Introdução às propriedades químicas do titânio

O titânio é um metal muito resistente à corrosão. No entanto, os dados termodinâmicos do titânio mostram que o titânio é um metal instável muito termodinâmico. Se o titânio puder ser dissolvido para gerar Ti2+, seu potencial de eletrodo padrão é muito baixo (-1,63V) e sua superfície é sempre coberta com um filme de óxido. Dessa maneira, o potencial estável do titânio é estável e positivo. Por exemplo, o potencial estável do titânio na água do mar a 25 ℃ é de cerca de+0,09V. Nos manuais e livros didáticos de química, podemos obter o potencial de eletrodo padrão correspondente a uma série de reações de eletrodo de titânio. Vale ressaltar que, de fato, esses dados não são medidos diretamente, mas geralmente só podem ser calculados a partir de dados termodinâmicos. Além disso, devido às diferentes fontes de dados, não é de surpreender que várias reações diferentes de eletrodos e dados diferentes possam aparecer ao mesmo tempo.

Os dados potenciais do eletrodo da reação do eletrodo do titânio mostram que sua superfície é muito ativa e geralmente é coberta com o filme de óxido naturalmente formado no ar. Portanto, a excelente resistência à corrosão do titânio decorre do fato de que sempre existe um filme estável e forte de adesão e óxido protetor na superfície do titânio. De fato, a estabilidade deste filme de óxido natural determina a resistência à corrosão do titânio. Teoricamente, a proporção P/B do filme de óxido protetor deve ser maior que 1. Se for menor que 1, o filme de óxido não pode cobrir completamente a superfície do metal, portanto não pode desempenhar um papel protetor. Se a proporção for muito grande, o estresse compressivo no filme de óxido aumentará correspondentemente, o que é fácil de fazer com que o filme de óxido quebre e não desempenhe um papel protetor. A proporção P/B de titânio varia de 1 a 2,5 de acordo com a composição e a estrutura do filme de óxido. A partir desse ponto básico, o filme de titânio de óxido pode ter melhor desempenho protetor.

Quando a superfície do titânio é exposta à atmosfera ou solução de água, gera automaticamente um novo filme de óxido imediatamente, por exemplo, a espessura do filme de óxido é de cerca de 1 2 ~ 1,6 nm e espessa com o tempo, naturalmente engrossa para 5 NM após 70 dias e aumenta gradualmente para 8 ~ 9 nm após 545 dias. As condições de oxidação artificialmente aprimoradas (como aquecimento, usando oxidante ou oxidação anódica) podem acelerar o crescimento do filme de óxido na superfície do titânio e obter um filme de óxido relativamente espesso, melhorando assim a resistência à corrosão do titânio. Portanto, o filme de óxido formado pela oxidação anódica e oxidação térmica melhorará significativamente a resistência à corrosão do titânio.

O filme de óxido de titânio (incluindo filme de óxido térmico ou filme de óxido anódico) geralmente não é uma estrutura única, e a composição e a estrutura de seu óxido variam com as condições de formação. Geralmente, a interface entre o filme de óxido e o ambiente pode ser TiO2, enquanto a interface entre o filme de óxido e o metal pode ser dominada por TiO2. No meio, pode haver camadas de transição com diferentes estados de valência, mesmo óxidos equivalentes não químicos, o que significa que o filme de óxido do titânio tem uma estrutura de várias camadas. Quanto ao processo de formação deste filme de óxido, ele não pode ser simplesmente entendido como a reação direta entre titânio e oxigênio (ou oxigênio no ar). Muitos pesquisadores propuseram vários mecanismos. Os ex -trabalhadores da União Soviética acreditavam que o hidreto foi gerado pela primeira vez e, em seguida, o filme de óxido foi formado no hidreto.