Óxido de titânio (IV): estrutura, propriedades, usos - Ciência - 2023

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o óxido de titânio (IV)é um sólido inorgânico cristalino branco cuja fórmula química é TiO₂, por isso também é conhecido como dióxido de titânio. Ele existe em três formas cristalinas: rutilo, anatase e brookita. Embora na natureza seja geralmente colorido devido à presença de impurezas como ferro, cromo ou vanádio, TiO₂ puro é usado como pigmento branco.

Dentre suas características podemos destacar que a solubilidade do TiO₂ depende consideravelmente de sua história química e térmica. Além disso, quando é aquecido a altas temperaturas (900 ºC) torna-se quimicamente inerte. Suas fontes mais importantes são ilmenita (óxido de ferro e titânio), rutilo e anatásio.

É produzido principalmente em um grau adequado para uso como pigmento, garantindo suas excelentes propriedades de dispersão de luz em aplicações que requerem opacidade branca e brilho.

Também é produzido como um material ultrafino, para aplicações onde a transparência e máxima absorção dos raios ultravioleta (UV) são necessárias. Por exemplo, como componente de filtro solar para a pele. Nestes, o TiO₂ Ele atua como um filtro, bloqueando a absorção desses raios.

Devido à sua inércia química, é o pigmento branco preferido. No entanto, a Food and Drug Administration dos Estados Unidos, ou FDA (sigla do inglês NOS. Administração de Alimentos e Medicamentos), estabeleceu os parâmetros para seu uso seguro em alimentos e cosméticos.

Também existe um limite de exposição ao pó de óxido de titânio, pois quando o pó é inalado pode se depositar nos pulmões.

Estrutura

O tio₂ Possui três modificações cristalinas: rutilo, anatase e brookita. Essas variedades cristalinas são encontradas na natureza.

Rutilo

Rutilo cristaliza no sistema tetragonal com duas unidades de TiO₂ para cada célula. O titânio é coordenado octaedricamente. O rutilo foi demonstrado por estudos calorimétricos ser a forma cristalina mais estável termicamente.

Anatase

Esta forma também se cristaliza no sistema tetragonal, mas anatase ocorre na forma de octaedros altamente distorcidos de átomos de oxigênio em relação a cada átomo de titânio, dois deles sendo relativamente mais próximos. Possui 4 unidades de TiO₂ para cada célula cristalina.

Brookite

Cristaliza no sistema ortorrômbico, com 8 unidades TiO₂ para cada célula cristalina.

Propriedades

Estado físico

Sólido cristalino.

Dureza de Mohs

Rutilo: 7-7,5.

Anatase: 5.5-6.

Peso molecular

79,87 g / mol.

Ponto de fusão

Rutilo: 1830-1850 ° C.

Anatase: ao aquecer torna-se rutilo.

Densidade

Rutilo: 4.250 g / cm³

Anatase: 4.133 g / cm³

Brookite: 3,895 g / cm³

Solubilidade

Insolúvel em água e solventes orgânicos. Dissolve-se lentamente em HF e H₂SW₄ concentrado quente. Insolúvel em HCl e HNO₃.

pH

7,5.

Índice de refração

Rutilo: 2,75 a 550 nm.

Anatase: 2,54 a 550 nm.

Possui o índice de refração mais alto de todos os pigmentos inorgânicos.

Outras propriedades

Anatase se converte rapidamente em rutilo em temperaturas acima de 700ºC. O tio₂ que foi calcinado a 900 ºC, dissolve-se fracamente em bases, ácido fluorídrico e ácido sulfúrico quente. Não é atacado por ácidos inorgânicos fracos ou ácidos orgânicos. Não é facilmente reduzido ou oxidado.

Anatase e rutilo são semicondutores de banda larga, mas sua condutividade elétrica depende da presença de impurezas e defeitos no cristal.

Nomenclatura

-Dióxido de titânio

-Rutilo

-Anatase

-Brookita

-Titania

Formulários

Pigmentos brancos

O uso mais importante do óxido de titânio (IV) é como pigmento branco em uma ampla variedade de produtos, incluindo tintas, vernizes, adesivos, plásticos, papel e tintas de impressão. Isso se deve ao seu alto índice de refração e inércia química.

O dióxido de titânio usado como pigmento branco deve ser de alta pureza. Sua opacidade e brilho derivam de sua capacidade de espalhar a luz. É mais brilhante que o diamante. Apenas o rutilo e o anatásio têm boas propriedades de pigmentação.

Plásticos

TiO em plásticos₂ minimiza a fragilidade e rachaduras que podem ocorrer como resultado da exposição à luz.

É o pigmento mais importante na fabricação de artigos plásticos de PVC para exteriores, pois confere proteção UV ao material.

A forma cristalina ideal neste caso é rutilo. Nesta aplicação, o rutilo deve ter um revestimento superficial de zircônio, sílica ou alumínio, para minimizar o efeito fotocatalítico do TiO₂ na degradação do PVC.

Outros usos

Outros usos incluem esmaltes vítreos usados em aço e ferro fundido, aos quais confere opacidade e resistência a ácidos.

Na indústria têxtil é utilizado em guias de fio, para que deslizem facilmente durante a fiação. O atrito entre os fios e as guias gera eletricidade estática. Para dissipá-lo, TiO₂ Deve ser queimado a 1300 ºC, para que tenha uma maior condutividade elétrica.

Outras aplicações incluem a pigmentação de tintas de impressão, borracha, têxteis, couro, fibras sintéticas, cerâmicas, cimento branco, revestimentos de pisos e materiais para telhados. Como revestimento de papel, TiO₂ torna-o mais branco, mais brilhante e mais opaco.

É usado em cosméticos para ajudar a cobrir imperfeições da pele, bem como para tornar a pasta de dente e o sabão brancos.

Protege alimentos, bebidas, suplementos e produtos farmacêuticos da degradação prematura causada pelo efeito da luz, prolongando a vida útil do produto.

É um componente da produção de vidros, cerâmicas e eletrocerâmicas. É usado em elementos de circuitos elétricos. Também é utilizado no sensor de oxigênio do sistema de escapamento de veículos motorizados.

O tio₂ Ultrafino é usado como um componente de protetor solar, pois é um forte absorvedor de raios ultravioleta (UV), tanto UV-A quanto UV-B. Os raios UV-A causam rugas e envelhecimento da pele, e os UV-B causam queimaduras e eritema.

Nanopartículas de TiO₂ Eles são usados como material de suporte para catalisadores de reações químicas.

Anatase é um fotocatalisador eficaz que oxida compostos orgânicos. Quanto menores forem suas partículas, mais eficaz será.

Referências

Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Química Inorgânica Avançada. John Wiley & Sons.
Kirk-Othmer (1994). Enciclopédia de Tecnologia Química. Volume 19 e 24. Quarta edição. John Wiley & Sons.
Fatos de segurança química. (2019). Dióxido de titânio. Recuperado de: chemicalsafetyfacts.org
Wypych, George. (2015). Aditivos de PVC. No Formulário de PVC (Segunda Edição). Recuperado de sciencedirect.com
Denning, R. (2009). Aprimoramento de produtos de lã usando nanotecnologia. In Advances in Wool Technology. Recuperado de sciencedirect.com
Biblioteca Nacional de Medicina. (2019). Dióxido de titânio. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov