ไทเทเนียมออกไซด์ (IV): โครงสร้างคุณสมบัติการใช้งาน - เคมี - 2026

ออกไซด์ไทเทเนียม (IV)เป็นของแข็งสีขาวผลึกนินทรีย์ที่มีสูตรทางเคมีคือ TiO ₂ดังนั้นจึงเป็นที่รู้จักกันไทเทเนียมไดออกไซด์ มีอยู่ในรูปแบบผลึกสามแบบ: rutile, anatase และ brookite แม้ว่าโดยปกติแล้วจะมีสีเนื่องจากมีสิ่งสกปรกเช่นเหล็กโครเมียมหรือวานาเดียม แต่ TiO ₂บริสุทธิ์จะใช้เป็นเม็ดสีขาว

ในลักษณะของมันเราสามารถเน้นว่าความสามารถในการละลายของ TiO _{2 นั้น}ขึ้นอยู่กับประวัติทางเคมีและความร้อนเป็นอย่างมาก เช่นเดียวกับเมื่อได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูง (900 ºC) จะกลายเป็นเฉื่อยทางเคมี แหล่งที่สำคัญที่สุดคืออิลเมไนต์ (เหล็กและไททาเนียมออกไซด์) รูไทล์และอะนาเทส

ผงไทเทเนียมไดออกไซด์ ผู้อัปโหลดต้นฉบับคือ Walkerma ที่ English Wikipedia

ผลิตในเกรดที่เหมาะสำหรับใช้เป็นเม็ดสีเป็นหลักจึงมั่นใจได้ว่ามีคุณสมบัติในการกระจายแสงที่ดีเยี่ยมในการใช้งานที่ต้องการความทึบแสงและความมันวาวสีขาว

นอกจากนี้ยังผลิตเป็นวัสดุบางพิเศษสำหรับการใช้งานที่ต้องการความโปร่งใสและการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) สูงสุด เช่นเป็นส่วนประกอบของครีมกันแดดสำหรับผิว ในสิ่งเหล่านี้ TiO ₂ทำหน้าที่เป็นตัวกรองจึงขัดขวางการดูดซึมของรังสีเหล่านี้

เนื่องจากความเฉื่อยทางเคมีจึงเป็นเม็ดสีขาวที่ต้องการ อย่างไรก็ตามสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกาหรือ FDA ได้กำหนดพารามิเตอร์สำหรับการใช้อย่างปลอดภัยในอาหารและเครื่องสำอาง

นอกจากนี้ยังมีข้อ จำกัด ในการสัมผัสกับฝุ่นไทเทเนียมออกไซด์เนื่องจากเมื่อสูดดมฝุ่นเข้าไปจะสามารถสะสมในปอดได้

โครงสร้าง

TiO ₂มีการปรับเปลี่ยนผลึกสามแบบ: rutile, anatase และ brookite พันธุ์ผลึกเหล่านี้พบได้ในธรรมชาติ

ไหมทอง

Rutile ตกผลึกในระบบ tetragonal โดยมี TiO ₂สองหน่วยต่อเซลล์ ไททาเนียมมีการประสานกันเป็นรูปแปดเหลี่ยม Rutile ได้รับการแสดงโดยการศึกษาเกี่ยวกับความร้อนว่าเป็นรูปแบบผลึกที่มีความเสถียรทางความร้อนมากที่สุด

โครงสร้างคริสตัลรูไทล์ ลูกบอลสีเทา: ไทเทเนียม, ลูกบอลสีชมพู: ออกซิเจน แหล่งที่มาของ Solid State: Wikipedia Commons

อนาเทส

รูปแบบนี้ยังตกผลึกในระบบ tetragonal แต่ anatase เกิดขึ้นในรูปของอะตอมออกซิเจน octahedra ที่บิดเบี้ยวอย่างมากเมื่อเทียบกับอะตอมของไทเทเนียมแต่ละอะตอมโดยสองอะตอมนั้นอยู่ใกล้กันมากขึ้น มี 4 หน่วยของ TiO ₂สำหรับแต่ละเซลล์ผลึก

โครงสร้างผลึกของ anatase Benjah-bmm27 ที่มา: Wikipedia Commons

Brookite

มันตกผลึกในระบบ orthorhombic โดยมี 8 TiO ₂หน่วยสำหรับแต่ละเซลล์ผลึก

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ผลึกแข็ง

ความแข็ง Mohs

ไหมทอง: 7-7.5.

อะนาเทส: 5.5-6.

น้ำหนักโมเลกุล

79.87 ก. / โมล.

จุดหลอมเหลว

Rutile: 1830-1850 ° C.

Anatase: เมื่อให้ความร้อนจะกลายเป็น rutile

ความหนาแน่น

รูไทล์: 4,250 ก. / ซม. ³

อะนาเทส: 4.133 ก. / ซม. ³

Brookite: 3,895 ก. / ซม. ³

การละลาย

ไม่ละลายในน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์ ละลายช้าใน HF และร้อนเข้มข้นH ₂ SO ₄ ไม่ละลายใน HCl และ HNO ₃ .

พีเอช

7.5.

ดัชนีหักเห

Rutile: 2.75 ที่ 550 นาโนเมตร

Anatase: 2.54 ที่ 550 นาโนเมตร

มีดัชนีการหักเหของแสงสูงสุดในบรรดาเม็ดสีอนินทรีย์ทั้งหมด

คุณสมบัติอื่น ๆ

Anatase เปลี่ยนเป็น rutile อย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงกว่า700ºC TiO ₂ที่ผ่านการเผาที่ 900 ° C จะละลายอย่างอ่อน ๆ ในเบสกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดซัลฟิวริกร้อน ไม่ถูกโจมตีโดยกรดอนินทรีย์หรือกรดอินทรีย์ที่อ่อนแอ ไม่สามารถลดหรือออกซิไดซ์ได้ง่าย

Anatase และ rutile เป็นเซมิคอนดักเตอร์แบบบรอดแบนด์ แต่การนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับสิ่งสกปรกและข้อบกพร่องในคริสตัล

ศัพท์เฉพาะ

- ไททาเนียมไดออกไซด์

- รูไทล์

- อะนาเทส

- บรูคิตะ

- ไททาเนีย

การประยุกต์ใช้งาน

เม็ดสีขาว

การใช้ไทเทเนียม (IV) ออกไซด์ที่สำคัญที่สุดคือการใช้เม็ดสีขาวในผลิตภัณฑ์หลากหลายประเภทรวมถึงสีแลคเกอร์กาวพลาสติกกระดาษและหมึกพิมพ์ เนื่องจากดัชนีหักเหสูงและความเฉื่อยทางเคมี

ที่มา: Pexels.com

ไททาเนียมไดออกไซด์ที่ใช้เป็นเม็ดสีขาวจะต้องมีความบริสุทธิ์สูง ความทึบและความสว่างเกิดจากความสามารถในการกระจายแสง มันสว่างกว่าเพชร เฉพาะ rutile และ anatase เท่านั้นที่มีคุณสมบัติในการสร้างเม็ดสีที่ดี

พลาสติก

ในพลาสติก TiO ₂ช่วยลดความเปราะและการแตกร้าวที่อาจเกิดขึ้นจากการสัมผัสกับแสง

เป็นเม็ดสีที่สำคัญที่สุดในการผลิตชิ้นส่วนพลาสติกพีวีซีกลางแจ้งเนื่องจากมีการป้องกันรังสียูวีให้กับวัสดุ

รูปแบบผลึกที่ดีที่สุดในกรณีนี้คือ rutile ในการใช้งานนี้รูไทล์จะต้องมีการเคลือบผิวด้วยเซอร์โคเนียมซิลิกาหรืออลูมิเนียมเพื่อลดเอฟเฟกต์โฟโตคะตะไลติกของ TiO ₂ในการย่อยสลายของ PVC

การใช้งานอื่น ๆ

การใช้งานอื่น ๆ ได้แก่ น้ำยาเคลือบที่ใช้กับเหล็กและเหล็กหล่อซึ่งให้ความทึบและความต้านทานต่อกรด

ในอุตสาหกรรมสิ่งทอใช้เป็นตัวกั้นเส้นด้ายเพื่อให้เลื่อนได้ง่ายในระหว่างการปั่นด้าย แรงเสียดทานระหว่างเกลียวและตัวกั้นทำให้เกิดไฟฟ้าสถิต ในการกระจาย TiO ₂จะต้องเผาที่ 1300 ºCเพื่อให้มีการนำไฟฟ้ามากขึ้น

การใช้งานอื่น ๆ ได้แก่ สีของหมึกพิมพ์ยางสิ่งทอหนังเส้นใยสังเคราะห์เซรามิกปูนซีเมนต์ขาววัสดุปูพื้นและวัสดุมุงหลังคา ในฐานะที่เป็นกระดาษเคลือบ TiO ₂ทำให้ขาวสว่างขึ้นและทึบแสงมากขึ้น

ใช้ในเครื่องสำอางเพื่อช่วยปกปิดความไม่สมบูรณ์ของผิวรวมทั้งทำให้ยาสีฟันและสบู่เป็นสีขาว

ช่วยปกป้องอาหารเครื่องดื่มอาหารเสริมและผลิตภัณฑ์ยาจากการย่อยสลายก่อนเวลาอันควรอันเนื่องมาจากผลกระทบของแสงช่วยยืดอายุของผลิตภัณฑ์

เป็นส่วนประกอบในการผลิตแก้วเซรามิกและอิเล็กโทรเซรามิกส์ ใช้ในองค์ประกอบของวงจรไฟฟ้า นอกจากนี้ยังใช้ในเซ็นเซอร์ออกซิเจนของระบบไอเสียของยานยนต์

Ultrafine TiO ₂ใช้เป็นส่วนประกอบในครีมกันแดดเนื่องจากเป็นตัวดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ทั้ง UV-A และ UV-B รังสี UV-A ทำให้เกิดริ้วรอยและความชราของผิวหนังและ UV-B ทำให้เกิดแผลไหม้และเป็นผื่นแดง

อนุภาคนาโน TiO ₂ใช้เป็นวัสดุรองรับสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาเคมี

Anatase เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพซึ่งออกซิไดซ์สารประกอบอินทรีย์ ยิ่งอนุภาคเล็กเท่าไหร่ก็ยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น

อ้างอิง

1. ฝ้ายเอฟอัลเบิร์ตและวิลคินสันจอฟฟรีย์ (1980) เคมีอนินทรีย์ขั้นสูง. John Wiley & Sons
2. เคิร์ก - โอ ธ เมอร์ (1994). สารานุกรมเทคโนโลยีเคมี. เล่มที่ 19 และ 24 ฉบับที่สี่ John Wiley & Sons
3. ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับความปลอดภัยของสารเคมี (2019) ไทเทเนียมไดออกไซด์ ดึงมาจาก: chemicalafetyfacts.org
4. Wypych, จอร์จ (2015) สารเติมแต่ง PVC ใน PVC Formulary (Second Edition) กู้คืนจาก sciencedirect.com
5. เดนนิง, อาร์. (2552). การปรับปรุงผลิตภัณฑ์ขนสัตว์โดยใช้นาโนเทคโนโลยี ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีขนสัตว์ กู้คืนจาก sciencedirect.com
6. หอสมุดแห่งชาติแพทยศาสตร์. (2019) ไทเทเนียมไดออกไซด์ สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov