ÓXIDO DE TITÂNIO (IV): ESTRUTURA, PROPRIEDADES, USOS - QUÍMICA - 2025

O óxido de titânio (IV) é um sólido branco cristalino inorgânico cuja fórmula química é TiO ₂, 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, o TiO ₂ puro é usado como pigmento branco.

Dentre suas características podemos destacar que a solubilidade do TiO ₂ 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.

Pó de dióxido de titânio. O uploader original foi Walkerma na Wikipedia em inglês.

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

Também é produzido como um material ultrafino, para aplicações onde a transparência e a máxima absorção ultravioleta (UV) são necessárias. Por exemplo, como um componente de protetor solar para a pele. Nestes, o TiO ₂ 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, ou FDA, estabeleceu parâmetros para seu uso seguro em alimentos e cosméticos.

Também existe um limite para a exposição ao pó de óxido de titânio, uma vez que, ao ser inalado, o pó pode depositar-se nos pulmões.

Estrutura

O TiO ₂ 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 TiO ₂ por célula. O titânio é coordenado octaedricamente. O rutilo foi demonstrado por estudos calorimétricos ser a forma cristalina mais estável termicamente.

Estrutura cristalina do rutilo. Bolas cinzas: titânio, bolas rosa: oxigênio. Fonte de estado sólido: Wikipedia Commons

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 TiO ₂ para cada célula cristalina.

Estrutura cristalina de anatase. Benjah-bmm27 Fonte: Wikipedia Commons

Brookite

Cristaliza-se 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: ao aquecer 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. Dissolve-se lentamente em HF e H ₂ SO ₄ concentrado a 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 índice de refração mais alto de todos os pigmentos inorgânicos.

Outras propriedades

Anatase se converte rapidamente em rutilo em temperaturas acima de 700ºC. O TiO ₂ que foi calcinado a 900 ° C se dissolve 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, lacas, adesivos, plásticos, papel e tintas de impressão. Isso se deve ao seu alto índice de refração e à sua inércia química.

Fonte: Pexels.com

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

Em 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 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 TiO ₂ 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, o TiO ₂ deve ser queimado a 1300 ºC, para que tenha 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, o TiO _{2 o} torna mais branco, mais claro e mais opaco.

É usado em cosméticos para ajudar a cobrir as imperfeições da pele, bem como para tornar a pasta de dente e o sabonete 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 na produção de vidros, cerâmicas e eletrocerâmicas. É usado em elementos de circuitos elétricos. Também é usado no sensor de oxigênio do sistema de escapamento de veículos motorizados.

O TiO ₂ ultrafino é usado como componente de filtro 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 TiO ₂ são utilizadas como material de suporte para catalisadores de reações químicas.

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

Referências

1. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Química Inorgânica Avançada. John Wiley & Sons.
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