Просмотр кода страницы Оксид титана(IV)

{{Вещество
 | заголовок                 = Оксид титана(IV)
 | картинка                  = <!-- имя файла -->
 | картинка3D                = <!-- имя файла -->
 | изображение               = Titanium(IV) oxide.jpg
 | наименование              = Диоксид титана
 | традиционные названия     = 
 | сокращения                = <!-- принятые сокращения названия -->
 | молярная масса            = 79,866
 | плотность                 = <span style="font-size:95%;">(Р) 4,235 г/см³</span><br />(А) 4,05 г/см³<br />(Б) 4,1
 | предел прочности          = <!-- число, в Н/мм² -->
 | твёрдость                 = <!-- число (безразм.) -->
 | примеси                   = <!-- типичное количество, указать единицы -->
 | состояние                 = твёрдое
 | динамическая вязкость     = <!-- число, в Па·с (при 20 °C) -->
 | кинематическая вязкость   = <!-- число, в см²/с (при 20 °C) -->
 | темп. плавления           = 1843
 | темп. кипения             = 2972
 | темп. разложения          = 2900
 | темп. вспышки             = <!-- число, в °C -->
 | темп. воспламенения       = <!-- число, в °C -->
 | темп. самовоспламенения   = <!-- число, в °C -->
 | тройная точка             = <!-- ? K (? °C), ? Па -->
 | критическая точка         = <!-- ? K (? °C), ? Па -->
 | теплоёмкость              = <!-- число, в Дж/(моль·К) (молярная тёп.-ём.) -->
 | теплоёмкость2             = <!-- число, в Дж/(кг·К) (удельная тёп.-ём.) -->
 | теплопроводность          = <!-- число, в Вт/(м·K) -->
 | энтальпия образования     = <!-- число, в кДж/моль -->
 | удельная теплота парообразования = <!-- число, в Дж/кг -->
 | удельная теплота плавления = <!-- число, в Дж/кг -->
 | тепловое расширение       = <!-- число (безразм.) -->
 | интервал трансформации    = <!-- число, в ° -->
 | температура размягчения   = <!-- число, в ° -->
 | давление пара             = <!-- число (с указанием ед. изм!); можно добавить любой текст -->
 | конст. диссоц. кислоты    = <!-- число (безразм.) -->
 | растворимость             = <!-- число, в г/100 мл -->
 | растворимость1            = <!-- число, в г/100 мл -->
 | вещество1                 = <!-- веществе 1 -->
 | растворимость2            = <!-- число, в г/100 мл -->
 | вещество2                 = <!-- веществе 2 -->
 | растворимость3            = <!-- число, в г/100 мл -->
 | вещество3                 = <!-- веществе 3 -->
 | растворимость4            = <!-- число, в г/100 мл -->
 | вещество4                 = <!-- веществе 4 -->
 | вращение                  = <!-- число, в ° -->
 | изоэлектрическая точка    = <!-- число (безразм.) -->
 | диапазон прозрачности     = <!-- число-число, в нм -->
 | показатель преломления    = <!-- число (безразм.) -->
 | угол Брюстера             = <!-- число, в ° -->
 | гибридизация              = <!-- ? -->
 | координационная геометрия = <!-- ? -->
 | кристаллическая структура = <!-- описание решётки -->
 | дипольный момент          = <!-- число, в дебаях -->
 | CAS                       = 13463-67-7
 | PubChem                   = 26042
 | EINECS                    = <!-- № по EINECS -->
 | SMILES                    = O=[Ti]=O
 | ЕС                        = <!-- Регистрационный № EC -->
 | RTECS                     = XR2775000
 | ЛД50                      = <!-- число, в мг/кг -->
 | токсичность               = <!-- краткое описание -->
}}

'''Оксид титана(IV)''' (''диоксид титана'', ''двуокись титана'', ''титановые белила'', ''[[пищевой краситель]] E171'') TiO<sub>2</sub> — [[Амфотерные оксиды|амфотерный оксид]] четырёхвалентного [[Титан (элемент)|титана]]. Является основным продуктом титановой индустрии (на производство чистого титана идёт лишь около 5 % титановой руды)<ref>{{книга
 |автор        = А. Е. Рикошинский
 |часть        = Мировой рынок пигментного диоксида титана. Состояние, тенденции, прогнозы
 |ссылка часть = http://www.snab.ru/lkm2/01/03.pdf
 |заглавие     = Лакокрасочные материалы 2002-2003. Справочник
 |ссылка       = http://www.snab.ru/razdely/lkmcon.html
 |место        = {{М}}
 |издательство = Редакция еженедельника «Снабженец»
 |год          = 2003
 |страницы     = 53-61
 |страниц      = 832
 |тираж        = 3000
 |archive-date = 2018-12-19
 |archive-url  = https://web.archive.org/web/20181219103951/http://snab.ru/razdely/lkmcon.html
}}</ref>.

== Строение ==
Оксид титана существует в виде нескольких модификаций. В природе встречаются кристаллы с [[тетрагональная сингония|тетрагональной сингонией]] ([[анатаз]], [[рутил]]) и [[ромбическая сингония|ромбической сингонией]] ([[брукит]]). Искусственно получены ещё две модификации высокого давления — ромбическая IV и гексагональная V.

{| class="standard"
|+ Характеристики кристаллической решётки<ref name="Химическая энциклопедия">Химическая энциклопедия</ref>
!colspan="2"|Модификация/Параметр!!Рутил!!Анатаз!!Брукит!!Ромбическая IV!!Гексагональная V
|-
|rowspan="3"|Параметры элементарной решётки, нм||a||0,45929||0,3785||0,51447||0,4531||0,922
|-
|b||—||—||0,9184||0,5498||—
|-
|c||0,29591||0,9486||0,5145||0,4900||0,5685
|-
|colspan="2"|Число формульных единиц в ячейке||2||4||8|| || 
|-
|colspan="2"|Пространственная группа||P4/mnm||I4/amd||Pbca||Pbcn|| 
|}

При нагревании и [[анатаз]], и [[брукит]] необратимо превращаются в [[рутил]] (температуры перехода соответственно 400—1000 °C и около 750 °C). Основой структур этих модификаций являются [[октаэдр]]ы TiO<sub>6</sub>, то есть каждый [[ион]] [[Титан (элемент)|Ti]]<sup>4+</sup> окружён шестью ионами [[Кислород|O<sup>2</sup>]]<sup>−</sup>, а каждый ион O<sup>2−</sup> окружён тремя ионами Ti<sup>4+</sup>.

[[Октаэдр]]ы расположены таким образом, что каждый ион [[кислород]]а принадлежит трём октаэдрам. В [[анатаз]]е на один октаэдр приходятся 4 общих ребра, в [[рутил]]е — 2.

== Нахождение в природе ==

В чистом виде в природе встречается в виде минералов [[рутил]]а, [[анатаз]]а и [[брукит]]а (по строению первые два имеют тетрагональную, а последний — ромбическую сингонию), причём основную часть составляет рутил.

Третье в мире по запасам рутила месторождение находится в [[Рассказовский район|Рассказовском районе]] [[Тамбовская область|Тамбовской области]]. Крупные месторождения находятся также в [[Чили]] (Cerro Bianco), канадской провинции [[Квебек]], [[Сьерра-Леоне]].

== Свойства ==

=== Физические, термодинамические свойства ===
[[Файл:The army of titanium dioxide nanotubes.jpg|thumb|left|Обработанное электронное изображение нанотрубок диоксида титана, полученных анодированием металлического титана. Диаметр трубки 70 нм, длина 1000 нм]]
Чистый диоксид титана — бесцветные [[кристалл]]ы (желтеют при нагревании). Для технических целей применяется в раздроблённом состоянии, представляя собой белый порошок. Не растворяется в воде и разбавленных минеральных кислотах (за исключением [[плавиковая кислота|плавиковой]]).

* [[Температура плавления]] для рутила — 1870 °C (по другим данным — 1850 °C, 1855 °C)
* [[Температура кипения]] для рутила — 2500 °C.
* [[Плотность]] при 20 °C:
: для рутила 4,235 г/см³<ref name="Химическая энциклопедия" />
: для анатаза 4,05 г/см³<ref name="Химическая энциклопедия" /> (3,95 г/см³<ref name="Краткий химический справочник">Рабинович. В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник Л.:Химия, 1977 с. 105</ref>)
: для брукита 4,1 г/см³<ref name="Химическая энциклопедия" />
* Температура разложения для рутила 2900 °C<ref name="Краткий химический справочник" />

Температура плавления, кипения и разложения для других модификаций не указана, так как они переходят в рутильную форму при нагревании (см. [[#Строение|выше]]).

{| class="wide" width=100%
|+ Средняя изобарная [[теплоёмкость]] {{Overline|C}}<sub>p</sub> (в Дж/(моль·К))<ref>Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 8-е, перераб./Под ред. А. А. Равделя и А. М. Пономарёвой. — Л.: Химия, 1983. С.60</ref>
!rowspan="2"|Модификация!!colspan="6"|Интервал температуры, K
|-
!298—500!!298—600!!298—700!!298—800!!298—900!!298—1000
|-
|рутил||60,71||62,39||63,76||64,92||65,95||66,89
|-
|анатаз||63,21||65,18||66,59||67,64||68,47||69,12
|}

{| class="wide" width=100%
|+ Термодинамические свойства<ref>Кроме изменения стандартной энтальпии плавления там же с. 82</ref>
!Модификация!!ΔH°<sub>f, 298</sub>, кДж/моль<ref>изменение стандартной [[энтальпия|энтальпии]] (теплоты образования) при образовании из простых веществ, термодинамически устойчивых при 101,325 кПа (1 атм) и температуре 298 K</ref>!!S°<sub>298</sub>, Дж/моль/K<ref>стандартная [[Термодинамическая энтропия|энтропия]] при температуре 298 K</ref>!!ΔG°<sub>f, 298</sub>, кДж/моль<ref>изменение стандартной [[энергия Гиббса|энергии Гиббса]] (теплоты образования) при образовании из простых веществ, термодинамически устойчивых при 101,325 кПа (1 атм) и температуре 298 K</ref>!!C°<sub>p, 298</sub>, Дж/моль/K<ref>стандартная изобарная теплоёмкость при температуре 298 K</ref>!!ΔH<sub>пл.</sub>, кДж/моль<ref>Изменение энтальпии плавления. Данные по Химической энциклопедии с. 593</ref>
|-
|рутил||-944,75 (-943,9<ref name="Краткий химический справочник" />)||50,33||-889,49 (-888,6<ref name="Краткий химический справочник" />)||55,04 (55,02<ref name="Краткий химический справочник" />)||67
|-
|анатаз||-933,03 (938,6<ref name="Краткий химический справочник" />)||49,92||-877,65 (-888,3<ref name="Краткий химический справочник" />)||55,21 (55,48<ref name="Краткий химический справочник" />)||58
|}

Вследствие более плотной упаковки ионов в кристалле рутила увеличивается их взаимное притяжение, снижается фотохимическая активность, увеличиваются твёрдость (абразивность), [[показатель преломления]] (2,55 — у анатаза и 2,7 — у рутила), [[диэлектрическая постоянная]].

=== Химические свойства ===
[[Файл:Rutile-unit-cell-3D.png|thumb|left|Диоксид титана в рутильной форме<br>Серым цветом обозначены атомы титана, красным — кислорода]]
Диоксид титана [[Амфотерность|амфотерен]], то есть проявляет как осно́вные, так и кислотные свойства (хотя реагирует главным образом с концентрированными кислотами).

Медленно растворяется в концентрированной серной кислоте, образуя соответствующие соли четырёхвалентного титана:

:: <math>\mathsf{TiO_2 + 2H_2SO_4 \rightarrow Ti(SO_4)_2 + 2H_2O}</math>

При сплавлении с оксидами, гидроксидами, карбонатами образуются [[титанаты]] — соли титановой кислоты (амфотерного [[Метатитановая кислота|гидроксида титана]] TiO(OH)<sub>2</sub>)

::<math>\mathsf{TiO_2 + BaO \rightarrow BaTiO_3}</math>

:: <math>\mathsf{TiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2TiO_3 + H_2O}</math>

::<math>\mathsf{TiO_2 + K_2CO_3 \rightarrow K_2TiO_3 + CO_2\!\uparrow}</math>

C [[пероксид водорода|пероксидом водорода]] даёт [[Титановая кислота|ортотитановую кислоту]]:

::<math>\mathsf{TiO_2 + 2H_2O_2 \rightarrow H_4TiO_4 + O_2\!\uparrow}</math>

При нагревании с [[аммиак]]ом даёт [[нитрид титана]]:

::<math>\mathsf{4TiO_2 + 4NH_3 \rightarrow 4TiN + 6H_2O + O_2\!\uparrow}</math>

При нагревании восстанавливается углеродом и активными [[металл]]ами ([[магний|Mg]], [[кальций|Ca]], [[натрий|Na]]) до низших оксидов.

При нагревании с хлором в присутствии восстановителей (углерода) образует [[тетрахлорид титана]].

Нагревание до 2200 °C приводит сначала к отщеплению кислорода с образованием синего Ti<sub>3</sub>O<sub>5</sub> (то есть TiO<sub>2</sub><math>\cdot</math>Ti<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), а затем и тёмно-фиолетового Ti<sub>2</sub>O<sub>3</sub>.

Гидратированный диоксид TiO<sub>2</sub><math>\cdot</math>''n''H<sub>2</sub>O [гидроксид титана(IV), оксо-гидрат титана, оксогидроксид титана] в зависимости от условий получения может содержать переменные количества связанных с Ti групп ОН, структурную воду, кислотные остатки и адсорбированные катионы. Полученный на холоде свежеосаждённый TiO<sub>2</sub><math>\cdot</math>''n''H<sub>2</sub>O хорошо растворяется в разбавленных минеральных и сильных органических кислотах, но почти не растворяется в растворах щелочей. Легко [[пептизация|пептизируется]] с образованием устойчивых [[коллоидные растворы|коллоидных растворов]].

При высушивании на воздухе образует объёмистый белый порошок плотностью 2,6 г/см³, приближающийся по составу к формуле TiO<sub>2</sub><math>\cdot</math>2H<sub>2</sub>O (ортотитановая кислота). При нагревании и длительной сушке в вакууме постепенно обезвоживается, приближаясь по составу к формуле TiO<sub>2</sub><math>\cdot</math>H<sub>2</sub>O (метатитановая кислота). Осадки такого состава получаются при осаждении из горячих растворов, при взаимодействии металлического титана с [[азотная кислота|HNO<sub>3</sub>]] и т. п. Их плотность ~ 3,2 г/см³ и выше. Они практически не растворяются в разбавленных кислотах, не способны пептизироваться.

При старении осадки TiO<sub>2</sub><math>\cdot</math>''n''H<sub>2</sub>O постепенно превращается в безводный диоксид, удерживающий в связанном состоянии адсорбированные катионы и анионы. Старение ускоряется кипячением суспензии с водой. Структура образующегося при старении TiO<sub>2</sub> определяется условиями осаждения. При осаждении аммиаком из солянокислых растворов при рН < 2 получаются образцы со структурой рутила, при рН 2—5 — со структурой анатаза, из щелочной среды — рентгеноаморфные. Из сульфатных растворов продукты со структурой рутила не образуются.

Кроме того, под воздействием ультрафиолетовых лучей способен разлагать воду и органические соединения.

=== Токсические свойства, физиологическое действие, опасные свойства ===

[[Номер ООН|Регистрационный номер ООН]] — UN2546

==== При вдыхании ====
[[Предельно допустимая концентрация|TLV]] (предельная допустимая концентрация): как TWA (средневзвешенная во времени концентрация, США) — 10 мг/м³ A4 (ACGIH 2001).

[[Предельно допустимая концентрация|ПДК]] в воздухе рабочей зоны — 10 мг/м³ (1998)

[[Международное агентство по изучению рака|IARC]] (МАИР) относит оксид титана к {{нп5|Список канцерогенов от МАИР. Категория 2B|группе 2B||List of IARC Group 2B carcinogens}} (потенциально канцерогенный) в случае вдыхания наночастиц<ref>{{Cite web |url=https://monographs.iarc.fr/wp-content/uploads/2018/06/TR42-4.pdf |title=Архивированная копия |access-date=2018-10-07 |archive-date=2018-09-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180903115035/https://monographs.iarc.fr/wp-content/uploads/2018/06/TR42-4.pdf |deadlink=no }}</ref>.

==== В качестве пищевой добавки E171 ====
Оценки безопасности пищевой добавки E171 (Оксид титана) со стороны [[EFSA]] (European Food Safety Authority): был разрешён к пищевому применению до 2022 года директивой 94/36/EEC (в отдельных формах)<ref>{{Cite web |url=http://www.efsa.europa.eu/sites/default/files/scientific_output/files/main_documents/163.pdf |title=Архивированная копия |accessdate=2017-01-27 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20170202052346/http://www.efsa.europa.eu/sites/default/files/scientific_output/files/main_documents/163.pdf |archivedate=2017-02-02 |deadlink=yes }}</ref>, [[acceptable daily intake|ADI]] не установлен, [[margins of safety|MoS]] 2250 мг/кг<ref>{{Cite web |url=https://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/4545 |title=Re-evaluation of titanium dioxide (E 171) as a food additive {{!}} |access-date=2017-01-27 |archive-date=2017-02-02 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170202052221/https://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/4545 |deadlink=no }}</ref>.

В конце 2010-х появилось несколько публикаций INRA об исследовании оксида титана на мышах или на малом числе пациентов. Агентство EFSA направило авторам статей ряд вопросов<ref>https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.2903/j.efsa.2018.5366 {{Wayback|url=https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.2903/j.efsa.2018.5366 |date=20190203211643 }} https://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/5366 {{Wayback|url=https://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/5366 |date=20181001220153 }}</ref> и не нашло причин для переоценки рисков на основании данных публикаций, остаётся в силе мнение 2016 года<ref>[https://www.foodnavigator.com/Article/2018/07/06/EFSA-closes-the-door-on-titanium-dioxide-re-evaluation EFSA closes the door on titanium dioxide re-evaluation]</ref><ref>https://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/4545 {{Wayback|url=https://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/4545 |date=20170202052221 }} https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.2903/j.efsa.2016.4545 {{Wayback|url=https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.2903/j.efsa.2016.4545 |date=20210530233158 }} 
EFSA ANS Panel (EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food), 2016. Scientific Opinion on the re-evaluation of titanium dioxide (E 171) as a food additive. EFSA Journal 2016;14(9):4545, 83 pp. doi:10.2903/j.efsa.2016.4545</ref>.

В США по данным [[Food and Drug Administration|FDA]] допускается использование красителя — пищевой добавки E171 (Оксид титана) в пищевых продуктах (на уровне не более 1 % по массе), в косметике, в составе лекарственных препаратов<ref>{{Cite web |url=https://www.fda.gov/forindustry/coloradditives/coloradditiveinventories/ucm115641.htm |title=Summary of Color Additives for Use in the United States in Foods, Drugs, Cosmetics, and Medical Devices |access-date=2018-10-07 |archive-date=2019-04-22 |archive-url=https://web.archive.org/web/20190422154919/https://www.fda.gov/ForIndustry/ColorAdditives/ColorAdditiveInventories/ucm115641.htm |deadlink=no }}</ref>, что подтверждается CFR Title 21 (Food and Drugs) Chapter I Subchapter A Part 73 (LISTING OF COLOR ADDITIVES EXEMPT FROM CERTIFICATION) — § 73.575 Titanium dioxide.<ref>{{Cite web |url=https://www.ecfr.gov/cgi-bin/retrieveECFR?gp=&SID=17723345ba7c363ef25a68e9776aa2cd&r=PART&n=21y1.0.1.1.27#se21.1.73_11575 |title=e-CFR Title 21 (Food and Drugs) Chapter I Subchapter A Part 73 (LISTING OF COLOR ADDITIVES EXEMPT FROM CERTIFICATION) — § 73.575 Titanium dioxide. |access-date=2018-10-07 |archive-date=2018-10-07 |archive-url=https://web.archive.org/web/20181007073735/https://www.ecfr.gov/cgi-bin/retrieveECFR?gp=&SID=17723345ba7c363ef25a68e9776aa2cd&r=PART&n=21y1.0.1.1.27#se21.1.73_11575 |deadlink=yes }}</ref>

C 2020 года запрещена во Франции<ref>{{Cite web|lang=ru-RU|url=https://rosng.ru/post/content/vo-francii-zapretili-opasnuyu-pischevuyu-dobavku-e171|title=Во Франции запретили опасную пищевую добавку Е171|website=rosng.ru|accessdate=2020-10-16|archive-date=2020-11-21|archive-url=https://web.archive.org/web/20201121234829/https://rosng.ru/post/content/vo-francii-zapretili-opasnuyu-pischevuyu-dobavku-e171|deadlink=no}}</ref>. В 2021 году [[Европейское агентство по безопасности продуктов питания]] постановило, что в связи с новыми данными о [[наночастица]]х диоксид титана «более не может рассматриваться в качестве безопасной пищевой добавки», его [[генотоксичность]], которая может вести к канцерогенным эффектам, не может сбрасываться со счетов, а «безопасный уровень дневного потребления этой пищевой добавки невозможно установить». [[Европейский комиссар]] по здравоохранению анонсировал планы по запрету его использования на территории Европейского Союза<ref>{{cite web |last1=Boffey |first1=Daniel |title=E171: EU watchdog says food colouring widely used in UK is unsafe |url=https://www.theguardian.com/world/2021/may/06/e171-eu-watchdog-says-food-colouring-widely-used-in-uk-is-unsafe |work=the Guardian |date=2021-05-06 |language=en |access-date=2021-12-20 |archive-date=2021-05-07 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210507125633/https://www.theguardian.com/world/2021/may/06/e171-eu-watchdog-says-food-colouring-widely-used-in-uk-is-unsafe |deadlink=no }}</ref>

По данным [[Роспотребнадзор]]а пищевая добавка E171 разрешена для применения на территории России<ref>http://49.rospotrebnadzor.ru/rss_all/-/asset_publisher/Kq6J/content/id/444267 {{Wayback|url=http://49.rospotrebnadzor.ru/rss_all/-/asset_publisher/Kq6J/content/id/444267 |date=20181007111501 }} — Список Д, Список К</ref>

== Добыча и производство ==
Мировое производство диоксида титана на конец 2004 года достигло приблизительно 5 миллионов тонн<ref name="titanium-chemical">{{Cite web |url=http://www.titanium-chemical.com/ |title=TiO2 — Двуокись Титана — Диоксид титана, новости, цены, обзоры |access-date=2006-09-16 |archive-date=2006-09-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20060909144505/http://www.titanium-chemical.com/ |deadlink=no }}</ref>.

Основные производители и экспортёры диоксида титана:

* {{Iw|Sachtleben Chemie||de|Sachtleben Chemie}} ([[Пори]], Финляндия, [[Дуйсбург]] и [[Крефельд]], Германия)
* «[[Крымский Титан]]» ([[Армянск]], {{В Крыму}})
* «[[Сумыхимпром]]» (Сумы, Украина)
* {{Iw|Kronos International|KRONOS Titan|de|Kronos International}} ([[Норденхам]], Германия)
* {{Iw|Tronox}} ([[Оклахома-Сити]], США)
* [[DuPont]] ({{Iw|Де-Лайл (Миссисипи (штат))|Де-Лайл||DeLisle, Mississippi}}, штат [[Миссисипи (штат)|Миссисипи]], {{Iw|Нью-Джонсонвилл (Теннесси)|Нью-Джонсонвилл||New Johnsonville, Tennessee}}, штат [[Теннесси]], {{Iw|Эджмур (Делавэр)|Эджмур||Edgemoor, Delaware}}, штат [[Делавэр]], США; [[Альтамира (Тамаулипас)|Альтамира]], Мексика; {{Iw|Гуаньинь (Таоюань)|Гуаньинь||Guanyin, Taoyuan}}, [[Тайвань]]; [[Убераба]], Бразилия)

В последние годы чрезвычайно быстро растёт производство диоксида титана в [[Китайская Народная Республика|Китае]].

Сумской государственный институт минеральных удобрений и пигментов (МИНДИП) в своих научно-исследовательских работах особое место уделяет технологиям получения оксида титана(IV) сульфатным способом: исследование, разработка новых марок, модернизация технологии и аппаратурного оформления процесса.

Существуют два основных промышленных метода получения TiO<sub>2</sub>: из [[ильменит]]ового (FeTiO<sub>3</sub>) концентрата и из [[Хлорид титана(IV)|тетрахлорида титана]]. Поскольку запасов ильменита для удовлетворения нужд промышленности явно недостаточно, значительная часть TiO<sub>2</sub> производится именно из тетрахлорида титана.

=== Производство диоксида титана из ильменитового концентрата ===

Первый завод по производству титановых белил из природного титанового минерала [[ильменит]]а FeTiO<sub>3</sub> был построен в [[Норвегия|Норвегии]] в 1918 г., однако первые промышленные партии белил имели жёлтый цвет из-за примесей соединений железа и плохо подходили для [[живопись|живописи]], так что фактически белые титановые белила стали использоваться художниками лишь в 1922—1925 гг. При этом следует указать, что до 1925 г. были доступны лишь композитные титановые пигменты на базе [[барит]]а или [[кальцит]]а.

До 1940-х гг. двуокись титана выпускалась в кристаллической модификации — [[анатаз]] (β-TiO<sub>2</sub>) [[Тетрагональная сингония|тетрагональной сингонии]] с [[показатель преломления|показателем преломления]] ~2,5

Технология производства состоит из трёх этапов:

* получение растворов сульфата титана (путём обработки ильменитовых концентратов серной кислотой). В результате получают смесь сульфата титана и сульфатов железа(II) и (III), последний восстанавливают металлическим железом до степени окисления железа +2. После восстановления на барабанных [[вакуум-фильтр]]ах отделяют растворов сульфатов от шлама. [[Сульфат железа(II)]] отделяют в вакуум-кристаллизаторе.
* [[гидролиз]] раствора сульфатных солей титана. Гидролиз проводят методом введения зародышей (их готовят, осаждая Ti(OH)<sub>4</sub> из растворов сульфата титана гидроксидом натрия). На этапе гидролиза образующиеся частицы гидролизата (гидратов диоксида титана) обладают высокой [[адсорбция|адсорбционной]] способностью, особенно по отношению к солям Fe<sup>3+</sup>, именно по этой причине на предыдущей стадии трёхвалентное железо восстанавливается до двухвалентного. Варьируя условия проведения гидролиза (концентрацию, длительность стадий, количество зародышей, кислотность и т. п.), можно добиться выхода частиц гидролизата с заданными свойствами, в зависимости от предполагаемого применения.
* термообработка гидратов диоксида титана. На этом этапе, варьируя температуру сушки и используя добавки (такие, как [[оксид цинка]], [[хлорид титана]]) и используя другие методы, можно провести рутилизацию (то есть перестройку оксида титана в рутильную модификацию). Для термообработки используют вращающиеся [[барабанная печь|барабанные печи]] длиной 40—60 м. При термообработке испаряется вода (гидроксид титана и гидраты оксида титана переходят в форму диоксида титана), а также [[диоксид серы]].

=== Производство диоксида титана из тетрахлорида титана ===

В 1938—1939 гг. '''способ производства''' изменился — появился так называемый хлорный метод производства белил из [[Хлорид титана(IV)|тетрахлорида титана]], благодаря чему титановые белила стали выпускаться в кристаллической модификации [[рутил]] (α-TiO<sub>2</sub>) — также [[Тетрагональная сингония|тетрагональной сингонии]], но с другими параметрами решётки и несколько бо́льшим по сравнению с [[анатаз]]ом [[Показатель преломления|показателем преломления]] 2,61.

Существуют '''три основных метода получения диоксида титана''' из его тетрахлорида:
* ''гидролиз водных растворов'' тетрахлорида титана (с последующей термообработкой осадка)
* ''парофазный гидролиз'' тетрахлорида титана (основан на взаимодействии паров тетрахлорида титана с парами воды) при 400 °C.
* ''термообработка'' тетрахлорида (сжигание в токе кислорода). Процесс обычно ведётся при температуре 900—1000 °C

== Применение ==


Основные применения диоксида титана:
* производство [[Лакокрасочные материалы|лакокрасочных материалов]], в частности, титановых [[белила|белил]] — 57 % от всего потребления<ref name="titanium-chemical" /> (диоксид титана рутильной модификации обладает более высокими пигментными свойствами — светостойкостью, разбеливающей способностью и др.);
* производство пластмасс — 21 %<ref name="titanium-chemical" />;
* производство ламинированной бумаги — 14 %<ref name="titanium-chemical" />;
* производство декоративной косметики;
* производство огнеупорной бумаги<ref>{{Cite news|title=Учёные изобрели бумагу, которая не горит|url=http://www.yoki.ru/news/science_/27-09-2006/30884-29-0/|work=Yoki.Ru|date=2006-09-27|accessdate=2017-11-23|language=ru|archivedate=2020-10-24|archiveurl=https://web.archive.org/web/20201024150531/https://www.yoki.ru/news/science_/27-09-2006/30884-29-0/}}</ref>;
* фотокаталитические бетоны.
* производство зубной пасты.

{| class="wide sortable" width=100%
|+ Мировые мощности по производству пигментов на основе диоксида титана (тыс. тонн/год)<ref>{{cite web
 |url         = http://www.titanmet.ru/Pages/News.aspx?action=view&nid=4eeff716-272d-433f-a74d-a6e046c66a86&lang=ru
 |title       = На мировом рынке диоксида титана
 |date        = 2005-12-16
 |work        = Новости
 |publisher   = Titanmet.ru
 |accessdate  = 2014-08-22
 |deadlink    = 404
 |archiveurl  = https://archive.today/20070928115540/http://www.titanmet.ru/Pages/News.aspx?action=view&nid=4eeff716-272d-433f-a74d-a6e046c66a86&lang=ru
 |archivedate = 2007-09-28
}}</ref>
! !!2001 г.!!2002 г.!!2003 г.!!2004 г.
|-
|Америка||1730||1730||1730||1680
|-
|Западная Европа||1440||1470||1480||1480
|-
|Япония||340||340||320||320
|-
|Австралия ||180||200||200||200
|-
|Прочие страны||690||740||1200||1400
|-
!Всего||4380||4480||4930||5080
|}

Другие применения — 
в производстве резиновых изделий, стекольном производстве (термостойкое и оптическое стекло), 
как огнеупор (обмазка [[сварочный электрод|сварочных электродов]] и покрытий литейных форм), 
[[Косметические средства|в косметических средствах]] (мыло и т. д.), 
в фармакологической промышленности в качестве пигмента и наполнителя некоторых лекарственных форм ([[таблетки]] и т.д.), 
в пищевой промышленности ([[Пищевые добавки|пищевая добавка]] '''E171''')<ref>В странах [[Евросоюз]]а [https://lt.sputniknews.ru/20220206/zhitelyam-litvy-soobschili-o-zaprete-odnoy-iz-pischevykh-dobavok-21372926.html вступает в силу запрет на использование в производстве продуктов питания диоксида титана E171] {{Wayback|url=https://lt.sputniknews.ru/20220206/zhitelyam-litvy-soobschili-o-zaprete-odnoy-iz-pischevykh-dobavok-21372926.html |date=20220206161216 }} // [[Sputnik]], 6.02.2022</ref>.

Используется в процессах очистки воздуха методом [[фотокатализ]]а.

Ведутся исследования по использованию диоксида титана в фотохимических батареях — [[Ячейка Гретцеля|ячейках Гретцеля]], в которых диоксид титана, являющийся полупроводником с широкой [[Запрещённая зона|запрещённой зоной]] 3-3,2 эВ (в зависимости от кристаллической фазы) и развитой поверхностью, сенсибилизируется органическими красителями<ref>
{{статья
|том=4
|номер=2
|страницы=145—153
|заглавие=Dye-sensitized solar cells
|издание={{Нп3|Journal of Photochemistry and Photobiology|Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews||Journal of Photochemistry and Photobiology}}
|язык=en
|автор=Grätzel, M.
|год=2003
|тип=journal}}</ref>.

=== Запрет ЕС ===
7 февраля 2022 года в ЕС вступил запрет на использовании диоксида титана (E171) в пищевой промышленности{{почему}}. Переходный период продлится 6 месяцев. Применение диоксида титана в фармацевтической промышленности пока сохранится в связи с отсутствием альтернативных веществ.<ref>[https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:32022R0063 COMMISSION REGULATION (EU) 2022/63] {{Wayback|url=https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:32022R0063 |date=20220217144809 }} // Europa.eu, 18.01.2022</ref>

== Цены и рынок ==
Цены на диоксид титана отличаются в зависимости от степени чистоты и марки. Так, особо чистый (99,999 %) диоксид титана в рутильной и анатазной форме стоил в сентябре [[2006 год]]а 0,5—1 доллара за грамм (в зависимости от размера покупки), а технический диоксид титана — 2,2—4,8 доллара за килограмм в зависимости от марки и объёма покупки.

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
<!--в алфавитном порядке-->
* ''Ахметов Т. Г., Порфирьева Р. Т., Гайсин Л. Г. и др.'' Химическая технология неорганических веществ: в 2 кн. Кн. 1. — Под ред. Т. Г. Ахметова. — М.: Высшая школа, 2002. — ISBN 5-06-004244-8. С. 369—402.
* ''Некрасов Б. В.'' Основы общей химии. Т. I. — Изд. 3-е, испр. и доп. М.: Химия, 1973. — С. 644, 648.
* [[Химическая энциклопедия]] (электронная версия). — С. 593, 594
* Химия: Справ. изд. / В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. 2-е изд., стереотип. — М.: Химия, 2000. С. 411.
*{{книга
|автор         = Юрьев Ю. Н. 
|заглавие      = Свойства тонких плёнок оксида титана (TiO[2]) и аморфного углерода (а-С), осаждённых с помощью дуальной магнетронной распылительной системы: автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук: спец. 01.04.07
|ссылка        = http://earchive.tpu.ru/handle/11683/32560
|место         = Томск
|год           = 2016
|страниц       = 22
}}

== Ссылки ==
* {{книга
 | автор         = А. Е. Рикошинский
 | часть         = Мировой рынок пигментного диоксида титана. Состояние, тенденции, прогнозы
 | ссылка часть  = http://www.snab.ru/lkm2/01/03.pdf
 | заглавие      = Лакокрасочные материалы 2002-2003. Справочник
 | ссылка        = http://www.snab.ru/razdely/lkmcon.html
 | место         = {{М}}
 | издательство  = Редакция еженедельника «Снабженец»
 | год           = 2003
 | страницы      = 53-61
 | страниц       = 832
 | тираж         = 3000
}}
* [http://www.titanium-chemical.com/ TiO2 — Titanium Dioxide | Двуокись титана (диоксид титана) - Свойства, область применения, производители диоксида титана] {{Wayback|url=http://www.titanium-chemical.com/ |date=20060909144505 }}
* [http://www.safework.ru/ilo/ICSC/cards/view/?0338 Международная карта химической безопасности для диоксида титана] {{Wayback|url=http://www.safework.ru/ilo/ICSC/cards/view/?0338 |date=20070927152430 }}
* [https://web.archive.org/web/20070224115703/http://ull.chemistry.uakron.edu/erd/chemicals/8000/7743.html Titanium dioxide] - Информация из Химической базы данных [[Акронский университет|Акронского университета]]
{{ВС}}
{{Оксиды}}
{{Соединения титана}}
{{Пищевые добавки}}

[[Категория:Оксиды титана]]
[[Категория:Пигменты]]
[[Категория:Пищевые красители]]
[[Категория:Амфотерные оксиды|титана(IV)]]
[[Категория:Фармация]]