二酸化チタンとしても知られる酸化チタンは、塗料、コーティング、プラスチック、日焼け止めに一般的に使用される天然の白色顔料です。高い屈折率と不透明性を持っています。
| IUPAC名 | 酸化チタン(IV) |
| 分子式 | TiO2 |
| CAS番号 | 13463-67-7 |
| 同義語 | 二酸化チタン、チタン、アナターゼ、ブルッカイト、ルチル、八面体モレキュラーシーブ (OMS)、E171 |
| インチチ | InChI=1S/2O.Ti |
| InChIKey=ZQIUJXQCIJLZJK-UHFFFAOYSA-N |
二酸化チタンの性質
酸化チタンのモル質量
酸化チタン (TiO2) のモル質量は約 79.87 g/mol です。白色、無臭、無味の粉末で、水、有機溶剤に不溶です。モル質量は、単一の TiO2 分子を構成する 1 つのチタン原子と 2 つの酸素原子の原子質量を加算することによって計算されます。この値は、酸化チタンが関与する化学反応の化学量論を決定するために重要です。
酸化チタンの沸点
酸化チタンは融点に達する前に分解するため、明確に定義された沸点がありません。 TiO2 の分解温度は、材料の結晶構造、粒子サイズ、純度によって異なります。たとえば、ルチル型 TiO2 は約 1850°C で分解しますが、アナターゼ型 TiO2 はそれより低い温度、約 1600°C で分解します。より高い温度では、酸化チタンは金属チタンに還元されます。この特性により、炉の内張りや耐火レンガなどの高温用途で有用な材料となります。
酸化チタンの融点
酸化チタンの融点は結晶構造に依存します。アナターゼ型 TiO2 の融点は約 1550°C ですが、ルチル型 TiO2 の融点は約 1850°C とさらに高くなります。 TiO2 の融点は、材料中に存在する鉄やその他の遷移金属などの不純物にも影響を受け、融点が低下したり結晶構造が変化したりする可能性があります。高温では、酸化チタンは還元を受けて金属チタンを形成することがあります。
酸化チタンの密度 g/ml
酸化チタンの密度は結晶構造と粒子径によって異なります。アナターゼ型 TiO2 の密度は 3.78 g/cm3 ですが、ルチル型 TiO2 の密度は 4.23 g/cm3 とより高くなります。材料中に存在する不純物は TiO2 の結晶構造に影響を与え、粒子の充填密度を変化させ、その結果密度に影響を与える可能性があります。他の金属酸化物と比較して、酸化チタンは密度が低いため、低い重量対体積比が求められる用途に有用な材料です。
酸化チタンの分子量
酸化チタン (TiO2) の分子量は約 79.87 g/mol です。チタン原子1個と酸素原子2個からなる化合物です。分子量は、酸化チタンが関与する化学反応の化学量論およびその物理的および化学的特性を決定する際に重要です。
二酸化チタンの構造
二酸化チタンには、ルチル、アナターゼ、ブルッカイトという 3 つの主な結晶構造があります。ルチルは最も安定で正方晶系の結晶構造を持ちますが、アナターゼはより開いた歪んだ正方晶系の構造を持ちます。ブルッカイトは斜方晶系の結晶構造を持っています。二酸化チタンの結晶構造は、密度、融点、反応性などの物理的および化学的特性に影響を与えます。二酸化チタンの構造は、他の金属をドーピングしたり、合成条件を変更したりすることによって変更でき、その結果、独自の特性と用途を備えた材料が得られます。
二酸化チタンの配合
二酸化チタンの化学式は TiO2 で、各 TiO2 分子には 1 つのチタン原子と 2 つの酸素原子が含まれていることを示します。この式は、二酸化チタンが関与する化学反応の化学量論およびその物理的および化学的特性を決定するために重要です。この式は、顔料、コーティング、セラミックの製造など、特定の用途に必要な二酸化チタンの量を計算するためにも使用できます。
| 外観 | 白い粉 |
| 比重 | 3.9 – 4.25 |
| 色 | 白 |
| 匂い | 無臭 |
| モル質量 | 79.87 g/モル |
| 密度 | 3.78 – 4.23 g/cm3 |
| 融合点 | 1550℃（アナターゼ）～1850℃（ルチル） |
| 沸点 | 沸騰する前に分解してしまう |
| フラッシュドット | 適用できない |
| 水への溶解度 | 不溶性 |
| 溶解性 | 水や有機溶剤に不溶 |
| 蒸気圧 | 適用できない |
| 蒸気密度 | 適用できない |
| pKa | 適用できない |
| pH | 6.5 – 8.5 |
二酸化チタンは安全ですか?
二酸化チタンは一般に安全で無毒であると考えられています。可燃性、爆発性、または他の化学物質との反応性はありません。ただし、他の微粒子と同様に、高濃度で吸入すると呼吸器への刺激物となる可能性があり、咳、胸の圧迫感、息切れを引き起こす可能性があります。高レベルの粉塵に長時間さらされると、肺に損傷を与える可能性もあります。二酸化チタンを大量に取り扱う場合は、換気の良い場所で取り扱い、防塵マスクなどの適切な個人用保護具を着用することが重要です。さらに、二酸化チタンの誤飲や目との接触も避けてください。
| ハザードシンボル | なし |
| セキュリティの説明 | 通常の使用状況では危険とは考えられません |
| 国連識別番号 | 適用できない |
| HSコード | 28230000 |
| 危険等級 | 危険物として分類されていない |
| 梱包グループ | 適用できない |
| 毒性 | 一般に無毒であると考えられていますが、高濃度で吸入すると呼吸器官を刺激する可能性があります。 |
酸化チタンの合成方法
酸化チタンは、化学的および物理的プロセスを含むいくつかの方法で合成できます。最も一般的な方法は次のとおりです。
- 硫酸塩プロセスでは、チタン鉱石と硫酸を反応させて二酸化チタンの水和物を生成し、これを高温で焼成して最終製品を取得します。
- 塩化物プロセスには、チタン鉱石と塩素ガスを反応させて四塩化チタンを形成し、その後加水分解を経て二酸化チタンが得られます。
- ゾルゲル法では、溶液中のチタンアルコキシドの加水分解に続いて縮合反応が起こり、ゲルが形成されます。その後、ゲルを乾燥、焼成して酸化チタンを生成します。
- 火炎合成法では、燃料と酸化剤を火炎中で燃焼させて高温のガス流を発生させ、酸化チタン粒子を製造します。チタン前駆体が炎の中に注入され、そこで反応して粒子が形成されます。
- 水熱合成法では、高温高圧下でチタン前駆体を水溶液に溶解させ、酸化チタンの結晶成長を促進させます。
方法の選択は、酸化チタン製品の望ましい特性、およびプロセスのコストと実現可能性に依存します。各方法には独自の利点と限界があり、研究者は特性と性能が向上した酸化チタンを合成するための新しい方法を模索し続けています。
二酸化チタンは何に使われますか?
酸化チタンは、高屈折率、高不透明度、優れた耐紫外線性などのユニークな特性により、幅広い用途に使用されています。酸化チタンの最も一般的な用途には次のようなものがあります。
- 二酸化チタンは高い不透明性、明るさ、耐紫外線性を備えているため、顔料業界では塗料、コーティング、プラスチック、紙に二酸化チタンを広く使用しており、屋外用途に人気があります。
- メーカーは一般に、紫外線から皮膚を保護する効果的な紫外線吸収剤として、日焼け止めやその他の化粧品に二酸化チタンを使用しています。
- 電気セラミックス、触媒コンバーター、セラミック釉薬などのセラミック材料の生産は、主要成分として二酸化チタンに大きく依存しています。
- ポリエチレンやその他のポリマーの製造を含むさまざまな化学反応において、二酸化チタンは触媒として機能します。
- エレクトロニクス産業では、誘電率が高く導電率が低いため、コンデンサや抵抗器などの電子デバイスの製造に二酸化チタンが使用されています。
- 反射率と耐久性を向上させるために、メーカーはレンズ、ミラー、その他の光学部品に二酸化チタンの薄層を塗布します。これは光学コーティング業界で広く使用されています。
- 二酸化チタンは、その優れた生体適合性と耐食性により、歯科インプラントなどの医療用インプラントの生物医学用途に使用されています。
酸化チタンの用途の多様性は、さまざまな産業における酸化チタンの重要性と将来のイノベーションの可能性を浮き彫りにしています。
質問: 食品中の二酸化チタン
二酸化チタンは、食品を白くしたり光沢を与えるために一般的に使用される食品添加物です。食品の成分表示には、E171 または「二酸化チタン」と記載されることがよくあります。米国、欧州連合、その他多くの国で食品着色料として承認されています。メーカーはこれを使用して、白く光沢のある外観を与え、キャンディ、ガム、焼き菓子、乳製品、飲料などの食品の食感や粘稠度を改善します。さらに、特定の食品の不透明性を改善するための光拡散剤としても使用されます。
二酸化チタンは一般に食品用途に安全であると考えられていますが、大量に摂取すると有害になる可能性があるという懸念があります。研究では、二酸化チタンのナノ粒子が人間の健康、特に消化器系に有毒な影響を与える可能性があることが示唆されています。ただし、食品中の二酸化チタンの安全性を判断するには、さらなる研究が必要です。
一部の国では、食品への二酸化チタンの使用を制限する措置を講じています。たとえば、フランスは 2020 年に食品添加物としての二酸化チタンの使用を禁止し、欧州連合は現在食品中の二酸化チタンの安全性を審査中です。消費者は、他の食品添加物と同様に、二酸化チタンの潜在的なリスクと利点を認識し、消費する食品について情報に基づいた選択を行う必要があります。