টাইটানিয়ামের ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য

টাইটানিয়াম হল একটি রূপালী-সাদা রূপান্তরিত ধাতু যার ঘনত্ব মাত্র 4.54g/cm³, যা লোহার তুলনায় প্রায় 40% হালকা, কিন্তু এর শক্তি ইস্পাতের তুলনায় তুলনীয়। এই হালকা এবং উচ্চ-শক্তি সম্পত্তি টাইটানিয়ামকে জীবনের সকল ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহার করে। সুতরাং, টাইটানিয়ামের ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি কী কী?

1. টাইটানিয়ামের পারমাণবিক গঠন
প্রথমে টাইটানিয়ামের পারমাণবিক গঠন দেখে নেওয়া যাক। টাইটানিয়াম পর্যায় সারণির গ্রুপ IVB-তে অবস্থিত, যার পারমাণবিক সংখ্যা 22। নিউক্লিয়াসে 22টি প্রোটন এবং 20-32 নিউট্রন রয়েছে এবং এক্সট্রা নিউক্লিয়ার ইলেকট্রন গঠনটি 1S22S22P63S23D24S2 হিসাবে সাজানো হয়েছে। নিউক্লিয়াস ব্যাসার্ধ 5x10-13 সেমি। এই অনন্য পারমাণবিক কাঠামো টাইটানিয়ামকে অনন্য শারীরিক এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য দেয়।

2. টাইটানিয়ামের শারীরিক বৈশিষ্ট্য
টাইটানিয়ামের ঘনত্ব হল 4৷{1}}.516 g/cm3 (20 ডিগ্রী), গলনাঙ্ক হল 1668±4 ডিগ্রী, গলে যাওয়ার সুপ্ত তাপ হল 3৷{8}}৷ 0 kcal/g পরমাণু, স্ফুটনাঙ্ক হল 3260±20 ডিগ্রি, বাষ্পীভবনের সুপ্ত তাপ হল 102৷{13}}.5 kcal/g পরমাণু, গুরুত্বপূর্ণ তাপমাত্রা হল 4350 ডিগ্রি , এবং সমালোচনামূলক চাপ হল 1130 বায়ুমণ্ডল। টাইটানিয়ামের তাপ পরিবাহিতা এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা দুর্বল, স্টেইনলেস স্টিলের মতো বা সামান্য কম। টাইটানিয়ামের সুপারকন্ডাক্টিভিটি আছে এবং বিশুদ্ধ টাইটানিয়ামের সুপারকন্ডাক্টিং ক্রিটিক্যাল তাপমাত্রা হল 0৷{18}}.4K৷ 25 ডিগ্রিতে, টাইটানিয়ামের তাপ ক্ষমতা হল 0.126 ক্যাল/জি পরমাণু ডিগ্রি, তাপীয় এনথালপি হল 1149 ক্যাল/জি পরমাণু, এবং এনট্রপি হল 7.33 ক্যাল/জি পরমাণু ডিগ্রি। ধাতব টাইটানিয়াম 1.00004 এর চৌম্বকীয় ব্যাপ্তিযোগ্যতা সহ একটি প্যারাম্যাগনেটিক পদার্থ।
টাইটানিয়ামের প্লাস্টিকতা আছে। উচ্চ-বিশুদ্ধ টাইটানিয়ামের প্রসারণ 50-60% এ পৌঁছাতে পারে, এবং ক্রস-বিভাগীয় সংকোচন 70-80% এ পৌঁছাতে পারে, তবে এর শক্তি কম এবং এটি কাঠামোগত উপকরণের জন্য উপযুক্ত নয়। টাইটানিয়ামে অমেধ্যের উপস্থিতি এর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর একটি দুর্দান্ত প্রভাব ফেলে, বিশেষত আন্তঃস্থায়ী অমেধ্য (অক্সিজেন, নাইট্রোজেন, কার্বন) টাইটানিয়ামের শক্তিকে ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করতে পারে এবং এর প্লাস্টিকতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করতে পারে। কাঠামোগত উপাদান হিসাবে টাইটানিয়ামের ভাল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি যথাযথ অশুদ্ধতা বিষয়বস্তুকে কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণ করে এবং সংকর উপাদান যুক্ত করে অর্জন করা হয়।

3. টাইটানিয়ামের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য
টাইটানিয়াম উচ্চ তাপমাত্রায় অনেক উপাদান এবং যৌগের সাথে বিক্রিয়া করতে পারে। টাইটানিয়ামের সাথে তাদের বিভিন্ন প্রতিক্রিয়া অনুসারে বিভিন্ন উপাদানকে চারটি বিভাগে ভাগ করা যেতে পারে:
বিভাগ 1: হ্যালোজেন এবং অক্সিজেন গ্রুপ উপাদান টাইটানিয়াম সহ সমযোজী এবং আয়নিক যৌগ গঠন করে;
বিভাগ 2: ট্রানজিশন উপাদান, হাইড্রোজেন, বেরিলিয়াম, বোরন গ্রুপ, কার্বন গ্রুপ এবং নাইট্রোজেন গ্রুপের উপাদানগুলি আন্তঃধাতু যৌগ গঠন করে এবং টাইটানিয়ামের সাথে সীমিত কঠিন সমাধান;
বিভাগ 3: জিরকোনিয়াম, হাফনিয়াম, ভ্যানডিয়াম গ্রুপ, ক্রোমিয়াম গ্রুপ, স্ক্যান্ডিয়াম উপাদান টাইটানিয়ামের সাথে সীমাহীন কঠিন সমাধান গঠন করে;
ক্যাটাগরি 4: জড় গ্যাস, ক্ষারীয় ধাতু, ক্ষারীয় আর্থ ধাতু, বিরল পৃথিবীর উপাদান (স্ক্যান্ডিয়াম ছাড়া), অ্যাক্টিনিয়াম, থোরিয়াম ইত্যাদি টাইটানিয়ামের সাথে বিক্রিয়া করে না বা মূলত বিক্রিয়া করে না।

4. যৌগগুলির সাথে প্রতিক্রিয়া:
এইচএফ এবং ফ্লোরাইড
হাইড্রোজেন ফ্লোরাইড গ্যাস উত্তপ্ত হলে টাইটানিয়ামের সাথে বিক্রিয়া করে TiF4 তৈরি করে এবং বিক্রিয়ার সূত্র হল (1); অ-জলীয় হাইড্রোজেন ফ্লোরাইড তরল টাইটানিয়ামের পৃষ্ঠে একটি ঘন টাইটানিয়াম টেট্রাফ্লোরাইড ফিল্ম তৈরি করতে পারে, যা টাইটানিয়ামের অভ্যন্তরে প্রবেশ করা থেকে HF কে বাধা দিতে পারে। হাইড্রোফ্লুরিক অ্যাসিড টাইটানিয়ামের জন্য সবচেয়ে শক্তিশালী প্রবাহ। এমনকি 1% ঘনত্ব সহ হাইড্রোফ্লুরিক অ্যাসিড টাইটানিয়ামের সাথে হিংসাত্মক প্রতিক্রিয়া দেখাতে পারে; অ্যানহাইড্রাস ফ্লোরাইড এবং তাদের জলীয় দ্রবণ কম তাপমাত্রায় টাইটানিয়ামের সাথে প্রতিক্রিয়া করে না এবং শুধুমাত্র গলিত ফ্লোরাইডগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় টাইটানিয়ামের সাথে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রতিক্রিয়া দেখায়।
Ti＋4HF＝TiF4＋2H2＋135।{5}} kcal (1) 2Ti＋6HF＝2TiF4＋3H2

এইচসিএল এবং ক্লোরাইড
Hydrogen chloride gas can corrode metal titanium. Dry hydrogen chloride reacts with titanium at >TiCl4 গঠনের জন্য 300 ডিগ্রি, সূত্র দেখুন (3); এর ঘনত্ব সহ হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড<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.
Ti＋4HCl＝TiCl4＋2H2＋94.75kcal (3)2Ti＋6HCl＝TiCl3＋3H2 (4)

সালফিউরিক অ্যাসিড এবং হাইড্রোজেন সালফাইড
টাইটানিয়াম পাতলা সালফিউরিক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়ার পরে<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% টাইটানিয়ামের সাথে একটি উল্লেখযোগ্য প্রতিক্রিয়া আছে। ঘরের তাপমাত্রায়, প্রায় 40% সালফিউরিক অ্যাসিডের টাইটানিয়ামের দ্রুততম ক্ষয় হার রয়েছে। যখন ঘনত্ব 40% এর বেশি হয় এবং 60% এ পৌঁছায়, তখন ক্ষয়ের হার কমে যায় এবং দ্রুততম 80% এ পৌঁছায়। উত্তপ্ত পাতলা অ্যাসিড বা 50% ঘনীভূত সালফিউরিক অ্যাসিড টাইটানিয়ামের সাথে বিক্রিয়া করে টাইটানিয়াম সালফেট তৈরি করতে পারে, সূত্র (5), (6) দেখুন। উত্তপ্ত ঘনীভূত সালফিউরিক অ্যাসিড টাইটানিয়াম দ্বারা কমিয়ে SO2 গঠন করতে পারে, সূত্র দেখুন (7)। ঘরের তাপমাত্রায়, টাইটানিয়াম হাইড্রোজেন সালফাইডের সাথে বিক্রিয়া করে তার পৃষ্ঠে একটি প্রতিরক্ষামূলক ফিল্ম তৈরি করে, যা হাইড্রোজেন সালফাইড এবং টাইটানিয়ামের মধ্যে আরও প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধ করতে পারে। যাইহোক, উচ্চ তাপমাত্রায়, হাইড্রোজেন সালফাইড টাইটানিয়ামের সাথে বিক্রিয়া করে হাইড্রোজেন প্রস্রাব করে, যেমনটি সূত্রে দেখানো হয়েছে (8)। গুঁড়া টাইটানিয়াম হাইড্রোজেন সালফাইডের সাথে 600 ডিগ্রিতে বিক্রিয়া করে টাইটানিয়াম সালফাইড গঠন করে। 900 ডিগ্রিতে, প্রতিক্রিয়া পণ্যটি প্রধানত টিআইএস এবং 1200 ডিগ্রিতে, এটি টি 2 এস 3।
Ti＋H2SO4＝TiSO4＋H2 (5) 2Ti＋3H2SO4＝Ti2(SO4)3＋H2 (6)
2Ti＋6H2SO4＝Ti2(SO4)3＋3SO2＋6H2O＋202 kcal (7)Ti＋H2S＝TiS＋H2＋70 kcal (8)

নাইট্রিক অ্যাসিড এবং অ্যাকোয়া রেজিয়া
ঘন এবং মসৃণ টাইটানিয়ামের নাইট্রিক অ্যাসিডের ভাল স্থিতিশীলতা রয়েছে, কারণ নাইট্রিক অ্যাসিড দ্রুত টাইটানিয়াম পৃষ্ঠের উপর একটি শক্তিশালী অক্সাইড ফিল্ম তৈরি করতে পারে, কিন্তু রুক্ষ পৃষ্ঠ, বিশেষ করে স্পঞ্জ টাইটানিয়াম বা পাউডার টাইটানিয়াম, কম এবং গরম পাতলা নাইট্রিক অ্যাসিডের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে, সূত্র দেখুন (9), (10), এবং 70 ডিগ্রির উপরে ঘনীভূত নাইট্রিক অ্যাসিডও টাইটানিয়ামের সাথে বিক্রিয়া করতে পারে, সূত্র দেখুন (11); ঘরের তাপমাত্রায়, টাইটানিয়াম অ্যাকোয়া রেজিয়ার সাথে প্রতিক্রিয়া করে না। উচ্চ তাপমাত্রায়, টাইটানিয়াম অ্যাকোয়া রেজিয়ার সাথে বিক্রিয়া করে TiCl2 গঠন করতে পারে।
3Ti＋4HNO3＋4H2O＝3H4TiO4＋4NO (9)3Ti＋4HNO3＋H2O＝3H2TiO3＋4NO (10)
Ti＋8HNO3＝Ti(NO3)4＋4NO2＋4H2O (11)

সংক্ষেপে, টাইটানিয়ামের বৈশিষ্ট্যগুলি তাপমাত্রা, এর বিদ্যমান ফর্ম এবং বিশুদ্ধতার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। ঘন ধাতব টাইটানিয়াম প্রকৃতিতে বেশ স্থিতিশীল, তবে গুঁড়ো টাইটানিয়াম বাতাসে স্বতঃস্ফূর্ত জ্বলন সৃষ্টি করতে পারে। টাইটানিয়ামে অমেধ্য উপস্থিতি উল্লেখযোগ্যভাবে টাইটানিয়ামের শারীরিক, রাসায়নিক, যান্ত্রিক এবং জারা প্রতিরোধকে প্রভাবিত করে। বিশেষ করে, কিছু ইন্টারস্টিশিয়াল অমেধ্য টাইটানিয়াম জালিকে বিকৃত করতে পারে এবং টাইটানিয়ামের বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যকে প্রভাবিত করতে পারে। ঘরের তাপমাত্রায়, টাইটানিয়ামের রাসায়নিক ক্রিয়াকলাপ খুব ছোট এবং হাইড্রোফ্লোরিক অ্যাসিডের মতো কয়েকটি পদার্থের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে, তবে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে টাইটানিয়ামের কার্যকলাপ দ্রুত বৃদ্ধি পায়, বিশেষ করে উচ্চ তাপমাত্রায়, টাইটানিয়াম অনেক পদার্থের সাথে হিংসাত্মক প্রতিক্রিয়া দেখাতে পারে। টাইটানিয়ামের গলানোর প্রক্রিয়াটি সাধারণত 800 ডিগ্রির বেশি উচ্চ তাপমাত্রায় সঞ্চালিত হয়, তাই এটি অবশ্যই একটি ভ্যাকুয়ামে বা একটি জড় বায়ুমণ্ডলের সুরক্ষার অধীনে পরিচালিত হতে হবে।