이산화티타늄으로도 알려진 산화티타늄은 페인트, 코팅제, 플라스틱 및 자외선 차단제에 일반적으로 사용되는 천연 백색 안료입니다. 굴절률과 불투명도가 높습니다.
| IUPAC 이름 | 티타늄(IV)산화물 |
| 분자식 | TiO2 |
| CAS 번호 | 13463-67-7 |
| 동의어 | 이산화티타늄, 티타늄, 아나타제, 브루카이트, 금홍석, 팔면체 분자체(OMS), E171 |
| 인치 | InChI=1S/2O.Ti |
| InChIKey=ZQIUJXQCIJLZJK-UHFFFAOYSA-N |
이산화티타늄의 성질
몰 질량 of Titanium Oxide
산화티타늄(TiO2)의 몰질량은 약 79.87g/mol입니다. 백색의 무취, 무미의 분말로 물과 유기용매에 녹지 않습니다. 몰 질량은 단일 TiO2 분자를 구성하는 하나의 티타늄 원자와 두 개의 산소 원자의 원자 질량을 더하여 계산됩니다. 이 값은 산화티타늄과 관련된 화학반응의 화학량론을 결정하는 데 중요합니다.
산화티타늄의 끓는점
산화티타늄은 녹는점에 도달하기 전에 분해되기 때문에 끓는점이 잘 정의되어 있지 않습니다. TiO2의 분해 온도는 물질의 결정 구조, 입자 크기 및 순도에 따라 달라집니다. 예를 들어, 금홍석 TiO2는 약 1850°C에서 분해되는 반면 아나타제 TiO2는 더 낮은 온도인 약 1600°C에서 분해됩니다. 더 높은 온도에서는 산화티타늄이 금속티타늄으로 환원됩니다. 이 특성으로 인해 용광로 라이닝 및 내화 벽돌과 같은 고온 응용 분야에 유용한 재료가 됩니다.
산화티타늄의 녹는점
산화티타늄의 녹는점은 결정 구조에 따라 달라집니다. 아나타제 TiO2의 융점은 약 1550°C인 반면, 금홍석 TiO2는 약 1850°C의 더 높은 융점을 갖습니다. TiO2의 융점은 철 및 기타 전이 금속과 같은 물질에 존재하는 불순물의 영향을 받아 융점을 낮추고 결정 구조를 변경할 수 있습니다. 고온에서 산화티타늄은 환원되어 티타늄 금속을 형성할 수 있습니다.
산화티타늄의 밀도 g/ml
산화티타늄의 밀도는 결정 구조와 입자 크기에 따라 달라집니다. 아나타제 TiO2는 밀도가 3.78g/cm3인 반면, 금홍석 TiO2는 밀도가 4.23g/cm3로 더 높습니다. 재료에 존재하는 불순물은 TiO2의 결정 구조에 영향을 미치고 입자의 충전 밀도를 변경하여 밀도에 영향을 줄 수 있습니다. 다른 금속 산화물과 비교하여 산화티타늄은 밀도가 낮기 때문에 낮은 중량 대 부피 비율이 요구되는 응용 분야에 유용한 재료입니다.
산화티타늄의 분자량
산화티타늄(TiO2)의 분자량은 약 79.87g/mol입니다. 티타늄 원자 1개와 산소 원자 2개로 구성된 화합물입니다. 분자량은 산화티타늄과 관련된 화학반응의 화학양론은 물론 물리적, 화학적 특성을 결정하는 데 중요합니다.
이산화티타늄의 구조
이산화티타늄은 루틸(rutile), 아나타제(anatase) 및 브루카이트(brookite)의 세 가지 주요 결정 구조를 가지고 있습니다. 루틸은 가장 안정하고 정방정계 결정 구조를 가지고 있는 반면, 아나타제는 더욱 개방적이고 왜곡된 정방정계 구조를 가지고 있습니다. 브루카이트는 사방정계 결정 구조를 가지고 있습니다. 이산화티타늄의 결정 구조는 밀도, 녹는점, 반응성과 같은 물리적, 화학적 특성에 영향을 미칩니다. 이산화티타늄의 구조는 다른 금속을 도핑하거나 합성 조건을 변경하여 변형될 수 있으며, 이를 통해 독특한 특성과 용도를 가진 재료를 만들 수 있습니다.
이산화티타늄 공식
이산화티타늄의 화학식은 TiO2이며, 이는 각 TiO2 분자에 티타늄 원자 1개와 산소 원자 2개가 포함되어 있음을 나타냅니다. 이 공식은 이산화티타늄과 관련된 화학반응의 화학양론은 물론 물리적, 화학적 특성을 결정하는 데 중요합니다. 이 공식은 안료, 코팅, 세라믹 생산과 같은 특정 용도에 필요한 이산화티타늄의 양을 계산하는 데에도 사용할 수 있습니다.
| 모습 | 백색분말 |
| 비중 | 3.9 – 4.25 |
| 색상 | 하얀색 |
| 냄새가 나다 | 냄새 없는 |
| 몰 질량 | 79.87g/몰 |
| 밀도 | 3.78~4.23g/cm3 |
| 융합점 | 1550°C(아나타제) – 1850°C(금홍석) |
| 비점 | 끓기 전에 분해됨 |
| 플래시 도트 | 해당 없음 |
| 물에 대한 용해도 | 불용성 |
| 용해도 | 물과 유기 용매에 불용성 |
| 증기압 | 해당 없음 |
| 증기 밀도 | 해당 없음 |
| pKa | 해당 없음 |
| pH | 6.5 – 8.5 |
이산화티타늄은 안전한가요?
이산화티타늄은 일반적으로 안전하고 무독성으로 간주됩니다. 가연성, 폭발성 또는 다른 화학 물질과 반응성이 없습니다. 그러나 다른 미세 입자와 마찬가지로 고농도로 흡입하면 호흡기를 자극할 수 있으며, 이로 인해 기침, 가슴 답답함, 호흡 곤란이 발생할 수 있습니다. 높은 수준의 먼지에 장기간 노출되면 폐 손상을 일으킬 수도 있습니다. 이산화티타늄은 환기가 잘 되는 곳에서 취급하고, 대량 취급 시에는 방진마스크 등 적절한 개인 보호 장비를 착용하는 것이 중요합니다. 또한, 이산화티타늄을 우발적으로 섭취하거나 눈에 접촉하는 것을 피해야 합니다.
| 위험 기호 | 없음 |
| 보안 설명 | 일반적인 사용 조건에서는 위험하지 않은 것으로 간주됩니다. |
| UN 식별 번호 | 해당 없음 |
| HS 코드 | 28230000 |
| 위험 등급 | 위험물로 분류되지 않음 |
| 포장그룹 | 해당 없음 |
| 독성 | 일반적으로 무독성으로 간주되지만, 고농도 흡입 시 호흡기를 자극할 수 있습니다. |
산화티타늄의 합성 방법
산화티타늄은 화학적, 물리적 공정을 포함한 여러 방법으로 합성될 수 있습니다. 가장 일반적인 방법은 다음과 같습니다.
- 황산염 공정은 티타늄 광석을 황산과 반응시켜 수화된 형태의 이산화티타늄을 생성하고, 이를 고온에서 하소시켜 최종 제품을 얻습니다.
- 염화물 공정은 티타늄 광석을 염소 가스와 반응시켜 사염화티타늄을 형성한 후 가수분해를 거쳐 이산화티타늄을 얻는 과정을 포함합니다.
- 졸-겔 방법에서는 용액 내 티타늄 알콕시드의 가수분해 후에 겔을 형성하는 축합 반응이 뒤따릅니다. 그런 다음 겔을 건조하고 소성하여 산화티타늄을 생성합니다.
- 화염합성 공정은 화염 속에서 연료와 산화제를 연소시켜 고온의 가스 기류를 발생시켜 산화티타늄 입자를 생성하는 공정입니다. 티타늄 전구체는 화염에 주입되어 반응하고 입자를 형성합니다.
- 수열합성법에서는 티타늄 전구체가 고온, 고압의 수용액에 용해되어 산화티타늄 결정의 성장을 촉진한다.
방법의 선택은 산화티타늄 제품의 원하는 특성뿐만 아니라 공정의 비용과 실행 가능성에 따라 달라집니다. 각 방법에는 고유한 장점과 한계가 있으며, 연구자들은 향상된 특성과 성능을 갖춘 산화티타늄을 합성하기 위한 새로운 방법을 계속해서 탐구하고 있습니다.
이산화티타늄은 어떤 용도로 사용되나요?
산화티타늄은 높은 굴절률, 높은 불투명도, 우수한 UV 저항성을 포함한 독특한 특성으로 인해 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 산화티타늄의 가장 일반적인 용도는 다음과 같습니다.
- 안료 산업에서는 이산화티타늄이 높은 불투명도, 밝기 및 UV 저항성을 제공하여 외부 응용 분야에 널리 사용되기 때문에 페인트, 코팅, 플라스틱 및 종이에 이산화티타늄을 널리 사용합니다.
- 제조업체는 일반적으로 자외선으로부터 피부를 보호하기 위한 효과적인 UV 흡수제로 자외선 차단제 및 기타 화장품에 이산화티타늄을 사용합니다.
- 전기 세라믹, 촉매 변환기 및 세라믹 유약을 포함한 세라믹 재료의 생산은 이산화티타늄을 핵심 구성 요소로 크게 의존합니다.
- 폴리에틸렌 및 기타 중합체 생산을 포함한 다양한 화학 반응에서 이산화티타늄은 촉매 역할을 합니다.
- 전자 산업에서는 유전 상수가 높고 전기 전도성이 낮기 때문에 커패시터 및 저항기와 같은 전자 장치 생산에 이산화티타늄을 사용합니다.
- 반사율과 내구성을 향상시키기 위해 제조업체는 광학 코팅 산업에서 널리 사용되는 렌즈, 거울 및 기타 광학 부품에 얇은 이산화티타늄 층을 적용합니다.
- 뛰어난 생체 적합성과 내식성으로 인해 치과 임플란트와 같은 의료용 임플란트는 생체 의학 응용 분야에서 이산화 티타늄을 사용합니다.
산화티타늄의 다양한 응용 분야는 다양한 산업 분야에서의 중요성과 미래 혁신 가능성을 강조합니다.
질문: 식품에 함유된 이산화티타늄
이산화티타늄은 식품을 미백하고 밝게 하는 데 일반적으로 사용되는 식품 첨가물입니다. 식품의 성분 라벨에는 종종 E171 또는 “이산화티타늄”으로 표시됩니다. 미국, 유럽 연합 및 기타 여러 국가에서 식용 색소로 승인되었습니다. 제조업체는 흰색의 반짝이는 외관을 제공하고 사탕, 껌, 구운 식품, 유제품 및 음료를 포함한 식품의 질감과 일관성을 개선하기 위해 이를 사용합니다. 또한 특정 식품의 불투명도를 개선하기 위한 광 확산제로 사용됩니다.
이산화티탄은 일반적으로 식품으로 사용하기에 안전한 것으로 간주되지만, 다량으로 섭취하면 해로울 수 있다는 우려가 있습니다. 연구에 따르면 이산화티탄 나노입자는 인간의 건강, 특히 소화 시스템에 독성 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 식품에 함유된 이산화티타늄의 안전성을 결정하기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다.
일부 국가에서는 식품에 이산화티탄 사용을 제한하는 조치를 취했습니다. 예를 들어, 프랑스는 2020년부터 이산화티타늄을 식품 첨가물로 사용하는 것을 금지했으며, 유럽연합에서는 현재 식품에 이산화티타늄의 안전성을 검토하고 있습니다. 소비자는 모든 식품 첨가물과 마찬가지로 이산화티타늄의 잠재적인 위험과 이점을 인지하고 소비하는 식품에 대해 정보에 입각한 선택을 해야 합니다.