Wolna encyklopedia

Tlenek tytanu(IV) (ditlenek tytanu, dawniej dwutlenek tytanu), TiO₂ – nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków, posiadający liczne zastosowania, najczęściej jako biały pigment do farb i środek wybielający papier.

Właściwości

Dwutlenek tytanu tworzy trzy odmiany polimorficzne występujące w przyrodzie – tetragonalny rutyl i anataz oraz rombowy brukit (brookit). 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 Ti_nO_2n–1 dla n = 4-10 (Fazy Magnèliego).

Długoletnie badania wykazały, iż TiO₂ 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 stałą dielektryczną (120 dla rutylu)
• wysoką rezystancją.

Zastosowanie

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 (NO_x)
• 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 silnikach samochodowych (sondy λ)
• sensorów wilgoci
• niskotemperaturowych sensorów tlenu
• wysokotemperaturowych sensorów pH
• warystorów
• kondensatorów.

Jest również stosowany w tradycyjny już sposób jako pigment (biel tytanowa) do produkcji papieru, tworzyw sztucznych, kosmetyków, farmaceutyków, porcelany, farb i emalii oraz jako stabilizator koloru szkliw.

Charakterystyka fotochemiczna

Właściwości fotoelektrochemiczne TiO₂ 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.