Titanij-dioksid

Titanij dioksid ili titanij (IV) oksid je prirodni oksid titanija, čija je formula TiO2. Ako se upotrebljava kao pigment, naziva se titanijsko bijelo, bijeli pigment 6 ili CI 77891. Titanij-dioksid ima jako široku upotrebu, između ostalog kao sastojak boja, krema za sunčanje ili za bojenje hrane. Kao dodatak hrani ima oznaku E171.

 Zastupljenost 
U prirodi dolazi u obliku minerala rutila, anatasa i brukita. Najčešće je zastupljen rutil. Postoje još i tri sintetički proizvedene metastabilne forme i pet formi stabilnih pod visokim pritiskom. Ovi minerali se koriste kao ruda za dobijanje titanija (također i mineral ilmenit). Nedavno su u Bavarskoj u krateru Ries pronađene monoklinska (slična kristalu badelejitu) i ortorompska forma (slična olovo(IV)-oksidu). Najčešća forma je rutil, koji je ujedno i najstabilnija forma. Anatas i brukit prelaze u rutil putem zagrijavanja.

 Forma Kristalni sistem Sinteza rutil tetragonalni  anatas tetragonalni brukit ortorompski  TiO2(B) monoklinskiHidroliza K2Ti4O9 nakon zagrijavanja  TiO2(H), forma slična holanditu tetragonalniOksidacija povezane kalij-titanat bronze, K0.25TiO2 TiO2(R), forma slična ramsdelitu ortorompskiOksidacija povezane litij-titanat bronze Li0.5TiO2 TiO2(II)- forma slična (?-PbO2) ortorompski forma slična badelejitu (sedmostrano koordinirani Ti) monoklinski  TiO2 -OI ortorompski  kubična forma kubični TiO2 -OII, forma slična kotunitu (PbCl2) ortorompski  

Prirodno pronađeni oksidi se kopaju u rudnicima, a služe i kao komercijalni izvor titanija. Metal titanij se može dobiti i iz drugih minerala poput ilmenita ili leukoksena, ali i iz jedne od najčišćih formi: rutila sa pješčanih plaža. Zvjezdani safiri i rubini dobijaju svoj asterizam zbog prisutnog rutila u njima. 

Titanij-dioksid (B) je pronađen kao mineral u nekim pukotinama na tektitima, te kao lamele u anatasu iz hidrotermalnih vrela. Ova forma TiO2 ima relativno nisku gustoću.

Spektralne linije iz titanij-dioksida su dosta izražene u zvijezdama klase M, koje su dovoljno hladne da omoguće formiranje molekula ovog hemijskog spoja.

 Proizvodnja 
Kod hloridnog procesa ruda se reducira ugljikom, a zatim oksidira hlorom, pri čemu nastaje titanij-tetrahlorid. Nastali proizvod se destilira i oksidira kisikom, pri čemu nastaje čisti TiO2, dok se istovremeno regenerira hlor.

Sulfatni postupak koristi ilmenit za dobijanje titanij-dioksida. Ilmenit reakcijom sa sulfatnom kiselinom daje titanijsku so, koja se dalje procesira do čistog TiO2, a nusproizvod željezo(II)-sulfat se kristalizira i isfiltrira. Druga metoda za obogaćivanje ilmenita je Becherov proces. Jedna od metoda za proizvodnju titanij-dioksida sa velikim značajem u nanotehnologiji je solvotermalna sinteza titanij-dioksida.

U laboratoriji, anatas se može pretvoriti putem hidrotermalne sinteze u TiO2(B) nanocijevi i nanožice, koje su od potencijalnog interesa kao katalizatorska podrška i fotokatalizator. Da bi se ovo odvijalo, anatas se miješa sa 15 mola natrij-hidroksida (NaOH) i zagrijava na 150 °C u trajanju od 72 sata. Proizvod reakcije se ispira rastvorenom HCl i zagrijava na 400 °C sljedećih 15 sati. Dobijanje nanotuba je kvantitativno, a tube imaju vanjski prečnik od 10 do 20 nanometara, unutrašnji od 5 do 8 nanometara, te dužinu od 1 mikrona. Višim temperaturama reakcije (170 °C) i manjim zapreminama reaktanata dobijaju se odgovarajuće nanožice.

 Upotreba 
Titanij dioksid se koristi kao bijeli pigment, zahvaljujući izrazito velikom indeksu prelamanja svjetlosti (n = 2,7); samo nekoliko poznatih supstanci ima veći indeks prelamanja. Oko 4 miliona tona pigmenta TiO2 se proizvede i potroši u svijetu godišnje. Ako se koristi kao tanki film ili emulzija, njegov indeks prelamanja i boja daju mu odlična optička reflektivna i pokrivna svojstva, koja se koriste u dielektričnim ogledalima i nekim dragim kamenjima poput "mističnog vatrenog topaza". Također se dodaje pri proizvodnji plastike, papira, tinte, lijekova, kozmetičkih proizvoda, paste za zube, itd. Titanij dioksid se upotrebljava i u fotokatalitičkim procesima (uz ultraljubičasto zračenje).

U kozmetici i proizvodima za njegu kože, titanij dioksid se koristi kao pigment, ali i kao sredstvo za zgrušavanje. Također se koristi i kao pigment za pravljenje tetovaža. Ovaj pigmet se dosta koristi pri proizvodnji plastike i drugim aplikacijama zbog svoje otpornosti na ultraljubičasto zračenje, gdje apsorbira UV zračenje efikasno pretvarajući UV svjetlost u toplotu. Zbog takvih osobina, TiO2 se koristi u većini krema za sunčanje. Većina proizvođača krema za sunčanje svoje proizvode zasniva na titanij-dioksidu i cink-oksidu, jer ove supstance izazivaju daleko manju iritaciju kože od drugih hemijskih supstanci koje apsoribiraju UV zračenje.

Titanij-dioksid se koristi za označavanje bijelih linija na teniskim terenima All England Lawn Tennis and Croquet kluba, gdje se održava godišnji teniski turnir u Wimbledonu.

mini|TiO vlakna i spirale
Naročito u formi anatasa, titanij dioksid je fotokatalizator pod ultraljubičastim svjetlom. Nedavno je pronađeno da se fotokataliza pojavljuje i pod uticajem vidljivog svjetla, ukoliko se titanij dioksidu dodaju ioni dušika ili metalni oksidi poput volfram-trioksida. Snažni oksidacioni potencijal pozitivnih elektronskih rupa oksidira vodu i stvara hidroksil radikale. Također može direktno oksidirati kisik i organske materije. Zbog svojih sterilizirajućih, deodorizirajućih i drugih osobina, TiO2 se dodaje u boje, cemente, prozore i slične proizvode. Koristi se i u Graetzelovim ćelijama, vrsti hemijskih solarnih ćelija. Fotokatalitičke osobine titanij-dioksida je otkrio Akira Fudžišima 1967. godine, a svoje otkriće je objavio 1972. godine. U njegovu čast, proces koji se odvija na površini kristala titanij dioksida se naziva "Honda-Fudžišima efekt".

 Reference 

Kategorija:Spojevi titanija
Kategorija:Oksidi
Kategorija:Aditivi sa E-brojem
Kategorija:Prehrambene boje