酸化チタン(IV)

酸化[チタン]について

酸化[チタン]は、組成式TiO2を持つ無機化合物で、主に「二酸化チタン」として知られています。この無色の固体は、自然界において金紅石や鋭錐石、板チタン石といった鉱石に存在し、特有の光電効果を備えています。また、酸化チタンの屈折率はダイヤモンドよりも高いことが特筆されます。

構造

酸化[チタン]は、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型の結晶構造を有しており、アナターゼ型を900℃以上で加熱するとルチル型に移行します。このルチル型は最も安定した構造であり、一度形成されると低温に戻ってもその形状を保ちます。

化学的性質

酸化[チタン]はフッ化水素酸や熱濃硫酸、溶融アルカリ塩には溶解しますが、他の酸やアルカリ、水、有機溶剤にはほとんど溶けません。アナターゼ型において、バンドギャップは3.2 eVで、387 nmの紫外線よりも短波長の光を受けると、電子が励起されて自由電子と正孔が生成されます。この特性は光触媒としての有用性を示しており、生成された正孔の酸化力は非常に強いため、活性酸素種を生じることがあります。600℃以上では還元作用により青色の酸化物が生成されますが、酸素と接触すると元に戻ります。

用途

顔料・着色料

酸化チタンは広く使用される顔料であり、白色塗料、絵具、釉薬などに利用されています。特にルチル型は高い隠蔽力を持ち、業界で重宝されています。ただし、日光にさらされると色が褪せることがあり、この問題を防ぐために無機材料でコーティングすることもあります。

光触媒

アナターゼ型及びルチル型のそれぞれが光触媒として使用され、強い酸化作用によって化学物質や微生物の分解に貢献しています。壁や床にコーティングされた酸化チタンは、紫外線を通じて抗菌処理に利用されています。

オフセット印刷・日焼け止め

酸化チタンの導電性を利用して、オフセット印刷の感光体としても役立っています。また、可視光線は吸収しないため、日焼け止めにも適しています。

色素増感太陽電池

この物質は色素増感太陽電池の重要な構成要素としても注目されており、可視光から赤外線を利用するための電極材料に利用されています。

製造方法

酸化チタンは主にルチル鉱石やイルメナイト鉱石を原料にし、塩素法と硫酸法の二つの主要な方法で製造されます。塩素法は、原料をコークスや塩素と反応させてガス状の四塩化チタンを生成し、その後酸素と反応させて酸化チタンを得る方法です。一方、硫酸法は、イルメナイト鉱石を濃硫酸に溶かし、不純物を取り除く過程で酸化チタンを製造します。

発がん性

酸化チタンは、特に粉塵として肺に対する影響が指摘されており、世界保健機関からは発がんの可能性があるという警告が出されています。EUは2020年に、酸化チタンを発がん性物質として分類する規制を導入しました。

酸化[チタン]は、その特性と多様な利用方法から非常に重要な物質ですが、取り扱いには注意が必要です。

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