Atšķirība starp volframu un titānu

Volframs

Nomenklatūra, izcelsme un atklājumi

Volframs ir iegūts no zviedru valodas tung sten, vai "smagais akmens". To attēlo simbols W, jo daudzās Eiropas valstīs tas ir pazīstams kā Wolfram. Tas nāk no vācu valodas par “vilka putām”, jo agrīnie alvas ieguvēji pamanīja, ka minerāls, ko viņi sauc par wolframite, samazina alvas ražu, kad atrodas alvas rūdā, tāpēc šķita, ka alvu patērē tāpat kā vilks, kas apēd aitas. [i]

1779. gadā Pīters Vulfs izpētīja sheelītu no Zviedrijas un atklāja, ka tajā ir jauns metāls. Divus gadus vēlāk Karls Vilhelms Šīlē no šī minerāla reducēja volframskābi un izdalīja skābu balto oksīdu. Vēl divus gadus vēlāk Huans un Fausto Elhujārs Vergarā, Spānijā, izdalīja to pašu metāla oksīdu no identiskas skābes, kas reducēta no wolframite. Viņi karsēja metāla oksīdu ar oglekli, reducējot to uz volframa metālu.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Volframs ir spīdīgs, sudrabaini balts metāls, un tā atomu skaits ir uz elementu periodiskās tabulas 74 un standarta atomsvars (A_r) no 183.84. [ii]

Tai ir visu elementu augstākā kušanas temperatūra, īpaši augsts blīvums un tā ir ļoti cieta un stabila. Tam ir viszemākais tvaika spiediens, zemākais termiskās izplešanās koeficients un visu metālu augstākā stiepes izturība. Šīs īpašības ir saistītas ar spēcīgajām kovalentajām saitēm starp volframa atomiem, ko veido 5d elektroni. Atomi veido uz ķermeni vērstu kubisko kristālu struktūru.

Volframs ir arī vadītspējīgs, salīdzinoši ķīmiski inerts, hipoalerģisks un tam piemīt starojuma ekranēšanas īpašības. Tīrākā volframa forma ir viegli kaļama, un to apstrādā, kaljot, presējot, stiepjot un saķepinot. Ekstrudēšana un stiepšana nozīmē attiecīgi karstā volframa stumšanu un vilkšanu caur “veidni” (veidni), savukārt saķepināšana ir volframa pulvera sajaukšana ar citiem metālu pulveriem, lai iegūtu sakausējumu.

Komerciālai izmantošanai

Volframa sakausējumi ir ārkārtīgi grūti, piemēram, volframa karbīds, kas tiek apvienots ar keramiku, lai izveidotu "ātrgaitas tēraudu" - to izmanto urbumu, nažu un griešanas, zāģēšanas un frēzēšanas instrumentu izgatavošanai. Tos izmanto metālapstrādes, kalnrūpniecības, kokapstrādes, celtniecības un naftas rūpniecībā un 60% no volframa izmanto komerciālos nolūkos..

Volframs tiek izmantots sildīšanas elementos un augstas temperatūras krāsnīs. Tas ir atrodams arī balastos gaisa kuģu astēs, jahtu ķēdēs un sacīkšu automašīnās, kā arī svaros un munīcijā.

Kalcija un magnija volframāti kādreiz tika parasti izmantoti kvēldiega kvēldiega spuldzēs, taču tos uzskata par energoefektīviem. Volframa sakausējumu tomēr izmanto zemu temperatūru supravadīšanas ķēdēs.

Kristāla volframātus izmanto kodolfizikā un kodolmedicīnā, rentgena un katodstaru lampās, loka metināšanas elektrodos un elektronu mikroskopos. Volframa trioksīds tiek izmantots katalizatoros, piemēram, tāds, ko izmanto spēkstacijās, kuras darbojas ar oglēm. Citus volframa sāļus izmanto ķīmiskajā un sauļošanās rūpniecībā.

Daži sakausējumi tiek izmantoti kā juvelierizstrādājumi, savukārt viens no tiem veido pastāvīgos magnētus, un daži supersakausējumi tiek izmantoti kā nodilumizturīgi pārklājumi.

Volframs ir smagākais metāls, kam ir bioloģiska loma, bet tikai baktērijās un archaea. To izmanto ferments, kas reducē karbonskābes līdz aldehīdiem. [iii]

Titāns

Nomenklatūra, izcelsme un atklājumi

Titāns ir atvasināts no vārda "Titans", kas ir Zemes dievietes dēli grieķu mitoloģijā. Reverends Viljams Gregors, amatieru ģeologs, pamanīja, ka melnās smiltis straumē Kornvolā, 1791. gadā, piesaista magnēts. Viņš to analizēja un uzzināja, ka smiltīs ir dzelzs oksīds (izskaidrojot magnētismu), kā arī minerāls, kas pazīstams kā menachanīts, kurš, viņaprāt, bija izgatavots no nezināma baltā metāla oksīda. Par to viņš ziņoja Kornvolas Karaliskajai ģeoloģijas biedrībai.

1795. gadā prūšu zinātnieks Martins Heinrihs Klaprots no Boinika izpētīja sarkano rūdu, kas pazīstama kā Schörl no Ungārijas, un nosauca tajā esošā nezināmā oksīda elementu - titānu. Viņš arī apstiprināja titāna klātbūtni menahanitā.

Savienojums TiO₂ ir minerāls, kas pazīstams kā rutila. Titāns sastopams arī ilmenīta un sfēnas minerālos, kas galvenokārt atrodami nezināmajos iežos un no tiem iegūtajos nogulumos, bet ir izplatīti arī visā Zemes litosfērā..

Tīru titānu pirmo reizi izgatavoja Metjū A. Hunters 1910. gadā Rensselaer Politehniskajā institūtā, sildot titāna tetrahlorīdu (ko ražo, karsējot titāna dioksīdu ar hloru vai sēru) un nātrija metālu, kas tagad pazīstams kā Hantera process. Pēc tam Viljams Džastins Krols 1932. gadā reducēja titāna tetrahlorīdu ar kalciju un vēlāk uzlaboja procesu, izmantojot magniju un nātriju. Tas ļāva titānu izmantot ārpus laboratorijas, un to, kas tagad pazīstams kā Krolla process, joprojām izmanto komerciāli.

Ļoti augstas tīrības pakāpes titānu nelielos daudzumos ražoja Antons Eduards van Arkels un Jans Hendriks de Boers jodīda vai kristāla stieņu procesā 1925. gadā, reaģējot titānu ar jodu un atdalot tvaikus, kas veidojas virs karsta pavediena. [Iv]

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Titāns ir ciets, spīdīgs, sudrabaini balts metāls, kuru uz periodiskā galda attēlo simbols Ti. Tam ir atomu skaitlis 22 un standarta atomsvars (A_r) 47.867. Atomi veido sešstūrainu cieši iesaiņotu kristālu struktūru, kā rezultātā metāls ir tikpat stiprs kā tērauds, bet daudz mazāk blīvs. Faktiski titānam ir visaugstākā stiprības un blīvuma attiecība no visiem metāliem.

Titāns ir kaļams vidē, kurā nav skābekļa, un tā salīdzinoši augstās kušanas temperatūras dēļ var izturēt ārkārtējas temperatūras. Tas nav nemagnētisks, un tam ir zema elektriskā un siltuma vadītspēja.

Metāls ir izturīgs pret koroziju jūras ūdenī, skābā ūdenī un hlorā, kā arī labs infrasarkanā starojuma atstarotājs. Kā fotokatalizators tas gaismas klātbūtnē izdala elektronus, kas reaģē ar molekulām, veidojot brīvos radikāļus, kas iznīcina baktērijas. [v]

Titāns labi savienojas ar kaulu un nav toksisks, lai gan smalkais titāna dioksīds ir aizdomas par kancerogēnu. Cirkonijam, visizplatītākajam titāna izotopam, ir daudz dažādu ķīmisko un fizikālo īpašību.

Komerciālai izmantošanai

Titānu visbiežāk izmanto titāna dioksīda veidā, kas ir spilgti balta pigmenta galvenā sastāvdaļa, kas atrodams krāsās, plastmasās, emaljās, papīrā, zobu pastā un pārtikas piedevā E171, kas balina konditorejas izstrādājumus, sierus un apledojumus. Titāna savienojumi ir sauļošanās un smēķēšanas ekrānu sastāvdaļa, tiek izmantoti pirotehnikā un uzlabo redzamību saules observatorijās. [vi]

Titānu izmanto arī ķīmiskajā un naftas ķīmijas rūpniecībā un litija bateriju izstrādē. Daži titāna savienojumi veido katalizatora komponentus, piemēram, tos, ko izmanto polipropilēna ražošanā.

Titāns ir pazīstams ar tā izmantošanu sporta aprīkojumā, piemēram, tenisa raketēs, golfa nūjās un velosipēdu rāmjos, kā arī elektroniskajā aprīkojumā, piemēram, mobilajos tālruņos un klēpjdatoros. Tās ķirurģiskie pielietojumi ietver izmantošanu ortopēdiskajos implantos un medicīniskajās protēzēs.

Leģējot ar alumīniju, molibdēnu, dzelzi vai vanādiju, titānu izmanto griezējinstrumentu un aizsargpārklājumu pārklāšanai vai pat dārglietās vai kā dekoratīvu apdari. TiO₂ pārklājumi uz stikla vai flīžu virsmām var mazināt infekcijas slimnīcās, novērst mehānisko transportlīdzekļu sānu skata spoguļu miglošanos un samazināt netīrumu uzkrāšanos uz ēkām, ietvēm un ceļiem.

Titāns veido nozīmīgu daļu no jūras ūdens pakļautām konstrukcijām, piemēram, atsāļošanas iekārtām, kuģu un zemūdens korpusiem un dzenskrūvju šahtām, kā arī elektrostaciju kondensatora caurulēm. Pie citiem lietojumiem pieder sastāvdaļu izgatavošana aviācijas un transporta nozarē, kā arī militārajā jomā, piemēram, lidmašīnas, kosmosa kuģi, raķetes, bruņu klājums, dzinēji un hidrauliskās sistēmas. Tiek veikti pētījumi, lai noteiktu titāna piemērotību kodolatkritumu uzglabāšanas konteinera materiālam. iv

Galvenās atšķirības starp volframu un titānu

• Volframa izcelsme ir minerāli scheelite un wolframite. Titāns ir atrodams minerālos, ilmenīta, rutila un sfēnā.
• Volframs tiek iegūts, reducējot volframskābi no minerāla, izolējot metāla oksīdu un reducējot to uz metālu, karsējot ar oglekli. Titānu iegūst, veidojot titāna tetrahlorīdu hlorīda vai sulfāta procesā un sildot to ar magniju un nātriju.
• Volframs periodiskajā tabulā ir 74. numurs ar relatīvo atomu svaru 84. Titāns ir skaitlis 22 ar relatīvo atomu svaru 47,867.
• Volframa atomi veido uz ķermeni vērstu kubisko kristālu struktūru. Titāna atomi veido sešstūrainu cieši iesaiņotu kristālu struktūru.
• Volframs ir ārkārtīgi stiprs, ciets un blīvs. Titāns ir ļoti stiprs un ciets, un tam ir daudz mazāks blīvums.
• Volframs ir nedaudz magnētisks un nedaudz vadītspējīgs. Titāns ir nemagnētisks un mazāk vadītspējīgs.
• Volframs sālsūdenī nav tik izturīgs pret koroziju kā titāns un nav fotokatalizators kā titāns.
• Volfram ir bioloģiska loma, bet titānam tas nav.
• Volframs tīrākajā formā ir kaļams. Titāns ir kaļams vidē, kurā nav skābekļa.

Volframu izmanto sildīšanas elementos, svaros, zemas temperatūras supravadīšanas ķēdēs, un to var izmantot kodolfizikā un elektronus izstarojošās ierīcēs. Titāns tiek izmantots baltajos pigmentos, sporta aprīkojumā, ķirurģiskajos implantos un jūras konstrukcijās.