Descripción
| Descripción | |||||||||
| En la naturaleza existe en varias formas: brookita (estructura ortorrómbica), anatasa (estructura tetragonal) y rutilo (estructura tetragonal). Tanto el rutilo como la anatasa son producidos a gran escala de forma industrial y se los usa principalmente como catalizadores o pigmentos para superficies. Su producción anual fue de 8 400 000 toneladas en el año 20192.
El dióxido de titanio también es usado como colorante para comidas con la numeración E171 |
|||||||||
| Estructura | |||||||||
| En sus tres dióxidos principales, el titanio presenta una geometría octaédrica, estando unido a seis aniones óxido. Los óxidos, a su vez, están unidos a tres centros de Ti. Las estructuras cristalinas generales del rutilo y la anatasa son de simetría tetragonal, mientras que la brookita es ortorrómbica. Todas las subestructuras de oxígeno son ligeras distorsiones del empaquetamiento compacto: en el rutilo, los aniones de óxido están dispuestos en un empaquetamiento estrecho hexagonal distorsionado, mientras que en la anatasa están próximos al empaquetamiento estrecho cúbico y en la brookita al «empaquetamiento estrecho hexagonal doble». La estructura de rutilo está muy extendida en otros dióxidos y difluoruros metálicos, como RuO2 y ZnF2.
El dióxido de titanio fundido tiene una estructura local en la que cada Ti está coordinado, por término medio, con unos 5 átomos de oxígeno.3 Esto es distinto de las formas cristalinas en las que el Ti se coordina con 6 átomos de oxígeno. |
|||||||||
| Química | |||||||||
| El dióxido de titanio es anfótero,4 químicamente muy estable, no es atacado por compuestos orgánicos o inorgánicos (no es atacado por ácidos o álcalis) y se disuelve en ácido sulfúrico concentrado y ácido fluorhídrico.5 Además se descubrió que es un excelente fotocatalizador, lo que quiere decir que acelera las reacciones provocadas por la luz. | |||||||||
| Propiedades físicas | |||||||||
| Refleja la mayoría de la radiación electromagnética visible, por lo que es un muy buen pigmento blanco. Además absorbe la luz ultravioleta y es capaz de mantener su color a pesar de estar en exposición a la radiación solar. | |||||||||
| Aplicaciones | |||||||||
| Tiene una amplia gama de aplicaciones en la industria química en general.6 Los pigmentos de dióxido de titanio se utilizan principalmente en la producción de pinturas y plásticos, así como en papel, tintas de impresión, cosméticos, productos textiles, farmacéuticos y alimentarios. El dióxido de titanio es el pigmento más habitualmente utilizado en el mundo, que proporciona a los productos finales una brillante blancura, opacidad y protección.7 Así mismo, es empleado en las artes gráficas donde se precisan pequeños espesores de pigmentos, como de dióxido de titanio, muy finos. También se ha usado como agente blanqueador y opacador en esmaltes de porcelana, dando un acabado final de gran brillo, dureza y resistencia al ácido.
Investigadores de la Universidad tecnológica de Nanyang en Singapur informaron en octubre de 2014 que utilizando un gel de una mezcla de dióxido de titanio e hidróxido de sodio en el ánodo de una batería esta puede recargarse hasta un 70% de su capacidad en solo 2 minutos y tener una vida útil de más de 20 años (10 000 ciclos de recarga), diez veces más que una batería de Li-ion existente (500 ciclos de recarga), dando así origen a baterías de carga ultrarrápida. Estos investigadores han hallado una manera de transformar la forma esférica del dióxido de titanio en diminutos nanotubos, que son mil veces más delgados que el diámetro de un cabello humano. Este nuevo gel se podrá integrar muy fácilmente a los actuales procesos de producción de los fabricantes de baterías con lo que su incorporación a la industria se verá muy favorecida.8 Plásticos: sus propiedades permiten minimizar la fragilidad, la decoloración y otros efectos adversos que genera la luz. Por lo que el dióxido permite extender la vida útil de una gran variedad de plásticos y cauchos. |
|||||||||
| Producción y presencia | |||||||||
| La producción de TiO2 llega a alcanzar ventas de 4 millones de toneladas anuales, es el pigmento blanco más producido en el mundo, y su consumo sigue un aumento de alrededor de 2% anual (2004). Los grandes consumidores de este compuesto son las industrias de pinturas y plásticos. La elaboración del dióxido de titanio genera 3.8 toneladas de productos derivados por cada tonelada de TiO2 producida. Generalmente estos productos son vendidos o reciclados, convertidos en productos que servirán como materia prima para otras industrias: elaboración de cementos, agricultura o tratamiento de terrenos.
El TiO2 sintético se produce principalmente a partir del mineral ilmenita. El rutilo y la anatasa, que se dan de forma natural, también están muy extendidos, por ejemplo, el rutilo como «mineral pesado» en la arena de playa. El leucoxeno, anatasa de grano fino formada por alteración natural de la ilmenita, es otro mineral. El zafiro estrellas y el rubíes obtienen su asterismo de inclusiones orientadas de agujas de rutilo.10 Mineralogía y polimorfos poco comunes Se afirmó que la fase de tipo cotunnita era el óxido más duro conocido, con una dureza Vickers de 38 GPa y un módulo de masa de 431 GPa (es decir, cercano al valor del diamante de 446 GPa) a presión atmosférica.15 Sin embargo, estudios posteriores llegaron a conclusiones diferentes con valores mucho más bajos tanto para la dureza (7-20 GPa, lo que lo hace más blando que los óxidos comunes como el corindón Al2O3 y el rutilo TiO2)16 y módulo aparente (~300 GPa).1718 El dióxido de titanio (B) se encuentra como mineral en rocas magmáticas y venas hidrotermales, así como en bordes de meteorización sobre perovskita. El TiO2 también forma lamelas en otros minerales.19 El dióxido de titanio tiene doce polimorfos conocidos: además de rutilo, anatasa, brookita, akaogiita y riesita, se pueden producir sintéticamente tres fases metaestables (monoclínico, tetragonal, y ortorrómbica tipo ramsdellita), y también existen cuatro formas de alta presión (tipo α-PbO2, tipo cotunnita, OI ortorrómbica y fases cúbicas): |
