L’ossido di titanio, noto anche come biossido di titanio, è un pigmento bianco naturale comunemente utilizzato in vernici, rivestimenti, plastica e filtri solari. Ha un alto indice di rifrazione e opacità.
| Nome IUPAC | Ossido di titanio (IV). |
| Formula molecolare | TiO2 |
| numero CAS | 13463-67-7 |
| Sinonimi | Biossido di titanio, titanio, anatasio, brookite, rutilo, setaccio molecolare ottaedrico (OMS), E171 |
| InChI | InChI=1S/2O.Ti |
| InChIKey=ZQIUJXQCIJLZJK-UHFFFAOYSA-N |
Proprietà del biossido di titanio
Massa molare dell’ossido di titanio
La massa molare dell’ossido di titanio (TiO2) è di circa 79,87 g/mol. È una polvere bianca, inodore e insapore, insolubile in acqua e solventi organici. La massa molare viene calcolata sommando le masse atomiche di un atomo di titanio e due atomi di ossigeno che compongono una singola molecola di TiO2. Questo valore è importante per determinare la stechiometria delle reazioni chimiche che coinvolgono l’ossido di titanio.
Punto di ebollizione dell’ossido di titanio
L’ossido di titanio non ha un punto di ebollizione ben definito poiché si decompone prima di raggiungere il punto di fusione. La temperatura di decomposizione del TiO2 dipende dalla struttura cristallina, dalla dimensione delle particelle e dalla purezza del materiale. Ad esempio, il TiO2 rutilo si decompone a circa 1850°C, mentre l’anatasio TiO2 si decompone a una temperatura più bassa, intorno a 1600°C. A temperature più elevate, l’ossido di titanio viene ridotto al titanio metallico. Questa proprietà lo rende un materiale utile in applicazioni ad alta temperatura, come rivestimenti di forni e mattoni refrattari.
Punto di fusione dell’ossido di titanio
Il punto di fusione dell’ossido di titanio dipende dalla sua struttura cristallina. L’anatasio TiO2 ha un punto di fusione di circa 1550°C, mentre il TiO2 rutilico ha un punto di fusione più alto di circa 1850°C. Il punto di fusione del TiO2 è influenzato anche dalle impurità presenti nel materiale, come ferro e altri metalli di transizione, che possono abbassare il punto di fusione e modificare la struttura cristallina. Ad alte temperature, l’ossido di titanio può subire una riduzione per formare titanio metallico.
Densità dell’ossido di titanio g/ml
La densità dell’ossido di titanio dipende dalla struttura cristallina e dalla dimensione delle particelle. L’anatasio TiO2 ha una densità di 3,78 g/cm3, mentre il TiO2 rutilico ha una densità maggiore di 4,23 g/cm3. Le impurità presenti nel materiale influenzano la struttura cristallina del TiO2 e possono modificare la densità di impaccamento delle sue particelle, influenzandone così la densità. Rispetto ad altri ossidi metallici, l’ossido di titanio ha una bassa densità, rendendolo un materiale utile in applicazioni in cui si desidera un basso rapporto peso/volume.
Peso molecolare dell’ossido di titanio
Il peso molecolare dell’ossido di titanio (TiO2) è di circa 79,87 g/mol. È un composto composto da un atomo di titanio e due atomi di ossigeno. Il peso molecolare è importante per determinare la stechiometria delle reazioni chimiche che coinvolgono l’ossido di titanio, nonché le sue proprietà fisiche e chimiche.
Struttura del biossido di titanio
Il biossido di titanio ha tre strutture cristalline principali: rutilo, anatasio e brookite. Il rutilo è il più stabile e ha una struttura cristallina tetragonale, mentre l’anatasio ha una struttura tetragonale più aperta e distorta. La Brookite ha una struttura cristallina ortorombica. La struttura cristallina del biossido di titanio influenza le sue proprietà fisiche e chimiche, come la densità, il punto di fusione e la reattività. La struttura del biossido di titanio può essere modificata mediante drogaggio con altri metalli o modificando le condizioni di sintesi, ottenendo materiali con proprietà e applicazioni uniche.
Formula di biossido di titanio
La formula chimica del biossido di titanio è TiO2, che indica che ciascuna molecola di TiO2 contiene un atomo di titanio e due atomi di ossigeno. La formula è importante per determinare la stechiometria delle reazioni chimiche che coinvolgono il biossido di titanio, nonché le sue proprietà fisiche e chimiche. La formula può essere utilizzata anche per calcolare la quantità di biossido di titanio necessaria in una particolare applicazione, come nella produzione di pigmenti, rivestimenti e ceramiche.
| Aspetto | polvere bianca |
| Peso specifico | 3.9 – 4.25 |
| Colore | Bianco |
| Odore | Inodore |
| Massa molare | 79,87 g/mole |
| Densità | 3,78 – 4,23 g/cm3 |
| Punto di fusione | 1550°C (anatasio) – 1850°C (rutilo) |
| Punto di ebollizione | Si rompe prima dell’ebollizione |
| Punto flash | Non applicabile |
| solubilità in acqua | Insolubile |
| Solubilità | Insolubile in acqua e solventi organici |
| Pressione del vapore | Non applicabile |
| Densità del vapore | Non applicabile |
| pKa | Non applicabile |
| pH | 6.5 – 8.5 |
Il biossido di titanio è sicuro?
Il biossido di titanio è generalmente considerato sicuro e non tossico. Non è infiammabile, esplosivo o reattivo con altri prodotti chimici. Tuttavia, come qualsiasi particella fine, può essere irritante per le vie respiratorie se inalato in alte concentrazioni, causando tosse, senso di costrizione toracica e mancanza di respiro. L’esposizione prolungata a livelli elevati di polvere può anche causare danni ai polmoni. È importante maneggiare il biossido di titanio in un’area ben ventilata e indossare dispositivi di protezione individuale adeguati, come una maschera antipolvere, quando si maneggiano grandi quantità. Inoltre, dovrebbe essere evitata l’ingestione accidentale o il contatto visivo con il biossido di titanio.
| Simboli di pericolo | Nessuno |
| Descrizione della sicurezza | Non considerato pericoloso nelle normali condizioni d’uso |
| Numeri di identificazione delle Nazioni Unite | Non applicabile |
| Codice SA | 28230000 |
| Classe di pericolo | Non classificato come pericoloso |
| Gruppo di imballaggio | Non applicabile |
| Tossicità | Generalmente considerato non tossico, ma può essere irritante per le vie respiratorie se inalato in alte concentrazioni. |
Metodi per sintetizzare l’ossido di titanio
L’ossido di titanio può essere sintetizzato con diversi metodi, inclusi processi chimici e fisici. I metodi più comuni sono:
- Il processo al solfato fa reagire i minerali di titanio con acido solforico per produrre una forma idrata di biossido di titanio, che subisce calcinazione ad alte temperature per ottenere il prodotto finale.
- Il processo del cloruro prevede la reazione dei minerali di titanio con il cloro gassoso per formare tetracloruro di titanio, che poi viene sottoposto a idrolisi per ottenere biossido di titanio.
- Nel metodo sol-gel l’idrolisi degli alcossidi di titanio in soluzione è seguita da una reazione di condensazione che forma un gel. Quindi, il gel viene sottoposto ad essiccazione e calcinazione per produrre ossido di titanio.
- Il processo di sintesi della fiamma produce particelle di ossido di titanio bruciando un combustibile e un ossidante in una fiamma per generare un flusso di gas ad alta temperatura. Il precursore del titanio viene iniettato nella fiamma, dove reagisce e forma le particelle.
- Nel metodo di sintesi idrotermale, un precursore del titanio viene disciolto in una soluzione acquosa ad alta temperatura e alta pressione, che favorisce la crescita dei cristalli di ossido di titanio.
La scelta del metodo dipende dalle proprietà desiderate del prodotto a base di ossido di titanio, nonché dal costo e dalla fattibilità del processo. Ciascun metodo presenta vantaggi e limiti e i ricercatori continuano a esplorare nuovi metodi per sintetizzare l’ossido di titanio con proprietà e prestazioni migliorate.
A cosa serve il biossido di titanio?
L’ossido di titanio ha una vasta gamma di applicazioni grazie alle sue proprietà uniche, tra cui l’alto indice di rifrazione, l’elevata opacità e l’eccellente resistenza ai raggi UV. Alcuni degli usi più comuni dell’ossido di titanio sono:
- L’industria dei pigmenti utilizza ampiamente il biossido di titanio in vernici, rivestimenti, plastica e carta perché offre elevata opacità, luminosità e resistenza ai raggi UV, rendendolo una scelta popolare per applicazioni esterne.
- I produttori utilizzano comunemente il biossido di titanio nelle creme solari e in altri prodotti cosmetici come efficace assorbitore UV per proteggere la pelle dai raggi UV.
- La produzione di materiali ceramici, comprese ceramiche elettriche, convertitori catalitici e smalti ceramici, fa molto affidamento sul biossido di titanio come componente chiave.
- In varie reazioni chimiche, inclusa la produzione di polietilene e altri polimeri, il biossido di titanio funge da catalizzatore.
- L’industria elettronica utilizza il biossido di titanio nella produzione di dispositivi elettronici, come condensatori e resistori, a causa della sua elevata costante dielettrica e della bassa conduttività elettrica.
- Per migliorarne la riflettività e la durata, i produttori applicano un sottile strato di biossido di titanio su lenti, specchi e altri componenti ottici, ampiamente utilizzato nell’industria dei rivestimenti ottici.
- Grazie alla sua eccellente biocompatibilità e resistenza alla corrosione, gli impianti medici, come gli impianti dentali, utilizzano il biossido di titanio nelle applicazioni biomediche.
La diversità delle applicazioni dell’ossido di titanio evidenzia la sua importanza in vari settori e il suo potenziale per innovazioni future.
Domande: Biossido di titanio negli alimenti
Il biossido di titanio è un additivo alimentare comunemente utilizzato per sbiancare e ravvivare i prodotti alimentari. L’etichetta degli ingredienti dei prodotti alimentari spesso lo elenca come E171 o “biossido di titanio”. È approvato come colorante alimentare negli Stati Uniti, nell’Unione Europea e in molti altri paesi. I produttori lo utilizzano per conferire un aspetto bianco e lucido e per migliorare la struttura e la consistenza dei prodotti alimentari, tra cui caramelle, gomme da masticare, prodotti da forno, latticini e bevande. Inoltre, viene utilizzato come agente di diffusione della luce per migliorare l’opacità di alcuni prodotti alimentari.
Sebbene il biossido di titanio sia generalmente considerato sicuro per l’uso alimentare, si teme che consumarlo in grandi quantità possa essere dannoso. Gli studi suggeriscono che le nanoparticelle di biossido di titanio potrebbero avere effetti tossici sulla salute umana, in particolare sul sistema digestivo. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per determinare la sicurezza del biossido di titanio negli alimenti.
Alcuni paesi hanno adottato misure per limitare l’uso del biossido di titanio negli alimenti. Ad esempio, la Francia ha vietato l’uso del biossido di titanio come additivo alimentare nel 2020 e l’Unione Europea sta attualmente rivedendo la sicurezza del biossido di titanio negli alimenti. I consumatori dovrebbero essere consapevoli dei potenziali rischi e benefici del biossido di titanio, come di qualsiasi additivo alimentare, e fare scelte informate sugli alimenti che consumano.