Tlenek tytanu(IV), biel tytanowa, – nieorganiczny związek chemiczny, tlenek tytanu na IV stopniu utlenienia.
Otrzymywanie Otrzymywany może być metodą siarczanową lub chlorkową.
W metodzie siarczanowej surowcem był pierwotnie ilmenit; obecnie zwykle wykorzystuje się żużel bogaty w tytan. W obu przypadkach stosuje się działanie kwasem siarkowym w celu uzyskania siarczanu tytanylu (), np.:
oddziela się i poddaje hydrolizie do uwodnionego tlenku, który następnie wypraża się w temp. ok. 1000 °C w celu uzyskania produktu o odpowiedniej wielkości ziaren.
W metodzie chlorkowej poza ilmenitem i żużlem wykorzystuje się też inne minerały bogate w tytan, leukoksen i rutyl. Surowiec miesza się ze źródłem węgla i praży w obecności chloru, uzyskując gazowy . Produkt ten izoluje się w czystej formie i poddaje utlenieniu tlenem do końcowego produktu. Powstający równocześnie chlor jest zawracany do pierwszego etapu:
Właściwości Dwutlenek tytanu występuje naturalnie w trzech odmianach polimorficznych: jako minerały rutyl i anataz o strukturze tetragonalnej oraz rombowy brukit. Dwie ostatnie przechodzą w najtrwalszy rutyl powyżej temperatury 800–900 °C.
Dwutlenek tytanu jest najpowszechniejszym i najtrwalszym tlenkiem tytanu. Jest to biały proszek o temperaturze topnienia ok. 1830 °C i temperaturze wrzenia ok. 2500 °C. Ma właściwości amfoteryczne – reaguje ze stężonym kwasem siarkowym, a stapiany z wodorotlenkami, węglanami lub tlenkami innych metali przechodzi w tytaniany. Nie jest rozpuszczalny w wodzie.
W układzie tytan–tlen istnieje szereg niższych tlenków o ogólnym wzorze dla n = 4–10 (fazy Mangnèliego).
charakteryzuje się: pasmem walencyjnym utworzonym przez funkcje falowe 2p jonów tlenu; przerwą energetyczną wynoszącą 3–3,2 eV; pasmem przewodnictwa utworzonym przez funkcje falowe 3d tytanu; wysokim współczynnikiem załamania światła w granicach 2,616–2,903 (wyższy niż dla diamentu); niską absorpcją optyczną w zakresie widzialnym; dobrą stabilnością chemiczną; dużą odpornością chemiczną; wysoką twardością wynoszącą około 6 w skali Mohsa; wysoką przenikalność elektryczną (120 dla rutylu); wysoką rezystancją, czyli oporem elektrycznym.
Zastosowanie W Unii Europejskiej był dopuszczony jako dodatek do żywności o numerze E171. W 2019 r. rząd francuski podjął decyzję o zakazie jego stosowania od 2020 r. jako dodatku do żywności ze względu na brak wystarczających dowodów, że jego spożywanie jest bezpieczne dla zdrowia. W 2021 r. eksperci z European Food Safety Authority (EFSA) zmienili swoją opinię z 2016 r. i także uznali, że nie jest on w pełni bezpieczny i w roku 2022 jego stosowanie w żywności zostało zakazane, zezwolono natomiast na jego dalsze stosowanie w produktach medycznych, o ile nie istnieje bezpieczniejszy odpowiednik.
W nowoczesnych technologiach znajduje on zastosowanie do wytwarzania: fotoanod do fotorozkładu wody; fotoanod do fotochemicznego rozkładu związków organicznych; fotokatalizatorów do odzysku i usuwania metali ciężkich; katalizatorów powodujących fotorozkład zanieczyszczeń środowiska (NOx); tanich ogniw słonecznych; katalizatorów heterogenicznych; powłok szkieł samoczyszczących i zapobiegających parowaniu; środków powodujących krystalizację szkła; wnętrz światłowodów; warstw do filtrów optycznych i interferencyjnych; luster laserów; membran separujących gazy; filtrów antybakteryjnych; filtrów do usuwania zanieczyszczeń organicznych z wody; sensorów kontrolujących stosunek paliwo/powietrze w samochodowych silnikach spalinowych (sondy lambda); sensorów wilgoci; niskotemperaturowych sensorów tlenu; wysokotemperaturowych sensorów pH; warystorów; kondensatorów.
Jest również stosowany w tradycyjny już sposób jako pigment (biel tytanowa) do produkcji papieru, żywności, tworzyw sztucznych, kosmetyków, farmaceutyków, porcelany, farb i emalii oraz jako stabilizator koloru szkliw.
Charakterystyka fotochemiczna Właściwości fotoelektrochemiczne związane są z absorpcją promieniowania. Dwutlenek tytanu charakteryzuje się wysoką absorpcją w zakresie UV i dochodzącą do zaledwie kilku procent absorpcją promieniowania w zakresie widzialnym ViS. Aby zwiększyć zakres absorpcji światła w zakresie widzialnym, co ma zasadnicze znaczenie w ogniwach słonecznych oraz w fotorozkładzie wody, trwają nieustanne prace nad modyfikacją jego właściwości.
Zagrożenia w formie nanocząstek może powodować zagrożenia dla zdrowia osób przewlekle narażonych na jego wdychanie. W badaniach na zwierzętach stwierdzono wzrost ryzyka wystąpienia nowotworów oraz negatywny wpływ na rozwój płodu i funkcjonowanie układu rozrodczego u osobników narażonych na nano-. Nie ma jednak dowodów naukowych potwierdzających występowanie tego typu negatywnych efektów u ludzi.
Przypisy
Kategoria:Barwniki w żywności Kategoria:Pigmenty nieorganiczne Kategoria:Tlenki Kategoria:Związki tytanu