Какой могла бы быть жизнь на титане?

Классификация титанов

Мифы

Титаны, как и циклопы со сторукими, были рождены от связи Урана и Геи, но оказались ввергнуты в земные недра своим отцом. Гея воспротивилась этому и решила избавиться от Урана с помощью титанов.

Кронос по наущению матери оскопил серпом своего отца и занял его место верховного бога. Кронос и Рея родили Зевса, который в свою очередь сместил отца и встал во главе нового поколения богов — олимпийцев (титаны, кроме Океана, выступили с Офрийской горы, а боги, рождённые Кроносом и Реей — с Олимпа). Сражение (титаномахия) между титанами и олимпийцами длилось десять лет. Потом на помощь Зевсу пришли циклопы и гекатонхейры, титаны были побеждены; часть из них признала нового владыку, остальные были низвергнуты в Тартар, а гекатонхейры стали их стражами.

Позднее Гера побудила их восстать против Зевса, так как Ио родила Эпафа.

По Павсанию, их имя впервые ввёл Гомер, у него заимствовал Ономакрит и представил титанов «виновниками страстей Диониса». Согласно этим сказаниям, титаны через неделю после рождения растерзали Загрея, за что были сброшены в Тартар, либо Зевс подверг титанов разнообразным мучениям, либо титаны были испепелены молниями Зевса, а из этой копоти появились люди. Согласно Никандру, род пауков и змей произошёл из крови титанов.

Титаник был мощным загрязнителем воздуха, сжигающим 600 тонн угля в день

Имея такой огромный вес, очень трудно удерживать судно на плаву. Мощность пара, которая могла бы обеспечить более 40000 лошадиных сил, необходимых для перемещения Титаника по воде была единственным источником энергии в те дни. «Титаник» использовал более 600 тонн угля каждый день, когда он находился в море! Тем самым, вероятно, был самым загрязняющим кораблем своего времени.

Угольный бункер Титаника

Потребовалось более 170 рабочих, работающих 24 часа в сутки, семь дней в неделю, для топки печей, приводящих в движение паровые двигатели на Титанике. На судне находилось более 150 печей, которые нагревали около 30 котлов, создавая пар для двигателей. Каждый день 100 тонн пепла нужно было сбрасывать в море. Это было круглосуточно! Печи постоянно сжигали уголь, чтобы поддерживать движение корабля.

1045 человек могли быть спасены на Титанике

Это, пожалуй, самый спорный из фактов Титаника. В ту роковую ночь был еще один корабль, который наносил на карту ледяные воды Атлантики, калифорнийский SS. Калифорнийцы предупредили Титаник о паковом льде через раннюю систему беспроводной связи, которую использовали корабли. Это было 14 апреля 1912 года, и калифорнийцы остановились на ночь, чтобы не задеть айсберги, и предупредили Титаник о том же.

Беспроводной оператор Титаника раскритиковал калифорнийца за его осторожность. Возможно, такая самоуверенность оператора была из-за хвастовства во время постройки корабля или из-за легендарного и исторического названия корабля. В любом случае, «Титаник» не предпринял никаких мер предосторожности. После того, как Титаник столкнулся с айсбергом, команда запустила ракеты, чтобы привлечь внимание соседних кораблей. Калифорния SS

Калифорния SS

Калифорнийский SS видел вспышки, но не предпринимал действий. Капитан калифорнийца поручил своей команде послать сигналы азбуки Морзе через лампу. Затем он пошел спать, сказав своей команде сообщить ему, реагирует ли другое судно на какие-либо сигналы. Вероятно, Титаник был просто слишком далеко, чтобы увидеть сигналы.

Карпатия принимает на борт пассажиров Титаника

Рано утром следующего дня калифорнийцы наконец-то попытались достучаться до близлежащих кораблей, используя свою беспроводную систему. Экипаж вскоре узнал о случившемся и попытался помочь спасти пассажиров «Титаника», но было уже слишком поздно, и другой близлежащий корабль, «Карпатия», уже подобрал оставшихся в живых. Калифорниец был ближе, чем Карпатия, к Титанику. Если бы они ответили беспроводными лампами Морзе, они могли бы спасти больше пассажиров. Количество спасательных шлюпок на Титанике было недостаточно, чтобы спасти всех пассажиров, однако, их могло бы хватить, чтобы безопасно переправить всех на палубу калифорнийца.

Исследование спутника Титан

Кольца Сатурна часто перекрывает луну, поэтому без специальных инструментов Титан сложно отыскать. Но дальше следует преграда из плотного атмосферного слоя, мешающего рассмотреть поверхность.

Впервые к Титану приблизился Пионер-11 в 1979 году, предъявивший снимки. Он отметил, что луна слишком холодная для поддержания жизненных форм. Далее последовали Вояджеры 1 (1980) и 2 (1981), предоставившие сведения о плотности, составе, температурных показателях и массе.

Титан, запечатленный Вояджером-2 в 1981 году

Главный информационный массив достался от исследования миссии Кассини-Гюйгенс, прибывшей к системе в 2004 году. Зонд отснял детали поверхности и цветовые пятна, которые ранее были недоступными для человеческого зрения. Он же заметил моря и озера.

В 2005 году на поверхность спустился зонд Гюйзенс, запечатлевший поверхностные формирования вблизи.

Художественная интерпретация спуска зонда Гюйгенс

Также он раздобыл изображения темной равнины, что намекало на эрозию. Поверхность оказалась намного темнее, чем ожидали ученые.

В последние годы все чаще поднимают вопросы о возвращении к Титану. В 2009 году пытались продвинуть проект TSSM, но его обошел EJSM (НАСА/ЕКА), чьи зонды отправятся к Ганимеду и Европе.

Планировали также заняться TiME, но в НАСА решили, что целесообразней и дешевле запустить к Марсу InSight в 2016 году.

В 2010 году рассматривали возможность запуска JET – астробиологический орбитальный аппарат. А в 2015 году пришли в разработке подводной лодки, которая сможет погрузиться в море Кракена. Но пока это все на стадии обсуждения.

Спасательные шлюпки на Титанике вмещали только 1178 человек

Из всех фактов о Титанике, этот факт больше всего рассказывает нам о том, что произошло в роковой день гибели Титаника. Титаник мог вместить более 60 спасательных шлюпок. С 16 комплектами шлюпок, каждая из которых может обслуживать четыре спасательные шлюпки, корабль мог вместить ровно 64 спасательных шлюпки. 

Приготовьтесь к еще одной математике … каждая спасательная шлюпка была способна вместить 65 человек, этих 64 спасательных шлюпок было бы достаточно, чтобы вместить примерно 3500 пассажиров максимальной вместимостью Титаника.

Спасательные шлюпки Титаника

Печальный факт, что Титаник в своем первом путешествии даже не был загружен пассажирами в полную силу. У него было только 2223 пассажира и экипаж на борту, когда он затонул, но спасательных шлюпок все равно не хватило. Хотя «Титаник» мог вместить более 60 спасательных шлюпок, всего их было только 20. Было 14 стандартных спасательных шлюпок, каждая из которых вмещала 65 человек, еще четыре складные спасательные шлюпки, каждая из которых могла перевозить 47 человек, и два аварийных катера, каждый из которых мог перевозить 40 человек. Не убирайте свой калькулятор … это означает, что на Титанике было достаточно спасательных шлюпок только для 1178 человек!

И именно поэтому гибель Титаника стала такой трагедией. В ночь кораблекрушения Титанику просто не хватило спасательных шлюпок, чтобы спасти всех на лайнере.

Расчет молярной массы

Молярную массу рассчитывают так:

• определяют атомные массы элементов по таблице Менделеева;
• определяют количество атомов каждого элемента в формуле соединения;
• определяют молярную массу, складывая атомные массы входящих в соединение элементов, умноженные на их количество.

Например, рассчитаем молярную массу уксусной кислоты

Она состоит из:

• двух атомов углерода
• четырех атомов водорода
• двух атомов кислорода

Расчет:

• углерод C = 2 × 12,0107 г/моль = 24,0214 г/моль
• водород H = 4 × 1,00794 г/моль = 4,03176 г/моль
• кислород O = 2 × 15,9994 г/моль = 31,9988 г/моль
• молярная масса = 24,0214 + 4,03176 + 31,9988 = 60,05196 g/mol

Наш калькулятор выполняет именно такой расчет. Можно ввести в него формулу уксусной кислоты и проверить что получится.

Автор статьи: Anatoly Zolotkov

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Кристаллы титана

Основные руды: ильменит (FeTiO₃), рутил (TiO₂), титанит (CaTiSiO₅).

На 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO₂. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтвержденные запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49.7—52.7 млн т. Таким образом, при нынешних темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн.

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO₂. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана их при 850 °C восстанавливают магнием.

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Ильменитовые концентраты восстанавливают в электродуговых печах с последующим хлорированием возникающих титановых шлаков.

Основные свойства титана

• Цвет: серебристо-белый
• Плотность: 4,54 г/см³
• Температура плавления: 1668°С
• Температура кипения: 3260°С
• Теплопроводность: 21.9 Вт/(м·К)
• Атомный номер: 22
• Атомная масса: 47,9
• Удельная теплота плавления: 358 кДж/кг
• Удельная теплоемкость (при 20°С): 0,54 кДж/(кг.°С)
• Модуль упругости: 112 ГПа

Механические свойства титана в большой степени зависят от содержания примесей, особенно Н, О, N и С, образующих с титаном твердые растворы внедрения и промежуточные фазы: гидриды, оксиды, нитриды и карбиды. Небольшое содержание кислорода, азота, углерода повышает твердость и прочность, но при этом значительно уменьшается пластичность, снижается коррозионная стойкость, ухудшается свариваемость, способность к пайке и штампуемость. Титан обладает высокими прочностью и удельной прочностью в условиях глубокого холода.

Технический титан хорошо обрабатывается давлением при 20-25°С и повышенных температурах. Из него изготовляют все виды прессованного и катаного полуфабриката (листы, трубы, проволоку, поковки и др.). Ковку проводят при температуре 1000-750°С, горячую прокатку — на 100°С ниже температуры ковки. Горячей прокаткой получают листы толщиной более 6 мм, листы меньшей толщины изготовляют холодной прокаткой или с нагревом до 650-700°С. Температура прессования 950-1000°С. Титан хорошо сваривается аргонодуговой и всеми видами контактной сварки. Сварной шов обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Прочность шва составляет 90% прочности основного металла.

Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, что приводит к его быстрому износу. Для обработки титана требуется инструмент из быстрорежущей стали и твёрдых сплавов, малые скорости резания при большой подаче и глубине резания, интенсивное охлаждение. Недостатком титана является также низкая антифрикционность.

Титановые сплавы

Достоинством титановых сплавов по сравнению с титаном являются более высокие прочность и жаропрочность при достаточно хорошей пластичности, высокой коррозионной стойкости и малой плотности. Титан в виде сплавов является важнейшим конструкционным материалом в авиа- и ракетостроении, в кораблестроении. Самым распространённым в мире титановым сплавом является сплав Ti-6Al-4V, который в российской классификации имеет обозначение ВТ6. Для изготовления деталей методами порошковой технологии используют сплавы ВТ5, ВТ5-1, ОТ4, ВТЗ-1 и другие.

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые, литейные и порошковые. По механическим свойствам титановые сплавы подразделяются на сплавы нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные, повышенной пластичности. По способности упрочняться с помощью термической обработки они делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой; по структуре в отожженном состоянии они классифицируются на а-, псевдо-а, а + р, псевдо-р и р-сплавы.

Применение титановых сплавов

• В авиастроении, ракетостроении: каркасные детали, обшивка, топливные баки, детали реактивных двигателей, диски и лопатки компрессоров, детали воздухозаборника, детали корпусов ракетных двигателей второй и третьей ступени и т.д.
• В судостроении: обшивка корпусов судов и подводных лодок, сварные трубы, гребные винты, детали насосов и др.
• В химической промышленности: реакторы для агрессивных сред, насосы, змеевики, центрифуги и др.
• В гальванотехнике: ванны для хромирования, анодные корзины, теплообменники, трубопроводы, подвески и др.
• В газовой и нефтяной промышленности: фильтры, седла клапанов, резервуары, отстойники и др.
• В криогенной технике: детали холодильников, насосов компрессоров, теплообменники и др.
• В пищевой промышленности: сепараторы, холодильники, ёмкости для продуктов, цистерны и др.
• В медицинской промышленности: инструмент, наружные и внутренние протезы, внутрикостные фиксаторы, зажимы и др.

Марки и классы титана

Получение

Брусок кристаллического титана (чистота 99,995 %, вес ≈283 г, длина ≈14 см, диаметр ≈25 мм), изготовленный на заводе «Уралредмет» иодидным методом ван Аркеля и де Бура

Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а невосстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO₂. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl₄:

TiO2+2C+2Cl2→TiCl4+2CO{\displaystyle {\mathsf {TiO_{2}+2C+2Cl_{2}\rightarrow TiCl_{4}+2CO}}}

Образующиеся пары TiCl₄ при 850 °C восстанавливают магнием:

TiCl4+2Mg→2MgCl2+Ti{\displaystyle {\mathsf {TiCl_{4}+2Mg\rightarrow 2MgCl_{2}+Ti}}}

Кроме этого, в настоящее время начинает получать популярность так называемый процесс FFC Cambridge, названный по именам его разработчиков Дерека Фрэя, Тома Фартинга и Джорджа Чена из Кембриджского университета, где он был создан. Этот электрохимический процесс позволяет осуществлять прямое непрерывное восстановление титана из оксида в расплаве смеси хлорида кальция и негашёной извести (оксида кальция). В этом процессе используется электролитическая ванна, наполненная смесью хлорида кальция и извести, с графитовым расходуемым (либо нейтральным) анодом и катодом, изготовленным из подлежащего восстановлению оксида. При пропускании через ванну тока температура быстро достигает ~1000—1100 °C, и расплав оксида кальция разлагается на аноде на кислород и металлический кальций:

2CaO→2Ca+O2{\displaystyle {\mathsf {2CaO\rightarrow 2Ca+O_{2}}}}

Полученный кислород окисляет анод (в случае использования графита), а кальций мигрирует в расплаве к катоду, где и восстанавливает титан из его оксида:

O2+C→CO2{\displaystyle {\mathsf {O_{2}+C\rightarrow CO_{2}}}}

TiO2+2Ca→Ti+2CaO{\displaystyle {\mathsf {TiO_{2}+2Ca\rightarrow Ti+2CaO}}}

Образующийся оксид кальция вновь диссоциирует на кислород и металлический кальций, и процесс повторяется вплоть до полного преобразования катода в титановую губку либо исчерпания оксида кальция. Хлорид кальция в данном процессе используется как электролит для придания электропроводности расплаву и подвижности активным ионам кальция и кислорода. При использовании инертного анода (например, диоксида олова), вместо углекислого газа на аноде выделяется молекулярный кислород, что меньше загрязняет окружающую среду, однако процесс в таком случае становится менее стабильным, и, кроме того, в некоторых условиях более энергетически выгодным становится разложение хлорида, а не оксида кальция, что приводит к высвобождению молекулярного хлора.

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl₄. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электронно-лучевую или плазменную переработку.

Элементы: Титан – самый прочный металл

Дата: 15.05.2019

Металл, который в итоге назвали «титан», открыли в конце 18 века независимо друг от друга Уильям Грегор (Англия) и Мартин Клапрот (Германия). Грегор новый элемент назвал «менакин», а Клапрот – «титан». Позже выяснилось, что в обоих случаях это был не чистый металл, а его диоксид — минерал рутил. В 1805 году французский учёный Луи Воклен обнаружил титан в минерале анатазе, доказав, что рутил и анатаз — полиморфные разновидности диоксида титана с одинаковой химической формулой ТіО₂.

Анатаз (ТіО2), кристалл 2,7 х 2,1 х 2 см. Провинция Хордаланн (Норвегия).

Относительно чистый титан из-за сложности очистки был получен только в 1825 году шведским химиком Якобом Берцелиусом. Предложенное Клапротом название «титан» в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, позже и утвердилось за этим элементом. И лишь в 1925 году голландские учёные ван Аркель и де Бур получили титан высокой степени чистоты – 99,9 %. Хотя на самом деле чистый титан был впервые получен в 1875 г. русским ученым Д.К. Кирилловым. Результаты его опытов были опубликованы в статье «Исследования над титаном». Но работа малоизвестного российского химика осталась незамеченной.

Титановый кристаллический пруток высокой чистоты (99,99 %), масса 283 г.

После получения титана высокой степени чистоты выяснилось, что его свойства напрямую зависят от степени очистки от примесей. Чистый титан обладает значительной твердостью: в 12 раз тверже алюминия и в 4 раза твёрже железа и меди. В чистом виде титан (Ti) – серебристо-серый лёгкий металл № 22 в Таблице Менделеева с атомной массой 47,86. Он отличается самым большим отношением прочности к массе из всех элементов таблицы. Это значит, что пластина из титана будет весить на 50% меньше, чем из стали, при одинаковой прочности.

По распространённости в земной коре титан находится на 10-м месте, где его среднее содержание (кларк) составляет 5,7 кг/т. Известно более 100 титановых минералов, важнейшими из которых являются: рутил(анатаз) TiO₂, ильменит FeTiO₃, титаномагнетит FeTiO₃ + Fe₃O₄, перовскит CaTiO₃, титанит (сфен) CaTiSiO₅.

Ильменит (титанистый железняк, FeTiO₃) – весьма распространённый минерал лунных горных пород. Эти данные были получены после изучения образцов пород, доставленных на Землю по программе «Аполлон» (НАСА) в 1969-72 годах.

Ильменит (FeTiO3), кристалл 10 см, Ильменские горы, Ю. Урал.

Анализ данных, полученных с лунных орбитальных станций последних лет, позволяет утверждать, что концентрации титана в отдельных областях Луны соизмеримы с концентрациями этого элемента на земных месторождениях. Так как титан в виде сплавов является важнейшим конструкционным материалом в авиа- ,ракето — и кораблестроении, потребности промышленности в этом металле с каждым годом будут расти.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами этого элемента. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений, равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений – Ярегское, находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн руды со средним содержанием диоксида титана около 10 %.