ٹائٹینیم کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات

ٹائٹینیم ایک چاندی کی سفید منتقلی دھات ہے جس کی کثافت صرف 4.54g/cm³ ہے، جو لوہے سے تقریباً 40% ہلکی ہے، لیکن اس کی طاقت اسٹیل کے مقابلے میں ہے۔ یہ ہلکی اور اعلی طاقت کی خاصیت ٹائٹینیم کو زندگی کے تمام شعبوں میں وسیع پیمانے پر استعمال کرتی ہے۔ تو، ٹائٹینیم کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کیا ہیں؟

1. ٹائٹینیم کا جوہری ڈھانچہ
سب سے پہلے، آئیے ٹائٹینیم کے جوہری ڈھانچے پر ایک نظر ڈالتے ہیں۔ ٹائٹینیم متواتر جدول کے گروپ IVB میں واقع ہے، جس کا ایٹم نمبر 22 ہے۔ مرکزہ 22 پروٹون اور 20-32 نیوٹران پر مشتمل ہے، اور ایکسٹرا نیوکلیئر الیکٹران کی ساخت کو 1S22S22P63S23D24S2 کے طور پر ترتیب دیا گیا ہے۔ نیوکلئس کا رداس 5x10-13 سینٹی میٹر ہے۔ یہ منفرد جوہری ڈھانچے ٹائٹینیم کو منفرد جسمانی اور کیمیائی خصوصیات دیتے ہیں۔

2. ٹائٹینیم کی جسمانی خصوصیات
ٹائٹینیم کی کثافت 4 ہے۔{1}}.516 g/cm3 (20 ڈگری)، پگھلنے کا نقطہ 1668±4 ڈگری ہے، پگھلنے کی اویکت حرارت 3 ہے۔{8}}۔ 0 kcal/g ایٹم، نقطہ ابلتا ہے 3260±20 ڈگری، بخارات کی اویکت حرارت 102 ہے۔{13}}.5 kcal/g ایٹم، اہم درجہ حرارت 4350 ڈگری ہے ، اور اہم دباؤ 1130 ماحول ہے۔ ٹائٹینیم کی تھرمل چالکتا اور برقی چالکتا ناقص ہے، سٹینلیس سٹیل کی طرح یا اس سے قدرے کم۔ ٹائٹینیم میں سپر کنڈکٹیوٹی ہے، اور خالص ٹائٹینیم کا سپر کنڈکٹنگ اہم درجہ حرارت 0 ہے۔{18}}.4K ہے۔ 25 ڈگری پر، ٹائٹینیم کی حرارت کی گنجائش 0.126 کیل/جی ایٹم ڈگری، تھرمل اینتھالپی 1149 کیل/جی ایٹم ہے، اور اینٹروپی 7.33 کیل/جی ایٹم ڈگری ہے۔ دھاتی ٹائٹینیم ایک پیرا میگنیٹک مادہ ہے جس کی مقناطیسی پارگمیتا 1.00004 ہے۔
ٹائٹینیم میں پلاسٹکٹی ہے۔ اعلی طہارت ٹائٹینیم کی لمبائی 50-60% تک پہنچ سکتی ہے، اور کراس سیکشنل سکڑنا 70-80% تک پہنچ سکتا ہے، لیکن اس کی طاقت کم ہے اور یہ ساختی مواد کے لیے موزوں نہیں ہے۔ ٹائٹینیم میں نجاست کی موجودگی اس کی میکانکی خصوصیات پر بہت زیادہ اثر رکھتی ہے، خاص طور پر بیچوالا نجاست (آکسیجن، نائٹروجن، کاربن) ٹائٹینیم کی طاقت کو بہت زیادہ بڑھا سکتی ہے اور اس کی پلاسٹکٹی کو نمایاں طور پر کم کر سکتی ہے۔ ساختی مواد کے طور پر ٹائٹینیم کی اچھی مکینیکل خصوصیات مناسب ناپاک مواد کو سختی سے کنٹرول کرنے اور مرکب عناصر کو شامل کرنے سے حاصل کی جاتی ہیں۔

3. ٹائٹینیم کی کیمیائی خصوصیات
ٹائٹینیم زیادہ درجہ حرارت پر بہت سے عناصر اور مرکبات کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتا ہے۔ ٹائٹینیم کے ساتھ ان کے مختلف رد عمل کے مطابق مختلف عناصر کو چار اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔
زمرہ 1: ہیلوجن اور آکسیجن گروپ کے عناصر ٹائٹینیم کے ساتھ ہم آہنگی اور آئنک مرکبات بناتے ہیں۔
زمرہ 2: ٹرانزیشن عناصر، ہائیڈروجن، بیریلیم، بوران گروپ، کاربن گروپ اور نائٹروجن گروپ کے عناصر انٹرمیٹالک مرکبات اور ٹائٹینیم کے ساتھ محدود ٹھوس حل بناتے ہیں۔
زمرہ 3: زرکونیم، ہافنیم، وینڈیم گروپ، کرومیم گروپ، اسکینڈیم عناصر ٹائٹینیم کے ساتھ لامحدود ٹھوس حل بناتے ہیں۔
زمرہ 4: غیر فعال گیسیں، الکلی دھاتیں، الکلائن زمینی دھاتیں، نایاب زمینی عناصر (سوائے اسکینڈیم)، ایکٹینیم، تھوریم، وغیرہ ٹائٹینیم کے ساتھ رد عمل ظاہر نہیں کرتے یا بنیادی طور پر رد عمل ظاہر نہیں کرتے۔

4. مرکبات کے ساتھ رد عمل:
HF اور فلورائیڈ
ہائیڈروجن فلورائیڈ گیس ٹائٹینیم کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتی ہے جب گرم ہونے پر TiF4 بنتی ہے، اور رد عمل کا فارمولا ہے (1)؛ غیر آبی ہائیڈروجن فلورائیڈ مائع ٹائٹینیم کی سطح پر ایک گھنے ٹائٹینیم ٹیٹرا فلورائیڈ فلم بنا سکتا ہے، جو HF کو ٹائٹینیم کے اندرونی حصے میں گھسنے سے روک سکتا ہے۔ ٹائٹینیم کے لیے ہائیڈرو فلورک ایسڈ سب سے مضبوط بہاؤ ہے۔ یہاں تک کہ 1% کی حراستی کے ساتھ ہائیڈرو فلورک ایسڈ بھی ٹائٹینیم کے ساتھ پرتشدد ردعمل ظاہر کر سکتا ہے۔ اینہائیڈروس فلورائڈز اور ان کے آبی محلول کم درجہ حرارت پر ٹائٹینیم کے ساتھ رد عمل ظاہر نہیں کرتے ہیں، اور صرف پگھلے ہوئے فلورائڈز ہی اعلی درجہ حرارت پر ٹائٹینیم کے ساتھ نمایاں طور پر رد عمل ظاہر کرتے ہیں۔
Ti＋4HF＝TiF4＋2H2＋135۔{5}} kcal (1) 2Ti＋6HF＝2TiF4＋3H2

ایچ سی ایل اور کلورائیڈز
Hydrogen chloride gas can corrode metal titanium. Dry hydrogen chloride reacts with titanium at >TiCl4 بنانے کے لیے 300 ڈگری، فارمولا دیکھیں (3)؛ کی حراستی کے ساتھ ہائیڈروکلورک ایسڈ<5% does not react with titanium at room temperature, and 20% hydrochloric acid reacts with titanium at room temperature to form purple TiCl3, see formula (4); when the temperature rises, even dilute hydrochloric acid can corrode titanium. Various anhydrous chlorides, such as magnesium, manganese, iron, nickel, copper, zinc, mercury, tin, calcium, sodium, barium and NH4 ions and their aqueous solutions, do not react with titanium. Titanium has good stability in these chlorides.
ٹی آئی٪ایف٪بی سی٪8b4HCl٪ef٪bc٪9dTiCl4٪ef٪bc٪8b2H2٪ef٪bc٪8b94.75kcal (3)2Ti٪ef٪bc٪8b6HCl٪ef٪bc٪9dTiCl3٪ef٪bc3٪ef٪8b3HCl3٪ef٪bc٪8b3H2 (4)

سلفورک ایسڈ اور ہائیڈروجن سلفائیڈ
ٹائٹینیم پتلا سلفورک ایسڈ کے ساتھ رد عمل کے بعد<5%, a protective oxide film is formed on the titanium surface, which can protect titanium from further corrosion by dilute acid. However, sulfuric acid >5٪ ٹائٹینیم کے ساتھ ایک اہم ردعمل ہے. کمرے کے درجہ حرارت پر، تقریباً 40% سلفرک ایسڈ ٹائٹینیم پر سب سے تیز سنکنرن کی شرح رکھتا ہے۔ جب ارتکاز 40% سے زیادہ ہو اور 60% تک پہنچ جائے تو سنکنرن کی شرح کم ہو جاتی ہے اور تیز ترین 80% تک پہنچ جاتی ہے۔ گرم پتلا تیزاب یا 50٪ مرتکز سلفرک ایسڈ ٹائٹینیم کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے ٹائٹینیم سلفیٹ بنا سکتا ہے، فارمولا (5)، (6) دیکھیں۔ گرم مرتکز گندھک کے تیزاب کو ٹائٹینیم کے ذریعے SO2 بنانے کے لیے کم کیا جا سکتا ہے، فارمولا (7) دیکھیں۔ کمرے کے درجہ حرارت پر، ٹائٹینیم ہائیڈروجن سلفائیڈ کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے تاکہ اس کی سطح پر ایک حفاظتی فلم بن سکے، جو ہائیڈروجن سلفائیڈ اور ٹائٹینیم کے درمیان مزید ردعمل کو روک سکتی ہے۔ تاہم، اعلی درجہ حرارت پر، ہائیڈروجن سلفائیڈ ہائیڈروجن کو تیز کرنے کے لیے ٹائٹینیم کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، جیسا کہ فارمولہ (8) میں دکھایا گیا ہے۔ پاؤڈر ٹائٹینیم 600 ڈگری پر ہائیڈروجن سلفائیڈ کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے ٹائٹینیم سلفائیڈ بناتا ہے۔ 900 ڈگری پر، ردعمل کی مصنوعات بنیادی طور پر TiS ہے، اور 1200 ڈگری پر، یہ Ti2S3 ہے۔
Ti＋H2SO4＝TiSO4＋H2 (5) 2Ti＋3H2SO4＝Ti2(SO4)3＋H2 (6)
2ٹی٪ ای ایف ٪ بی سی ٪ 8 بی 6 ایچ 2 ایس او 4٪ ای ایف ٪ بی سی ٪ 9 ڈی ٹی آئی 2 (ایس او 4) 3٪ ای ایف ٪ بی سی ٪ 8 بی 6 ایچ 2 او ٪ ای ایف ٪ بی سی ٪ 8 بی 202 کیلوری (7) ٹی٪ ای ایف٪ بی سی ٪ 8 بی ایچ 2 ایس٪ ای ایف٪ بی سی ٪ 9 ڈی ٹی آئی ایس ٪ ای ایف٪ بی سی ٪ 8 بی ایچ 2٪ ای ایف ٪ بی سی ٪ 8 بی ایچ 2٪ ای ایف ٪ بی سی ٪ 8 بی سی (8)

نائٹرک ایسڈ اور ایکوا ریگیا
گھنے اور ہموار ٹائٹینیم میں نائٹرک ایسڈ کی اچھی استحکام ہے، کیونکہ نائٹرک ایسڈ ٹائٹینیم کی سطح پر تیزی سے ایک مضبوط آکسائیڈ فلم بنا سکتا ہے، لیکن کھردری سطح، خاص طور پر اسپنج ٹائٹینیم یا پاؤڈر ٹائٹینیم، کم اور گرم پتلا نائٹرک ایسڈ کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتا ہے، فارمولا دیکھیں۔ (9)، (10)، اور 70 ڈگری سے زیادہ مرتکز نائٹرک ایسڈ بھی ٹائٹینیم کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتا ہے، فارمولا (11) دیکھیں؛ کمرے کے درجہ حرارت پر، ٹائٹینیم ایکوا ریجیا کے ساتھ رد عمل ظاہر نہیں کرتا ہے۔ اعلی درجہ حرارت پر، ٹائٹینیم ایکوا ریجیا کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے TiCl2 بنا سکتا ہے۔
3Ti＋4HNO3＋4H2O＝3H4TiO4＋4NO (9)3Ti＋4HNO3＋H2O＝3H2TiO3＋4NO (10)
Ti٪ef٪bc٪8b8HNO3٪ef٪bc٪9dTi(NO3)4٪ ef٪bc٪8b4NO2٪ef٪bc٪8b4H2O (11)

خلاصہ یہ کہ ٹائٹینیم کی خصوصیات کا درجہ حرارت، اس کی موجودہ شکل اور پاکیزگی سے گہرا تعلق ہے۔ گھنے دھاتی ٹائٹینیم فطرت میں کافی مستحکم ہے، لیکن پاؤڈر ٹائٹینیم ہوا میں اچانک دہن کا سبب بن سکتا ہے۔ ٹائٹینیم میں نجاست کی موجودگی ٹائٹینیم کی جسمانی، کیمیائی، مکینیکل اور سنکنرن مزاحمت کو نمایاں طور پر متاثر کرتی ہے۔ خاص طور پر، کچھ بیچوالا نجاست ٹائٹینیم جالی کو مسخ کر سکتی ہے اور ٹائٹینیم کی مختلف خصوصیات کو متاثر کر سکتی ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر، ٹائٹینیم کی کیمیائی سرگرمی بہت کم ہوتی ہے اور یہ چند مادوں جیسے ہائیڈرو فلورک ایسڈ کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتی ہے، لیکن جب درجہ حرارت بڑھتا ہے تو ٹائٹینیم کی سرگرمی تیزی سے بڑھ جاتی ہے، خاص طور پر زیادہ درجہ حرارت پر، ٹائٹینیم بہت سے مادوں کے ساتھ پرتشدد ردعمل ظاہر کر سکتا ہے۔ ٹائٹینیم کو پگھلانے کا عمل عام طور پر 800 ڈگری سے زیادہ کے اعلی درجہ حرارت پر کیا جاتا ہے، اس لیے اسے خلا میں یا غیر فعال ماحول کے تحفظ کے تحت چلایا جانا چاہیے۔