टाइटेनियम ऑक्साइड (IV): संरचना, गुण, उपयोग - रसायन विज्ञान - 2025

टाइटेनियम ऑक्साइड (चतुर्थ) एक ठोस अकार्बनिक क्रिस्टलीय सफेद जिसका रासायनिक सूत्र TiO है ₂ तो यह भी टाइटेनियम डाइऑक्साइड के रूप में जाना जाता है। यह तीन क्रिस्टलीय रूपों में मौजूद है: रूटाइल, एनटेज और ब्रोकेइट। हालांकि प्रकृति में यह आमतौर पर लोहे, क्रोमियम या वैनेडियम जैसी अशुद्धियों की उपस्थिति के कारण रंगा होता है, शुद्ध टीआईओ ₂ का उपयोग एक सफेद वर्णक के रूप में किया जाता है।

इसकी विशेषताओं में हम यह बता सकते हैं कि TiO ₂ की घुलनशीलता इसके रासायनिक और तापीय इतिहास पर काफी निर्भर करती है। साथ ही साथ जब इसे उच्च तापमान (900 itC) तक गर्म किया जाता है तो यह रासायनिक रूप से निष्क्रिय हो जाता है। इसके सबसे महत्वपूर्ण स्रोत इल्मेनाइट (लौह और टाइटेनियम ऑक्साइड), रूटाइल और एनाटेज़ हैं।

टाइटेनियम डाइऑक्साइड पाउडर। मूल अपलोडर अंग्रेजी विकिपीडिया पर वॉकर्मा था।

यह मुख्य रूप से एक वर्णक के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त ग्रेड में निर्मित होता है, सफेद अपारदर्शिता और चमक की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में इसकी उत्कृष्ट प्रकाश प्रकीर्णन गुणों को सुनिश्चित करता है।

यह एक पतली-पतली सामग्री के रूप में भी उत्पादित होता है, ऐसे अनुप्रयोगों के लिए जहां पारदर्शिता और अधिकतम पराबैंगनी (यूवी) अवशोषण की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, त्वचा के लिए सनस्क्रीन के एक घटक के रूप में। इनमें, TiO ₂ एक फिल्टर के रूप में कार्य करता है, इस प्रकार इन किरणों के अवशोषण को अवरुद्ध करता है।

इसकी रासायनिक जड़ता के कारण, यह पसंदीदा सफेद वर्णक है। हालांकि, यूनाइटेड स्टेट्स फूड एंड ड्रग एडमिनिस्ट्रेशन या FDA ने खाद्य और सौंदर्य प्रसाधनों में इसके सुरक्षित उपयोग के लिए मापदंडों की स्थापना की है।

टाइटेनियम ऑक्साइड धूल के संपर्क में भी एक सीमा होती है, क्योंकि जब धूल अंदर जाती है, तो यह फेफड़ों में जमा हो सकती है।

संरचना

टीआईओ ₂ में तीन क्रिस्टलीय संशोधन हैं: रूटाइल, एनाटेज और ब्रूसाइट। ये क्रिस्टलीय किस्में सभी प्रकृति में पाई जाती हैं।

रूटाइल

टेट्रागोनल प्रणाली में रूटाइल दो टीआईओ ₂ कोशिकाओं प्रति सेल के साथ क्रिस्टलीकृत होता है। टाइटेनियम ऑक्टाहेड्रली समन्वित है। रूटाइल को कैलोरीमेट्रिक अध्ययनों द्वारा सबसे अधिक ऊष्मीय रूप से स्थिर क्रिस्टलीय रूप दिखाया गया है।

रूटाइल क्रिस्टल संरचना। ग्रे बॉल्स: टाइटेनियम, गुलाबी बॉल्स: ऑक्सीजन। ठोस राज्य स्रोत: विकिपीडिया कॉमन्स

anatase

यह रूप टेट्रागोनल प्रणाली में भी क्रिस्टलीकृत हो जाता है, लेकिन एनटेज ऑक्सीजन परमाणुओं के अत्यधिक विकृत ऑक्टाहेड्रा के रूप में होता है, प्रत्येक टाइटेनियम परमाणु के संबंध में, उनमें से दो अपेक्षाकृत करीब हैं। इसमें प्रत्येक क्रिस्टलीय सेल के लिए TiO ₂ की 4 इकाइयाँ हैं ।

एनाटेज की क्रिस्टल संरचना। बेन्जाह- bmm27 स्रोत: विकिपीडिया कॉमन्स

brookite

यह ऑर्थोरोम्बिक प्रणाली में क्रिस्टलीकृत होता है, प्रत्येक क्रिस्टलीय सेल के लिए 8 तियो ₂ इकाइयों के साथ ।

गुण

भौतिक अवस्था

क्रिस्टलीय ठोस।

मोह कठोरता

रूटाइल: 7-7.5।

एनाटेस: 5.5-6।

आणविक वजन

79.87 ग्राम / मोल।

गलनांक

रूटाइल: 1830-1850 डिग्री सेल्सियस

एनाटेज: गर्म करने पर यह रूखा हो जाता है।

घनत्व

रूटाइल: 4,250 ग्राम / सेमी ³

एनाटेज: 4.133 जी / सेमी ³

ब्रुकाइट: 3,895 ग्राम / सेमी ³

घुलनशीलता

पानी और कार्बनिक सॉल्वैंट्स में अघुलनशील। एचएफ में धीरे-धीरे घुलता है और गर्म केंद्रित एच ₂ एसओ ₄ । HCl और HNO ₃ में अघुलनशील ।

पीएच

7.5।

अपवर्तक सूचकांक

रूटाइल: 550 एनएम पर 2.75।

एनाटेज: 2.54 550 एनएम पर।

इसमें सभी अकार्बनिक पिगमेंट का उच्चतम अपवर्तक सूचकांक है।

अन्य गुण

एनाटेस तेजी से 700ºC से ऊपर के तापमान पर रूटाइल में परिवर्तित हो जाता है। टीआईओ ₂ जिसे 900 डिग्री सेल्सियस पर शांत किया गया है, क्षार, हाइड्रोफ्लोरिक एसिड और गर्म सल्फ्यूरिक एसिड में कमजोर रूप से घुल जाता है। यह कमजोर अकार्बनिक एसिड या कार्बनिक एसिड द्वारा हमला नहीं किया जाता है। यह आसानी से कम या ऑक्सीकृत नहीं होता है।

एनाटेज और रूटाइल ब्रॉडबैंड अर्धचालक हैं, लेकिन उनकी विद्युत चालकता क्रिस्टल में अशुद्धियों और दोषों की उपस्थिति पर निर्भर करती है।

शब्दावली

-टाइटेनियम डाइऑक्साइड

-Rutile

-Anatase

-Brookita

-Titania

अनुप्रयोग

सफेद पिगमेंट

टाइटेनियम (IV) ऑक्साइड के लिए सबसे महत्वपूर्ण उपयोग विभिन्न प्रकार के उत्पादों में एक सफेद वर्णक के रूप में होता है, जिसमें पेंट, लाह, चिपकने वाले, प्लास्टिक, कागज और मुद्रण स्याही शामिल हैं। यह इसके उच्च अपवर्तक सूचकांक और इसकी रासायनिक जड़ता के कारण है।

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सफेद वर्णक के रूप में प्रयुक्त टाइटेनियम डाइऑक्साइड उच्च शुद्धता का होना चाहिए। इसकी अस्पष्टता और चमक प्रकाश को तितर बितर करने की क्षमता से निकलती है। यह हीरे की तुलना में शानदार है। केवल रूटाइल और एनाटेस में अच्छे रंजकता गुण होते हैं।

प्लास्टिक

प्लास्टिक में, TiO ₂ भंगुरता और दरार को कम करता है जो प्रकाश के संपर्क में आने के परिणामस्वरूप हो सकता है।

यह बाहरी पीवीसी प्लास्टिक लेखों के निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण वर्णक है, क्योंकि यह सामग्री को यूवी संरक्षण प्रदान करता है।

इस मामले में इष्टतम क्रिस्टलीय रूप रुटाइल है। इस आवेदन में, पीवीसी के क्षरण में TiO ₂ के फोटोकैटलिटिक प्रभाव को कम करने के लिए रूटाइल में ज़िरकोनियम, सिलिका या एल्यूमीनियम की सतह कोटिंग होनी चाहिए ।

अन्य उपयोग

अन्य उपयोगों में स्टील और कच्चा लोहा पर उपयोग किए जाने वाले विटेरस एनामेल्स शामिल हैं, जिससे यह अपारदर्शिता और एसिड का प्रतिरोध करता है।

कपड़ा उद्योग में इसका उपयोग यार्न गाइड में किया जाता है, ताकि वे कताई के दौरान आसानी से स्लाइड करें। थ्रेड्स और गाइड के बीच घर्षण स्थैतिक बिजली उत्पन्न करता है। इसे फैलाने के लिए, TiO ₂ को 1300 inC पर जलाया जाना चाहिए, ताकि इसके लिए अधिक विद्युत चालकता हो।

अन्य अनुप्रयोगों में मुद्रण स्याही, रबर, वस्त्र, चमड़ा, सिंथेटिक फाइबर, चीनी मिट्टी की चीज़ें, सफेद सीमेंट, फर्श को कवर करना, और छत सामग्री शामिल है। एक पेपर कोटिंग के रूप में, TiO ₂ इसे whiter, उज्जवल और अधिक अपारदर्शी बनाता है।

इसका उपयोग सौंदर्य प्रसाधनों में त्वचा की खामियों को ढंकने में मदद करने के साथ-साथ टूथपेस्ट और साबुन को सफेद बनाने में किया जाता है।

यह भोजन, पेय पदार्थ, पूरक और दवा उत्पादों को प्रकाश के प्रभाव से उत्पन्न होने वाले उत्पाद से बचाता है, उत्पाद के जीवन का विस्तार करता है।

यह ग्लास, सिरेमिक और इलेक्ट्रोसेकेर के उत्पादन में एक घटक है। इसका उपयोग विद्युत सर्किट के तत्वों में किया जाता है। इसका उपयोग मोटर वाहन निकास प्रणाली के ऑक्सीजन सेंसर में भी किया जाता है।

Ultrafine TiO ₂ का उपयोग सनस्क्रीन में एक घटक के रूप में किया जाता है, क्योंकि यह यूवी-ए और यूवी-बी दोनों पराबैंगनी (यूवी) किरणों का एक मजबूत अवशोषक है। यूवी-ए किरणों के कारण झुर्रियाँ और त्वचा उम्र बढ़ने लगती है और यूवी-बी का कारण जलन और एरिथेमा होता है।

रासायनिक प्रतिक्रिया उत्प्रेरक के लिए समर्थन सामग्री के रूप में TiO ₂ नैनोकणों का उपयोग किया जाता है।

एनाटेस एक प्रभावी फोटोकैटलिस्ट है जो कार्बनिक यौगिकों को ऑक्सीकरण करता है। इसके कण जितने छोटे होते हैं, उतने ही प्रभावी होते हैं।

संदर्भ

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