Óxido de titânio (IV): estrutura, propriedades, usos

O óxido de titânio (IV) é um sólido cristalino branco inorgânico tendo a fórmula química de TiO 2 , de modo que também é conhecido como o dióxido de titânio. 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, o TiO 2 puro é usado como pigmento branco.

Entre suas características, podemos destacar que a solubilidade do TiO 2 depende consideravelmente de sua história química e térmica. Assim, 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 anatase.

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Dióxido de titânio em pó. O usuário original foi Walkerma na Wikipedia em inglês. [Domínio público]

É produzido principalmente em um grau adequado para uso como pigmento, o que garante suas excelentes propriedades de dispersão de luz em aplicações que exigem opacidade e brilho brancos.

Também é produzido como um material ultrafino, para aplicações em que é necessária transparência e absorção máxima de raios ultravioleta (UV). Por exemplo, como um componente de filtros solares para a pele. Nesses, o TiO 2 atua como um filtro, bloqueando assim a absorção desses raios.

Devido à sua inércia química, é o pigmento branco preferido. No entanto, a Administração de Medicamentos e Alimentos dos Estados Unidos (FDA ) definiu os parâmetros para o uso seguro em alimentos e cosméticos.

Há também um limite de exposição ao pó de óxido de titânio, pois quando inalado, o pó pode ser depositado nos pulmões.

Estrutura

O TiO 2 possui três modificações cristalinas: rutilo, anatase e brookita. Essas variedades cristalinas são encontradas na natureza.

Rutilo

O rutilo cristaliza no sistema tetragonal com duas unidades de TiO 2 por célula. O titânio é coordenado octaedro. Foi demonstrado por estudos calorimétricos que o rutilo é a forma cristalina mais estável termicamente.

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Estrutura cristalina rutílica. Bolas cinza: titânio, bolas rosa: oxigênio. Estado sólido [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] Fonte: Wikipedia Commons

Anatase

Essa forma também cristaliza no sistema tetragonal, mas a anatase vem na forma de octaedros muito distorcidos de átomos de oxigênio em relação a cada átomo de titânio, sendo dois deles relativamente próximos. Possui 4 unidades de TiO 2 para cada célula cristalina.

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Estrutura cristalina da anatase. Benjah-bmm27 [Domínio público] Fonte: Wikipedia Commons

Brookita

Cristaliza no sistema ortorrômbico, com 8 unidades de TiO 2 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: quando aquecido, torna-se rutilo.

Densidade

Rutilo: 4.250 g / cm 3

Anatase: 4.133 g / cm 3

Brookita: 3.895 g / cm 3

Solubilidade

Insolúvel em água e solventes orgânicos. Ele é ligeiramente solúvel em HF e H 2 SO 4 concentrado quente. Insolúvel em HCl e HNO 3 .

pH

7.5

Índice de refração

Rutilo: 2,75 a 550 nm.

Anatase: 2,54 a 550 nm.

Possui o maior índice de refração de todos os pigmentos inorgânicos.

Outras propriedades

A anatase é rapidamente transformada em rutilo a temperaturas acima de 700 ° C. O TiO 2 que foi calcinado a 900 ° C 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 em banda larga, mas sua condutividade elétrica depende da presença de impurezas e defeitos no cristal.

Nomenclatura

-Dióxido de titânio

-Rutilo

-Anatasa

-Brookita

-Titânia

Usos

Pigmentos brancos

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

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Fonte: Pexels.com

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

Plásticos

Nos plásticos, o TiO 2 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 fornece proteção UV ao material.

A forma cristalina ideal, neste caso, é rutílica. Na referida aplicação, o rutilo deve ter um revestimento superficial de zircônio, sílica ou alumínio, para minimizar o efeito fotocatalítico do TiO 2 na degradação do PVC.

Outros usos

Outros usos incluem esmaltes vítreos usados ​​em aço e ferro fundido, que conferem opacidade e resistência a ácidos.

Na indústria têxtil, é usado em guias de linha, para que deslizem facilmente durante a fiação. O atrito entre os fios e as guias gera eletricidade estática. Para dissipá-lo, o TiO 2 deve ser queimado a 1300 ºC, a fim de obter uma maior condutividade elétrica.

Outras aplicações incluem pigmentação de tintas de impressão, borracha, têxteis, couro, fibras sintéticas, cerâmica, cimento branco, revestimento de pisos e materiais de cobertura. Como revestimento de papel, o TiO 2 o torna mais branco, mais brilhante e mais opaco.

É usado em cosméticos para ajudar a cobrir as imperfeições da pele, além de dar creme dental e sabão branco.

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

É um componente na produção de vidro, cerâmica e eletrocerâmica. É usado em elementos de circuitos elétricos. Também é usado no sensor de oxigênio do sistema de escape de veículos a motor.

O TiO 2 ultrafino é usado como componente dos bloqueadores solares, 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 raios UV-B causam queimaduras e eritema.

Nanopartículas de TiO 2 são usadas como material de suporte para catalisadores de reação química.

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

Referências

  1. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Química Inorgânica Avançada. John Wiley & Sons.
  2. Kirk-Othmer (1994). Enciclopédia de Tecnologia Química. Volume 19 e 24. Quarta edição. John Wiley & Sons.
  3. Fatos sobre segurança química (2019). Dióxido de titânio Recuperado de: chemicalsafetyfacts.org
  4. Wypych, George. (2015). Aditivos de PVC No formulário de PVC (segunda edição). Recuperado de sciencedirect.com
  5. Denning, R. (2009). Aprimorando produtos de lã usando nanotecnologia. Nos avanços na tecnologia de lã. Recuperado de sciencedirect.com
  6. Biblioteca Nacional de Medicina (2019). Dióxido de titânio Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov

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