Problema I. Armura lui Iron Man (38p)
Titanul este
metalul cel mai frecvent utilizat pentru repararea corpului, fie în șuruburi sau
plăci pentru a ține oasele împreună, fie în ancorarea membrelor protetice în
corp.
Până anul
trecut, aliajul de aur-titan pe care Tony Stark l-a inventat pentru a construi
armurile lui Iron Man erau o ficțiune. În 2016, o echipă de
cercetătorii a anunțat crearea unui aliaj Ti-Au de patru ori mai rezistent
decat titanul pur, care prelungește
durata de viață a implanturilor, în general acestea fiind înlocuite din cauza
uzurii odată la 10 ani. Titanul și aurul sunt netoxice, bio-compatibile
și rezistente la coroziune în interiorul corpului. Titanul are, de asemenea,
proprietatea rară de „osseointegrație”,
care permite osului să se dezvolte ferm și să se atașeze de implant.
1. Determinați raportul atomic Ti:Au din acest aliaj, știind că partea de
masă a titanului este de 42,23%. (3p)
|
Rezolvare:
Răspuns: Ti:Au= .................
|
Ilmenitul este cel
mai important mineral pentru obținerea titanului. El conține fier, titan și oxigen în raport de masă de 7:6:6.
2. Determinați formula moleculară a minereului numit ilmenit. (4p)
|
Rezolvare:
Răspuns: formula ilmenitului este..................
|
Pentru
producerea titanului, în prima etapă ilmenitul este
redus la 900 °C cu carbon, într-un curent de clor, în urma acestui
proces obținându-se un amestec de cloruri metalice și monoxid de carbon.
Impuritățile sunt separate prin distilare, dat fiind faptul că TiCl4
este una dintre puținele halogenurile metalice aflată în stare de
agregare lichidă la temperatura camerei.
3. Scrieți ecuația
reacției de obținere a TiCl4 și egalați-o prin metoda bilanțului
electronic, știind că al doilea metal din compoziția ilmenitului formează o
clorură trivalentă.
(5p)
|
|
4. Indicați rolul ilmenitulului în procesul redox. (1p)
|
|
5. Starea de agregare
lichidă a TiCl4 se explică prin faptul că: (încercuiți
litera/literele corespunzătoare răspunsului corect) (1p)
a. titanul este un
metal ușor fuzibil;
b. substanța are o
structură moleculară similară cu CCl4;
c. există o diferența
mică de electronegativitate dintre titan și clor.
6.
Calculați cum se modifică presiunea gazelor în
procesul reducerii ilmenitului (Pfinal:PInițial). (3p)
|
Rezolvare:
Răspuns: Pfinal:PInițial
.................
|
În contact cu aerul umed, clorura de
titan (TiCl4) formează nori opaci spectaculoși, datorită acestei
interacțiuni substanța a fost utilizată un timp pentru producerea fumigenelor.
Fumul alb este cel mai stabil oxid de titan, întâlnit și în natură în minereul
numit rutil.
7. Determinați formula oxidului de titan, știind că are un conținut de 40%
oxigen. (3p)
|
Rezolvare:
Răspuns: m(oxid)= .................
|
8.
Scrieți ecuația reacției cu vaporii de apă din
aer. Argumentați, pe scurt, motivul pentru care s-a renunțat la producerea
fumigenelor prin această metodă. (3p)
|
|
Producția mondială de titan este de
aproximativ 250.000 de tone pe an. Principala metodă de obținere are la bază
procedeul Kroll, care constă în reducerea clorurii de titan cu magneziu, la
temperatura de 1100°C. Magneziul este introdus în exces de 20%. Puritatea
metalului obținut este de 99,2%.
9.
Scrieți ecuația procesului de reducere a
clorurii de titan. (2p)
|
|
10. Calculați raportul de masă al materiilor prime (TiCl4:Mg),
necesare pentru o zi de producție, dacă se știe că randamentul total al
procesului de producție este de 85%. (8p)
|
Rezolvare:
Răspuns: m(Ti):m(Mg)=
.................
|
Titanul, la fel ca și magneziul, cristalizează într-o rețea cristalină
hexagonal compactă (vezi fig.1). Lungimea laturii hexagonului (a) este de 295,1 pm, iar înălțimea
(h) are 469,7 pm. (1pm=10-12m, Vhexagon=3a2·h
).
11. Calculați densitatea titanului. (5p)
|
Rezolvare:
Răspuns: ρ(Ti)= .................
|
