Oxid titaničitý
| Oxid titaničitý | |
|---|---|
 | |
 | |
| Obecné | |
| Systematický název | Oxid titaničitý |
| Triviální název | Titanová běloba |
| Anglický název | Titanium dioxide |
| Německý název | Titan(IV)-oxid |
| Sumární vzorec | TiO2 |
| Vzhled | Bílá pevná látka |
| Identifikace | |
| Registrační číslo CAS | 13463-67-7 |
| PubChem | 26042 |
| Číslo RTECS | XR2775000 |
| Vlastnosti | |
| Molární hmotnost | 79,88 600 g/mol |
| Teplota tání | 1 560 °C (anatas) 1 825 °C (brookit) 1 855 °C (rutil) |
| Teplota varu | 2 900 °C (rutil, rozklad) |
| Teplota změny krystalové modifikace | 825±25 °C (anatas→rutil) |
| Hustota | 3,84–3,90 g/cm³ (anatas) 4,17 g/cm³ (brookit) 4,26 g/cm³ |
| Index lomu | Anatas nDř=2,554–2,561 nDm=2,488–2,493 Brookit nDa=2,583 1 nDb=2,584 3 nDc=2,700 4 Rutil nDř=2,616 nDm=2,903 |
| Tvrdost | 5,5–6 (anatas) 5,5–6 (brookit) 6–6,5 (rutil) |
| Rozpustnost ve vodě | nerozpustný |
| Relativní permitivita εr | 110 (rutil) |
| Součinitel tepelné vodivosti | 6,53 Wm−1K−1 (100 °C, rutil) |
| Měrná magnetická susceptibilita | 1,13×10−6 cm3g−1 (anatas) 0,928×10−6 cm3g−1 (rutil) |
| Měrný elektrický odpor | 120 Ώm (800 °C, rutil) 0,085 Ώm (1 200 °C, rutil) |
| Struktura | |
| Krystalová struktura | čtverečná (anatas) kosočtverečná (brookit) čtverečná (rutil) |
| Hrana krystalové mřížky | Anatas a= 378,5 pm c= 951,4 pm Brookit a= 545,6 pm b= 918,2 pm c= 514,3 pm Rutil a= 459,4 pm c= 296,2 pm |
| Termodynamické vlastnosti | |
| Standardní slučovací entalpie ΔHf° | −939,7 kJ/mol (anatas) −941,8 kJ/mol (brookit) −944,7 kJ/mol (rutil) |
| Entalpie tání ΔHt | 597 J/g (brookit) 838 J/g (rutil) |
| Standardní molární entropie S° | 49,92 JK−1mol−1 (anatas) 50,33 JK−1mol−1 (rutil) |
| Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf° | −884,5 kJ/mol (anatas) −889,5 kJ/mol (rutil) |
| Izobarické měrné teplo cp | 0,694 5 JK−1g−1 (anatas) 0,688 8 JK−1g−1 (rutil) |
| Bezpečnost | |
| NFPA 704 |  0
1
0
|
Některá data mohou pocházet z datové položky. | |
Oxid titaničitý TiO2 je chemická sloučenina kyslíku a titanu. V přírodě se vyskytuje v několika minerálních formách. Uměle připravený oxid titaničitý označovaný jako titanová běloba má široké použití jako pigment do nátěrových hmot, barvivo v potravinářství a jako účinná složka některých opalovacích krémů. Je rozpustný v roztocích silných kyselin za vzniku solí titaničitých (TiIV) i silných zásad za vzniku titaničitanů.
Přírodní výskyt
[editovat | editovat zdroj]Oxid titaničitý se vyskytuje ve třech přírodních formách:
Přírodní oxid titaničitý se nevyskytuje jako čistý. Většinou bývá kontaminován ionty jiných kovů, například železa. Přírodní minerály oxidu titaničitého jsou průmyslově těženy jako zdroj titanu. K dalším zdrojům titanu patří rudy obsahující ilmenit nebo leukoxen, či písky s obsahem rutilu. Safíry a rubíny také mohou obsahovat inkluze rutilu, které mohou způsobit hedvábný lesk, snížit barevnost a vzácněji i optický jev zvaný asterismus.
Výroba
[editovat | editovat zdroj]Surový oxid titaničitý je přeměněn na chlorid titaničitý pomocí chloridové metody. Při použití této metody je surová ruda obsahující alespoň 90 % TiO2 redukována uhlíkem při 950 °C a následně oxidována chlorem na kapalný chlorid titaničitý TiCl4. Ten je následně přečištěn destilací a při 1 000 – 1 400 °C je pomocí kyslíku přeměněn zpět na oxid titaničitý.
Další často používaná metoda výroby je sulfátová metoda. Je vhodná pro rudy s nižším obsahem titanu a rudy znečištěné železem. Používá jako zdroj titanu minerál ilmenit. Ten je vyluhován v koncentrované kyselině sírové za vzniku síranu železnatého FeSO4 (v reakční směsi dochází k částečné oxidaci dvojmocného železa na železo trojmocné) a síranu titanylu TiOSO4. Síran železitý je zredukován železnými hoblinami na síran železnatý FeSO4, který je po zahuštění a ochlazení odfiltrován.TiOSO4 je následně hydrolyzován. Amorfní sraženina je pak kalcinována v kalcinační peci na strukturu rutilu, či anatasu při 800–900 °C.
Použití
[editovat | editovat zdroj]
Oxid titaničitý je často používán jako pigment, z důvodu výrazného jasu a velmi vysokého indexu lomu (n = 2,7). Ročně je celosvětově vyrobeno přibližně 4 000 000 tun TiO2. Výhodou jeho použití jako pigmentu jsou i jeho UV rezistentní vlastnosti. Pohlcuje UV záření a přeměňuje ho na neškodné teplo. Jeho vysoká odrazivost, jas a barevná stálost ho předurčují také jako vhodný materiál pro použití ve formě tenkých povlaků na speciální optice jako jsou dielektrická zrcadla.
TiO2 v práškové formě výrazně rozptyluje světlo a má vysokou opacitu. Je proto používán jako pigment zajišťující bělost a neprůhlednost barev, povlaků, plastů, papíru, inkoustů, potravin, kosmetiky a léčiv (např. tablet, či zubních past). Další jeho vlastnost v práškové formě, která se využívá, je vysoká hydrofobie (odpuzování vody). Používá se tedy i při výrobě autoskel a skel pro slunečních brýle, s účelem eliminovat orosení, které by na nich mohlo vznikat. Téměř všechny jiné alternativy s podobnými vlastnostmi jsou s negativními zdravotními účinky nebo přímo toxické, TiO2 ovšem ne.
V kosmetice je přidáván do krémů jako pigment, zahušťovadlo a UV filtr. Jako pigment je též používán při tetování.
Díky svému vysokému indexu lomu, opacitě, UV rezistenci a stálosti je často používanou přísadou opalovacích krémů. Oproti opalovacím krémům založených na chemických absorbátorech, vyvolávají opalovací krémy s obsahem fyzikálních absorbátorů (oxid titaničitý a oxid zinečnatý), méně často podráždění a alergické reakce kůže.
Oxid titaničitý je také používán jako polovodič.
Potravinářství
[editovat | editovat zdroj]Je používán jako bílé potravinářské barvivo E171. Francie kvůli výsledkům testů na zvířatech látku dočasně zakázala. V květnu 2021 Evropský úřad pro bezpečnost potravin (EFSA) došel k závěru. že „oxid titaničitý už nadále nemůže být považován za bezpečný jakožto potravinářské aditivum", neboť nemůže „vyloučit obavy z genotoxicity po konzumaci částic oxidu titaničitého". [1]
Fotokatalýza
[editovat | editovat zdroj]Vhodně upravený oxid titaničitý působí v přítomnosti ultrafialového záření jako fotokatalyzátor. Pokud je TiO2 nadopován atomy dusíku, funguje jako katalyzátor již v přítomnosti viditelného záření. Díky svému vysokému redoxnímu potenciálu oxiduje v excitovaném stavu vodu za vzniku hydroxylových radikálů. Je také schopen přímé oxidace organických látek. Z tohoto důvodu je přidáván do nátěrů, cementů, okenních skel, glazur dlaždiček a jiných materiálů. Tyto materiály pak mají dezinfekční a samočisticí schopnosti.
Je také používán v některých solárních článcích. Nanokrystalický oxid titaničitý je označován jako nadějný materiál pro výrobu elektrické energie.
Jeho fotokatalytické vlastnosti ho předurčují jako materiál schopný čistit vzduch od zápachu a škodlivin, jako jsou těkavé organické látky a oxidů dusíku. V Česku se využitím oxidu titaničitého zabývá mimo jiné například fakulta biomedicínského inženýrství ČVUT.
Barevný pigment
[editovat | editovat zdroj]Titanová běloba je rozšířený anorganický pigment, kterého se průmyslově vyrábí miliony tun ročně.
Používá se jako součást nátěrových hmot a plastů, v papírenském, kožedělném a gumárenském průmyslu, při úpravě keramiky, ale také jako aditivum v potravinářství nebo jako přísada v kosmetice a ve farmacii.
V České republice vyrábí titanovou bělobu Precheza a. s. Přerov. Jedná se o jednoho z největších producentů titanové běloby v Evropě, jediného v ČR, s produkcí okolo 35 tisíc tun ročně.
Ve výtvarném umění je tak nazývána bílá barva typu tempery či oleje s číselný kódem 1096, která je směsí oxidu titaničitého a oxidu zinečnatého.
Další použití
[editovat | editovat zdroj]Je používán v lambda sondách v motorech automobilů.
V medicíně umožňuje srůst kostí s implantáty, jako jsou umělé klouby a zuby.
Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) zařadila oxid titaničitý do kategorie 2B, tedy mezi podezřelé karcinogeny pro člověka na základě pokusů na zvířatech, u nichž byl prokázán zvýšený výskyt rakoviny plic.[2] [3]
Odkazy
[editovat | editovat zdroj]Reference
[editovat | editovat zdroj]- ↑ ŠUTA, Miroslav; ŠŤOVÍČEK, Vladimír. Zmizí z potravin další éčko? Někteří výrobci už obávanou látku dobrovolně vyřadili. Český rozhlas Plzeň [online]. Český rozhlas, 2021-05-26 [cit. 2021-08-18]. Dostupné online.
- ↑ http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/ClassificationsGroupOrder.pdf Archivováno 25. 10. 2011 na Wayback Machine. – Agents Classified by the IARC Monographs
- ↑ ŠUTA, Miroslav; ŠŤOVÍČEK, Vladimír. Spor o „éčko“ v potravinách. Je titanová běloba na černé listině právem?. Český rozhlas Plzeň [online]. Český rozhlas, 2019-07-07 [cit. 2021-08-18]. Dostupné online.
Literatura
[editovat | editovat zdroj]- Šimůnková E., Bayerová T.: Pigmenty. Společnost pro technologie ochrany památek, Praha 1999. ISBN 80-902668-1-9
- VOHLÍDAL, JIŘÍ; ŠTULÍK, KAREL; JULÁK, ALOIS. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5.
Externí odkazy
[editovat | editovat zdroj]
Obrázky, zvuky či videa k tématu oxid titaničitý na Wikimedia Commons - E171 - Oxid titaničitý ( titanová běloba )
- Princip výroby titanové běloby
