OSSIDO DI TITANIO (IV): STRUTTURA, PROPRIETÀ, USI - CHIMICA - 2025

L' ossido di titanio (IV) è un solido bianco cristallino inorganico la cui formula chimica è TiO ₂ , quindi è anche noto come biossido di titanio. Esiste in tre forme cristalline: rutilo, anatasio e brookite. Sebbene in natura sia solitamente colorato per la presenza di impurità come ferro, cromo o vanadio, il TiO ₂ puro viene utilizzato come pigmento bianco.

Tra le sue caratteristiche possiamo evidenziare che la solubilità del TiO ₂ dipende notevolmente dalla sua storia chimica e termica. Inoltre quando viene riscaldato ad alte temperature (900 ºC) diventa chimicamente inerte. Le sue fonti più importanti sono ilmenite (ossido di ferro e titanio), rutilo e anatasio.

Polvere di biossido di titanio. L'autore del caricamento originale era Walkerma su Wikipedia in inglese.

È prodotto principalmente in una qualità adatta per l'uso come pigmento, garantendo le sue eccellenti proprietà di diffusione della luce in applicazioni che richiedono opacità e lucentezza del bianco.

Viene anche prodotto come materiale ultrasottile, per applicazioni in cui sono richiesti trasparenza e massimo assorbimento dei raggi ultravioletti (UV). Ad esempio, come componente della protezione solare per la pelle. In questi, il TiO ₂ funge da filtro, bloccando così l'assorbimento di questi raggi.

A causa della sua inerzia chimica, è il pigmento bianco preferito. Tuttavia, la Food and Drug Administration degli Stati Uniti, o FDA, ha stabilito parametri per il suo utilizzo sicuro in alimenti e cosmetici.

Esiste anche un limite all'esposizione alla polvere di ossido di titanio, poiché quando la polvere viene inalata, può depositarsi nei polmoni.

Struttura

TiO ₂ ha tre modificazioni cristalline: rutilo, anatasio e brookite. Queste varietà cristalline si trovano tutte in natura.

Rutilo

Il rutilo cristallizza nel sistema tetragonale con due unità TiO ₂ per cella. Il titanio è coordinato ottaedrico. Il rutilo ha dimostrato dagli studi calorimetrici di essere la forma cristallina più termicamente stabile.

Struttura in cristallo rutilo. Sfere grigie: titanio, sfere rosa: ossigeno. Fonte dello stato solido: Wikipedia Commons

Anatase

Questa forma cristallizza anche nel sistema tetragonale, ma l'anatasio si presenta sotto forma di ottaedri di atomi di ossigeno altamente distorti rispetto a ciascun atomo di titanio, due dei quali sono relativamente più vicini. Ha 4 unità di TiO ₂ per ogni cella cristallina.

Struttura cristallina di anatasio. Benjah-bmm27 Fonte: Wikipedia Commons

Brookite

Cristallizza nel sistema ortorombico, con 8 unità TiO ₂ per ogni cella cristallina.

Proprietà

Stato fisico

Solido cristallino.

Durezza di Mohs

Rutilo: 7-7,5.

Anatasio: 5,5-6.

Peso molecolare

79,87 g / mol.

Punto di fusione

Rutilo: 1830-1850 ° C.

Anatasio: riscaldandosi diventa rutilo.

Densità

Rutilo: 4.250 g / cm ³

Anatasio: 4,133 g / cm ³

Brookite: 3.895 g / cm ³

solubilità

Insolubile in acqua e solventi organici. Si dissolve lentamente in HF e H ₂ SO ₄ concentrato a caldo. Insolubile in HCl e HNO ₃ .

pH

7.5.

Indice di rifrazione

Rutilo: 2,75 a 550 nm.

Anatasio: 2,54 a 550 nm.

Ha il più alto indice di rifrazione di tutti i pigmenti inorganici.

Altre proprietà

Anatase si converte rapidamente in rutilo a temperature superiori a 700ºC. Il TiO ₂ calcinato a 900 ° C si dissolve debolmente in basi, acido fluoridrico e acido solforico caldo. Non viene attaccato da acidi inorganici deboli o acidi organici. Non si riduce o si ossida facilmente.

Anatasio e rutilo sono semiconduttori a banda larga, ma la loro conduttività elettrica dipende dalla presenza di impurità e difetti nel cristallo.

Nomenclatura

-Diossido di titanio

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

applicazioni

Pigmenti bianchi

L'uso più importante dell'ossido di titanio (IV) è come pigmento bianco in un'ampia varietà di prodotti, tra cui vernici, lacche, adesivi, plastica, carta e inchiostri da stampa. Ciò è dovuto al suo alto indice di rifrazione e alla sua inerzia chimica.

Fonte: Pexels.com

Il biossido di titanio utilizzato come pigmento bianco deve essere di elevata purezza. La sua opacità e luminosità derivano dalla sua capacità di diffondere la luce. È più luminoso del diamante. Solo il rutilo e l'anatasio hanno buone proprietà di pigmentazione.

Plastica

Nella plastica, TiO ₂ riduce al minimo la fragilità e le crepe che possono verificarsi a seguito dell'esposizione alla luce.

È il pigmento più importante nella produzione di articoli in plastica in PVC per esterni, poiché fornisce protezione UV al materiale.

La forma cristallina ottimale in questo caso è il rutilo. In questa applicazione, il rutilo deve avere un rivestimento superficiale di zirconio, silice o alluminio, per ridurre al minimo l'effetto fotocatalitico del TiO ₂ nella degradazione del PVC.

Altri usi

Altri usi includono smalti vetrosi utilizzati su acciaio e ghisa, ai quali conferisce opacità e resistenza agli acidi.

Nell'industria tessile viene utilizzato nei guidafili, in modo che scivolino facilmente durante la filatura. L'attrito tra i fili e le guide genera elettricità statica. Per dissiparlo, il TiO ₂ deve essere bruciato a 1300 ºC, in modo che abbia una maggiore conduttività elettrica.

Altre applicazioni includono la pigmentazione di inchiostri da stampa, gomma, tessuti, pelle, fibre sintetiche, ceramica, cemento bianco, rivestimenti per pavimenti e materiali per tetti. Come rivestimento della carta, TiO _{2 lo} rende più bianco, più luminoso e più opaco.

È usato nei cosmetici per aiutare a coprire le imperfezioni della pelle, nonché per rendere bianchi il dentifricio e il sapone.

Protegge alimenti, bevande, integratori e prodotti farmaceutici dalla prematura degradazione causata dall'effetto della luce, allungando la vita del prodotto.

È un componente nella produzione di vetro, ceramica ed elettroceramica. È utilizzato in elementi di circuiti elettrici. Viene anche utilizzato nel sensore di ossigeno del sistema di scarico dell'autoveicolo.

Ultrafine TiO ₂ è utilizzato come componente nella protezione solare, poiché è un forte assorbitore dei raggi ultravioletti (UV), sia UV-A che UV-B. I raggi UV-A provocano rughe e invecchiamento della pelle, mentre i raggi UV-B provocano ustioni ed eritemi.

Le nanoparticelle di TiO ₂ vengono utilizzate come materiale di supporto per i catalizzatori di reazioni chimiche.

Anatase è un fotocatalizzatore efficace che ossida i composti organici. Più piccole sono le sue particelle, più è efficace.

Riferimenti

1. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimica inorganica avanzata. John Wiley & Sons.
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