Carburo di titanio
Il carburo di titanio è il composto binario di formula TiC. È un materiale ceramico refrattario estremamente duro (Mohs 9-9,5) simile al carburo di tungsteno. È l'unico carburo esistente nel sistema titanio-carbonio; insieme al carburo di tungsteno (WC) e al carburo di tantalio (TaC) è un importante componente dei carburi cementati usati per utensili da taglio.[3]
| Carburo di titanio | |
|---|---|
 | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | TiC |
| Massa molecolare (u) | 59,88 |
| Aspetto | polvere grigio-nera |
| Numero CAS | |
| Numero EINECS | 235-120-4 |
| PubChem | 16211963 e 22836362 |
| SMILES | [CH3-].[Ti] |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/cm3, in c.s.) | 4,93[1] |
| Solubilità in acqua | < 10 mg/l[1] |
| Temperatura di fusione | 3 140 °C (3 413 K)[1] |
| Temperatura di ebollizione | 4 820 °C (5 093 K)[1] |
| Sistema cristallino | cubico |
| Proprietà termochimiche | |
| ΔfH0 (kJ·mol−1) | -183,7[2] |
| Indicazioni di sicurezza | |
Struttura
modificaIl carburo di titanio cristallizza con una struttura cubica a facce centrate, gruppo spaziale Fm3m, N. 225, con costante di reticolo a = 432,8 pm. Questa struttura è analoga a quella del cloruro di sodio; anche TiN e ZrN cristallizzano nella medesima struttura.[4]
È un composto spesso non stechiometrico, ma tra TiC0,5 e TiC0,98 si ottengono campioni molto omogenei, dove parte delle posizioni dell'atomo di carbonio sono vacanti.[5] Per queste caratteristiche TiC è classificato come carburo metallico interstiziale.[6][7]
Sintesi
modificaIl carburo di titanio si può preparare in vari modi.[2][3] La sintesi più usata fa reagire diossido di titanio con carbone a 2000 °C in atmosfera di idrogeno:
- TiO2 + 3C → TiC + 2CO
Altrimenti si può procedere per sintesi diretta ad alta temperature a partire dagli elementi in forma di polvere:
- Ti + C → TiC
o usare gas metano come fonte di carbonio:
- Ti + CH4 → TiC + 2H2
Nella deposizione chimica da vapore (CVD) come materiale di partenza per il titanio si usa il tetracloruro di titanio, che è un composto molto volatile:
- TiCl4 + CH4 → TiC + 4HCl
A volte si preferisce sintetizzare direttamente soluzioni solide di carburi di diversi metalli; questi materiali sono usati per fabbricare utensili:
- TiO2 + WC + 3C → (Ti,W)C + 2CO
Proprietà
modificaIl carburo di titanio si presenta come una polvere grigia, praticamente insolubile in acqua, molto stabile in presenza di acidi e ossidanti, ma solubile in miscele di acido nitrico e acido fluoridrico. A temperatura molto elevata (>1000 °C) reagisce però con l'aria, formando TiO e TiN.[2]
Applicazioni
modificaIl carburo di titanio è il più duro tra i carburi dei metalli di transizione, ma è troppo fragile per essere usato puro. Viene addizionato in percentuali del 5–30% (in peso) a carburi cementati a base di tungsteno per aumentare la durezza e la resistenza alle alte temperature di utensili da taglio. A volte TiC è usato per ricoprire le superfici da taglio di questi utensili. Punte di utensili da taglio senza tungsteno si possono ottenere combinando TiC, carburo di molibdeno e nichel.[2]
Note
modificaBibliografia
modifica- (EN) A. N. Christensen, A neutron diffraction investigation on single crystals of titanium carbide, titanium nitride, and zirconium nitride (PDF), in Acta Chem. Scand., A29, n. 5, 1975, pp. 563-568. URL consultato il 17 aprile 2016 (archiviato dall'url originale il 7 maggio 2016).
- GESTIS, Titanium carbide, su gestis-en.itrust.de. URL consultato l'8 aprile 2016. Pagina del carburo di titanio nel data base GESTIS.
- (EN) N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the elements, 2ª ed., Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3365-4.
- (DE) A. F. Holleman e N. Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Berlino, Walter de Gruyter, 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
- (EN) W. Lengauer e A. Eder, Carbides: Transition Metal Solid-state Chemistry, in Encyclopedia of Inorganic Chemistry, 2ª ed., John Wiley & Sons, 2006, DOI:10.1002/0470862106.ia034, ISBN 9780470862100.
- (DE) W. Schatt, K.-P. Wieters e B. Kieback, Pulvermetallurgie, Springer, 2006, ISBN 9783540236528.
- (EN) H. Tulhoff e H. C. Starck, Carbides, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2002, DOI:10.1002/14356007.a05_061.
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