аргону.

Наступний після Аргону елемент Калій розміщено в четвертому періоді. В електронній оболонці його атома з’являється дев’ятнадцятий електрон, яким розпочинається заповнення четвертого енергетичного рівня.

Двадцятий електрон атома Кальцію завершить заповнення 4s-підрівня. Десять наступних хімічних елементів (₂₁Sc-₃₀Zn) зберігатимуть електронну конфігурацію його зовнішнього енергетичного рівня — . 4s 2 , заповнюючи електронами 3d-підрівень. І тільки хімічний елемент Галій ₃₁Ga продовжить заповнення електронами зовнішнього енергетичного рівня — підрівня p.

Стисло про основне

• Графічна електронна формула атома — це позначення розміщення електронів в електронній оболонці атома за допомогою енергетичних комірок.

• Кількість енергетичних комірок на одному підрівні вдвічі менша, ніж максимально можлива кількість електронів на ньому.

• При заповненні одного енергетичного підрівня електрони, доки є вільні енергетичні комірки, розміщуються в них по одному, а потім — по два.

Знаємо, розуміємо

1. Дайте визначення графічної електронної формули атома.

2. Скільки енергетичних комірок необхідно для розміщення максимально можливої кількості електронів:

• а) першого енергетичного рівня;
• б) другого енергетичного рівня;
• в) третього енергетичного рівня?

3. Яка кількість енергетичних комірок на підрівні s, а яка — на підрівні р?

4. Назвіть хімічний елемент, електронна формула якого має 6 s-електронів та 6 р-електронів.

5. Назвіть хімічний елемент, електронна формула якого має закінчення . 3s 2 3p 4 .

6. В електронній оболонці атома якого хімічного елемента — Нітрогену чи Неону — усі енергетичні комірки повністю заповнені електронами?

7*. Як змінюється графічна електронна формула атома Карбону внаслідок переходу у збуджений стан?

8. Розташуйте хімічні елементи за збільшенням числа повністю заповнених електронами енергетичних комірок.

• А Флуор
• Б Магній
• В Нітроген
• Г Оксиген

Застосовуємо

42. Напишіть графічну електронну формулу атома Хлору. Скільки в ній: а) спарених електронів; б) неспарених електронів; в) s-електронів; г) р-електронів?

43. Установіть відповідність між хімічними елементами та розміщенням електронів зовнішнього енергетичного рівня за енергетичними комірками.

Властивості титану

ТИТАН (Titanium; по імені давньо-грец. Богів Титанів), Ti – хім. елемент IV групи періодичної системи елементів; ат. н. 22, ат. м. 47,90. У з’єднаннях виявляє ступінь окислення переважно. +4, Рідше +3 і +2. Метал світло-сірого кольору. Природний Т.- суміш стабільних ізотопів з масовими числами 46 (7,99%), 47 (7,32%), 48 (73,99%), 49 (5,46%) і 50 (5,25%). Виявлені також радіоактивні ізотопи з масовими числами 43-45, кількість яких брало не перевищує тисячних часток відсотка. Штучно отримані радіоактивні ізотопи з масовими числами 41, 42, 51 і 52, їх періоди напіврозпаду – хвилини і менше. Вперше Т. у вигляді двоокису виявив (+1789) англ. любитель-мінералог У. Дж. Грегор, назвавши його меначіном. У 1795 нім. хімік М. Г. Клапрот знайшов, що мінерал рутил є окисел нового елемента, названого ним титаном, а в 1797 встановив ідентичність Т. і меначіна.

Металевий Т., але з великою кількістю домішок, вперше виділив (1825) швед, хімік і мінералог Й. Я. Берцеліус. Т.- досить поширений елемент. Зміст його в земній корі 0,63%. Утворює понад 100 мінералів, з них найважливіші – рутил, ільменіт FeTiOg, тітаномагнетіт FeTiOs х Fe304, перовскит і титаніт (сфен) CaOTi02Si02. Атомний радіус титану 1,46 А, іонний радіус Ti4 + становить 0,64 А. Енергія іонізації Ti ° → Ti⁺ → Ti²⁺ → Ti³⁺ → Ti⁴⁺ відповідно 6,83, 13,57; 28,14 і 43,24 ев. Т. існує у двох кристалічних модифікаціях. Низькотемпературна альфа-модифікація має гексагональну плотноупакованвую решітку з періодами а = 2,9504 Аве = 4,6833 А (т-ра 25 ° С), високотемпературна бета-модифікація – кубічну об’емноцентрірованной з періодом а = 3,3065А (т-ра 900 ° С). Т-ра поліморфного альфа ^ ± бета-перетворення 882,5 ° С. Загартованістю бета-титан не зберігається, в процесі охолодження відбувається Бездифузійний р А’-перетворення. Домішки сильно змінюють св-ва металевого титан а. Наведені нижче величини відносяться до Т. високої чистоти: tпл 1668 ° С; tкип +3260 ° С; теплота плавлення, випаровування і поліморфного перетворення відповідно 5,0; 112,5 і 0,813 ккал / г-атом. Щільність (т-ра 25 ° С) 4,51 г / см3; питома теплоємність (т-ра 25 ° С) 0,125 кал / г- град; коеф. теплопровідності 0,04 кал / см сек – град (в інтервалі т-р 0-200 ° C; коеф. лінійного розширення 8,5 • 10-6 град-1 (в інтервалі т-р 0-100 ° С); питомий електричний опір (т-ра 0 ° С) 42 мком см; температурний коеф. електр. опору 0,0055 град-1; критична т-ра переходу в надпровідний стан нижче 0,53 К.

Метал парамагнитен, його питома магнітна сприйнятливість (т-ра 20 ° С) 3,16-10-6. Тиск насиченої пари (т-ра 1 490 ° С) 2 • 10 4 мм рт. ст. Т. володіє високими хутро. характеристиками. Е го св-ва мало змінюються в широкому інтервалі т-р, але сильно залежать від .чістоти металу і попередньої хутро. і термічної обробки. У Т. високої чистоти (йодідного), відпаленого у вакуумі при т-рі 800 ° С, межа міцності на розтяг 25-27 кгс / мм2, межа плинності 14-17 кгс / мм2, відносне подовження 55-70%, модуль норм, пружності 9850-10 900 кгс / мм2, HB = 73. У магніетерміческого Т., плавленого в дугового печі, а потім відпаленого, ці величини відповідно 30-55; 41-48; 25-45; І 200- 14500 і 90-150. На хутро. характеристики Т. особливо різко впливають домішки водню, азоту, кисню і вуглецю. Водень (0,01-0,005%) знижує ударну в’язкість, обумовлюючи водневу крихкість. Ефективний спосіб боротьби з такою крихкістю – вакуумирование сплавів. Азот, кисень і вуглець (до 1%) збільшують твердість і міцність, значна знижуючи пластичність. Так, напр., Т., що містить більше 0,5% N, стає крихким і не може бути прокачаний. Холодне деформування помітно упрочняет метал. Так, межа міцності на розтяг йодідного Т., відпаленого у вакуумі при т-рі 800 ° С, після обтиску на 50% зростає до 68- 75 кгс / мм2, відносне подовження знижується до 5-11%. Т. має високу корозійну стійкість при низьких і помірних т-рах. При високій т-рі його хім. активність різко зростає.

На повітрі при звичайній т-рі Т. стійкий. При нагріванні до т-ри 400-600 ° С покривається захисною окіснонітрідной плівкою, при більш високих т-рах захисні св-ва окалини швидко погіршуються. Т. стійок у воді, в т. Ч. Морський, розчинах більшості хлоридів, розведених розчинах лугів, соляної та сірчаної к-т. З підвищенням концентрації к-ти і т-ри швидкість корозії Т. в соляній і сірчаній к-тах збільшується, особливо при наявності розчинних фторидів або окислювачів. У азотної к-ті Т. пасивується. Розчиняється в плавиковою к-ті (особливо добре в суміші її з азотною к-тій) і в розплавлених лугах і перекису, сильно кородує в розплавлених хлоридах лужних металів при наявності повітря. Характерним св-вом Т. є здатність активно поглинати гази – водень, азот і кисень.

При поглинанні водню спершу утворюються тверді розчини, а потім гідриди TiH і TiH2. Нагріванням у вакуумі (т-ра 800-900 ° С) поглинений водень може бути повністю вилучений. При нагріванні Т. в значній мірі розчиняє азот і кисень, утворюючи з ними тверді розчини впровадження. Зі збільшенням вмісту азоту і кисню утворюються нітриди й окисли титану. Окисли TiO, Ti203 і ТiO2 відповідають ступенів окислення металу. Відомі проміжні оксиди. На відміну від водню поглинені азот і кисень вакуумируют-ристанням видалити не можна. При т-рі більше 1000 ° С Т. взаємодіє з вуглецем і углеродсодержащими газами (СО, СH4 та ін.) З утворенням карбіду TiC. Нітрид TiN і карбід TiC – тверді, тугоплавкі, хімічно стійкі металлоподобниє з’єднання з кристалічною струк-турою типу NaCl, відносяться до впровадження фазам. З галогенами Т. взаємодіє при порівняно низьких т-рах (100-200 ° С) з утворенням легколетких вищих галогенідів TiX4 (відомі також галогеніди TiX3 і TiX2).

З халькогенами, фосфором, кремнієм, бором та ін. Неметалами реагує при більш високих т-рах з утворенням численних сполук різної стехіометрії (напр., Ti3Si, Ti5Si3, Ti6Si4, TiSi, TiSi2) і кристалічної структури (типів FeB, Mn5Si3, NiAs і ін.). Практично найбільш важливими сполуками Т. є двоокис ТiO2, чотирихлористий TiCl4 і че-тирехйодістий титан Til4, карбід TiC, нітрид TiN, фторотитанати K2TiF6 і Na2TiF6 та ін. Т. сплавляється з усіма металами, крім лужних і лужноземельних. У потрійній системі з міддю і сріблом спостерігається його часткова несмешиваемость в рідкому стані. Із перехідними металами Т. утворює широкі області бета-твердих розчинів (зі скандієм і металами IV- VI груп – необмежені тверді розчини) і порівняно вузькі – альфа-твердих розчинів. Виняток становлять скандій, цирконій і гафній, з к-римі Т. утворює необмежені ряди як бета-, так і альфа-твердих розчинів, і рідкоземельні метали, розчинність яких брало в бета- і альфа-титані мала. Розчинність неперехідних металів в альфа- і бета-титані змінюється в досить широких межах. Вона дуже мала в системах з цинком і кадмієм і велика в системах з алюмінієм і оловом.

Більшість металів, у т. Ч. Всі перехідні, знижують т-р у поліморфного альфа ± бета-перетворення, стабілізуючи бета-твердий розчин (бета-стабілізатори). Алюміній, галій, кисень, азот, вуглець і деякі ін. Елемент Ьг, підвищуючи цю т-ру, стабілізують альфа-твердий розчин (альфа-стабілізатори). Відомі також мета стабільні зі-, А’-і а * -фази, що утворюються в процесі охолодження сплавів з ^ -області і суттєво впливають на технологічні св-ва титанових сплавів. Зі мн. металами непереходнимі і VII-VIII груп) титан утворює проміжні фази з кристалічною структурою типів CsCI, СuАі, Cr3Si, MoSi2, Ti2Ni та ін. Вихідним продуктом для произова металевого Т. служать гл. обр. що не містять кисню речовини, одержувані з титанових руд. Основна речовина – чотирихлористий титан TiCl4. У процесі произова очищений TiCl4 відновлюють чистим магнієм в середовищі аргону (магниетермический метод). Потім утворилася титанову губку піддають вакуумно-тримаючи-ської обробці, щоб видалити надмірний магній і MgCl2. Зміст осн. домішок в Магнієтермічеський титані (%): 0,01 – 0,03 С; 0,05 – 0,015 О; 0,01-0,05 N; 0,03-0,2 Fe; 0,04-0,12 Mg. За натріетерміче-ському методу відновлення TiCl4 ведуть металевим натрієм.

Т. отримують також відновленням двоокису титану металевим кальцієм або гидридом кальцію (каль-ціетерміческій метод і його різновид – гідріднокальціевий). Отриманий Т. відрізняється більш високою твердістю і меншою пластичністю, ніж метал, відновлений з TiCl4, що обумовлюється підвищеним вмістом азоту і кисню – відповідно 0,03-0,15 і 0,2-0,25%. Метал високої чистоти отримують йодідного методом, к-рий заснований на здатності Т. утворювати з парами йоду при порівняно низьких т-рах йодид Til4, дисоціюють при більш високих т-рах на металевий титан і йод. Розкладання Til4 відбувається на розпеченій титанової дроті, на якій і осідає Т., утворюючи компактний метал. Й одідний Т. відрізняється від магніетерміческого меншим вмістом кисню, азоту, заліза, магнію та ін. Домішок (0,005-0,01% О; 0,001-0,004% N; 0,0035-0,025% Fe; 0,0015-0,002% Mg і т.д.). Більш глибокого очищення досягають зонної плавкою йодідного Т., напр. Електроннопроменеві нагре-в ом, п о л навчаючи я метал чистотою 99,999 – 99,9999%.

Електролітичний метод застосовують гл. обр. для рафінування Т. (напр., неякісної губки, відходів плавки металу) і сплавів на його основі. Електроліт – розплав хлоридів лужних металів (NaCl або суміші NaCl і КС1), в к-ром розчинені нижчі хлориди титану (TiCl2, TiCl3), анод – забруднений домішками титан. Метод перспективний для переробки тютюнового скрапу, к-рий використовують як розчинного анода. Компактні заготовки пластичного Т. з титанової губки або титанового порошку виготовляють вакуумної дугового плавкою або методами порошкової металургії. Для виплавки Т. і його сплавів використовують дугові печі з мідним водоохолоджуваним тиглем-кристалізатором і нерасхо-дуємо вольфрамовим електродом, або витрачаються електродом, спресованим з титанового порошку або відповідної шихти. Створені вакуумні дугові печі для гарни-Сажнєв плавки титану. Застосовують пресування порошку на холоду з подальшим спеканієм у вакуумі, гаряче пресування у вакуумі, гарячу ковку спечених заготовок в штампах.

Компактний метал, отриманий будь-яким з цих методів, піддається обробці тиском в холодному і гарячому стані: його можна кувати, прокатувати, штампувати і т. Д. Переробляють Т. і його сплави в прутки, смуги, профілі прокату, безшовні труби, дріт, жерсть і фольгу. При обробці Т. різанням матеріалом для інструменту служать швидкорізальні сталі і тверді сплави. Високий опір корозії в поєднанні з великою питомою міцністю, що зберігається до т-р 150-430 ° С, зумовили застосування Т. і сплавів на його основі (легованих алюмінієм, хромом, ванадієм, молібденом, оловом) як конструкційний матеріал в авіа-, ракето- і суднобудуванні, хім. машинобудуванні (див. Титану сплави). Чистий Т. застосовують в електровакуумної техніці для виготовлення анодів, сіток та ін. Деталей, у вигляді порошку – в якості геттера.

Для захисту від корозії титаном покривають поверхні сталевих виробів. Ферротитан застосовують для розкислення сталі та очищення від розчинених у ній кисню, азоту та сірки (запобігає красноломкость сталі). Присадки Т. вводять в марганцевисті, хромисті, хромомолібденові і хромонікеле-ші сталі, мідні та алюмінієві сплави. Карбід Т. використовують в произове Тітановольфрамовие твердих сплавів для різальних інструментів, жаростійких і жароміцних сплавів, застосовуваних для виготовлення деталей газових турбін реактивних двигунів. Двоокис титану використовують для приготування титанових білил, в произове емалей і глазурі, при виготовленні сегнетоді-електриків. Рутил, або технічну двоокис титану, вводять до складу обмазки зварювальних електродів. Гідрид титану служить джерелом чистого водню.

Характеристика елемента. Хімія перших елементів побічних підгруп істотно відрізняється від наступних, так як на них ще не позначається ні d-стиснення, ні лантаноидному. У підгрупі IVB це повною мірою відноситься до титану. У нейтрального атома енергія 3d – і 4s-орбіталей дуже близькі між собою, тому більш стійким станом є +4, хоча іони Ti⁺⁴ реально не існують, так як відрив всіх чотирьох електронів вимагає великої енергії.
Сполуки титану (IV) зазвичай включають ковалентні зв’язки. З інших ступенів окислення – 1, +2 і +3 титан легко окислюється до Ti (IV) повітрям, водою та іншими реагентами. У водних розчинах на повітрі стійкі лише з’єднання з максимальним ступенем окислення титану. У комплексах для титану характерно координаційне число 6 і рідше 4

Властивості простої речовини і з’єднань. Титан-один з небагатьох металів з високою корозійною стійкістю, яку він повідомляє і сплавів на його основі. Тому так великий інтерес до цього тугоплавкі (tпл = +1688 ° С, tкип = 3260 ° С), порівняно легкому (d = 4,5 г / см) і сріблястого металу. Значення його і надії, покладені на нього, подібні до тих, що проявлялися колись відносно алюмінію. Якості титану в своєму поєднанні унікальні: він парамагнитен, відрізняється високою міцністю, високою в’язкістю і легко піддається обробці, зберігає свої механічні властивості незмінними в широкому інтервалі температур від -180 до + 500 ° С. Він стійкий в атмосфері повітря, у холодній і киплячій воді, в розчинах багатьох солей і морській воді, в неорганічних і органічних кислотах. З киснем титан реагує при температурі червоного розжарювання, а з азотом трохи вище (при 800 ° С), тому при його нагріванні на повітрі утворюється суміш оксиду і нітриду. Найлегше він з’єднується з галогенами: при 150 ° С зі фтором, а при 300 ° С з хлором.
Солі титану гідролізуються у воді, утворюючи різноманітні солі титанів – групи TiO²⁺, провідною себе як двузарядних іон. Діоксид титану TiO2- міцне біла речовина, існує в декількох модифікаціях (рутил, анатаз), плавиться при +1855 ° С і проявляє дуже слабкі кислотні властивості. Гідролізом солей титану отримують кислоти: ортотітановую H4TIO4 і метатітановую, Н2TiO3
Обидві вони малоактивні н слабкі (слабше кремнієвої). З з’єднанні титану особливої ​​згадки заслуговує титанат барію ВаТiOз-родоначальник одного з сімейств сегнетоелектриків – з’єднань, що змінюють свої властивості (розміри, діелектричну
проникність і ін.) в змінному електричному полі. Вони здатні перетворювати механічну енергію стиснення кристала в електричну.

Отримання і використання. Титан по поширеності займає четверте місце серед технічно важливих металів після алюмінію, заліза і міді. Виділення його з мінералів пов’язано з труднощами, зумовленими реакцією титану при нагріванні з вугіллям, киснем і металами. Отримують чистий титан іодідним методом, термічно розкладаючи її йодид. Роль металу як конструкційного матеріалу швидко зростає особливо в авіації, техніці, в металургії сплавів.
Титан відіграє певну роль у життєдіяльності організмів: він неодмінний учасник процесів імуногенезу. Міститься в плазмі крові, селезінці, надниркових і щитовидній залозі.
З рослин титаном особливо багата водорість кладофора: вміст титану в ній становить 0,03%.