Dioxyde de titane
Le dioxyde de titane est une substance composée d'oxygène et de titane.
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Polymorphisme - Composé du titane - Oxyde (minéral) - Minéral - Colorant alimentaire - Matériau semi-conducteur - Pigment - Cancérogène du groupe 2B du CIRC
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Page(s) en rapport avec ce sujet :
- Etude de la composition allotropique et de la texture par diffraction des rayons..... du titane des films d'oxyde de titane présentant des caractéristiques... (source : ethesis.inp-toulouse)
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- Un site de TPE sur le dioxyde de titane.... on peut utiliser la technique de diffraction des rayons-X sur poudre ou la microscopie électronique par... (source : dioxydedetitanetpe.blogspot)
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Cette page répertorie différents polymorphes, solides qui possèdent la même composition chimique mais une structure cristalline différente.
Dioxyde de titane | |
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Oxyde de Titane | |
Général | |
Nom IUPAC | Dioxyde de titane |
Synonymes | C. I. 77891 C. I. Pigment White 6 |
No CAS | |
No EINECS | |
PubChem | |
No E | E171 |
SMILES |
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InChI |
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Apparence | poudre cristalline incolore a blanche[1]. |
Propriétés chimiques | |
Formule brute | TiO2 |
Masse molaire[2] | 79, 866 ± 0, 002 g·mol-1 O 40, 07 %, Ti 59, 93 %, |
Propriétés physiques | |
T° fusion | 1 855 °C[1] |
T° ébullition | 2 500 à 3 000 °C[1] |
Solubilité | Peu sol dans HF, HNO3 concentré, H2SO4 concentré. Insol dans l'eau, dans HCl, HNO3 dilué, H2SO4 dilué |
Masse volumique | 3, 9–4, 3 g·cm-3[1] |
Thermochimie | |
S0gaz, 1 bar | 260, 14 J·K-1·mol-1 [3] |
S0liquide, 1 bar | 72, 32 J·K-1·mol-1 [3] |
ΔfH0gaz | -305, 43 kJ·mol-1 [3] |
ΔfH0liquide | -894, 05 kJ·mol-1 [3] |
ΔfusH° | 11 400 calth·mol-1 |
Cristallographie | |
Système cristallin | tétragonal |
Classe cristalline ou groupe d'espace | P 42/mnm (rutile) |
Paramètres de maille | a = 4, 5933 Å c = 2, 9592 Å. |
Précautions | |
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Groupe 2B : Peut-être cancérogène pour l'homme[4] | |
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Le dioxyde de titane est une substance composée d'oxygène et de titane.
Dans la nature, le titane est présent sous la forme de rutile. C'est un minéral tétragonal, à groupe d'espace P 4/mnm ayant pour paramètres de maille[6], [7] :
- a = 4, 5933 Å ;
- c = 2, 9592 Å.
Il a une densité théorique de 4, 250 mais la densité le plus souvent mesurée est de 4, 230.
Voir les articles détaillés sur les substances suivantes constituées essentiellement de dioxyde de titane : Anatase Brookite et Rutile.
Anatase
L'anatase est un minéral tétragonal, à groupe d'espace I 41/amd, ayant pour paramètres de maille[8], [9] :
- a = 3, 7852 Å ;
- c = 9, 5139 Å.
Elle a une densité théorique de 3, 893. Chauffée au-delà de 700 °C, elle se transforme en rutile.
L'anatase fut isolé pour la première fois en 1791 par le révérend William Gregor dans le sable noir du Devon (Angleterre). En 1795, Martin Klaproth remarqua que ce produit était identique aux traces qu'on trouvait dans le rutile. Le brevet de fabrication industrielle fut déposé en 1917. La présence d'anatase est un des éléments qui permit à Walter Mac Crone de prouver que la «carte du Vinland» était un faux document.
Usages
L'anatase est essentiellement utilisé comme pigment et opacifiant pour toutes sortes de substances :
- peinture : le fameux blanc de titane, mais également comme agent opacifiant pour l'ensemble des teintes ;
- papier ;
- plastiques ;
- céramiques
- médicaments ;
- dentifrices ;
- pâtisserie ;
- Crème solaire ;
- etc.
Toxicité et écotoxicité
Sous forme micrométrique, les poussières de dioxyde de titane sont source d'irritation oculaire et des voies respiratoires (irritation mécanique).
Le 10 mars 2006, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé le dioxyde de titane cancérogène envisageable pour l'homme (catégorie 2 B) [10]. [11], [12], [13]
Des discussions existent quant à l'éventuelle toxicité du TiO2 nanométrique. Sous cette forme, les tests in vitro montrent une toxicité cellulaire de type inflammatoire (stress oxydant) due - comme cela semble être toujours le cas chez les nanoparticules intéressantes comme catalyseur - à une réactivité de surface augmentée.
Les toxicologues craignent que ce TiO2 puisse passer les barrières biologiques, ou alors s'accumuler dans certains organes (cytoplasme cellulaire) faute d'élimination suffisante par le rein. Ils craignent que le TiO2 ayant pénétré les cellules ne lèse leur ADN (observé in vitro) avec des effets à long terme sur l'individu et les générations suivantes [14].
Lors du nanoforum du CNAM, la représentante de l'Agence française de sécurité sanitaire des produits de santé (AFSSAPS) [15] a dit craindre :
- des maladies auto-immunes ;
- une accumulation dans le foie (qui est un des organes de détoxication des métaux) ;
- des accidents graves avec des produits d'écho-contraste.
Des industriels (cimenteries, fabricants d'enduits et peintures) proposent d'utiliser des particules nanométriques de dioxyde de titane comme catalyseur épurateur des COV et NOx émis par les véhicules dans l'air. Ces particules seraient ajoutés lors de leur fabrication dans les murs de béton ou dans certains matériaux routiers (enrobé, mur anti-bruit... ).
Une polémique existe sur le risque que ces nanoparticules (TiO2) puissent quitter le substrat (routier surtout, suite à l'usure du matériaux) pour pénétrer les organismes vivants :
- Les toxicologues des industriels estiment que ce TiO2 ne serait plus présent sous sa forme nanométrique dans la structure «poreuse» du ciment contenant du TiO2, car, selon eux, il y formerait des agglomérats [14].
- D'autres toxicologues (Mme Marano de l'université Paris 7 et M. Boczkowski de l'Inserm par exemples), indépendants des fabricants, considèrent que si une activité photocatalytique significative existe toujours, cela implique que les nanoparticules de TiO2 soient toujours accessibles aux gaz qui circulent dans le matériaux ou au contact de surfaces microporeuses [14]. Or cette réactivité est ce qui rend ces particules pathogènes pour la cellule, peut-être au sein d'agglomérats qui ne peuvent par conséquent pas être denses, stables et solides [14].
- Se pose aussi la question de la toxicité des produits de dégradation (ex. : alcool transformé en formaldéhyde, NOx en nitrates déjà trop présents dans notre environnement eutrophisé) avec des impacts immédiats et différés envisageables, dans l'espace et dans le temps, via la contamination de l'eau, de l'air et des sols (via la bioturbation) [14].
Les enfants seraient spécifiquement sensibles aux effets du dioxyde de titane. C'est pourquoi l'Autorité européenne pour la sécurité alimentaire (EFSA) et l'Agence Française de Sécurité Sanitaire, de l'Environnement et du Travail (AFSSET), conseillent d'éviter les crèmes solaires comprenant du dioxyde de titane chez les enfants en bas âge. [16]
Autres polymorphes
- Brookite
- de structure orthorhombique, groupe d'espace Pcab ses paramètres de maille sont[17], [18] :
- a = 5, 4558 Å ;
- b = 9, 1819 Å ;
- c = 5, 1429 Å.
- Elle a une densité théorique de 4, 120 et une densité le plus souvent mesurée de 4, 140.
- TiO2 α
- de structure rhomboédrique, ses paramètres de maille sont[19], [20] :
- a = 5, 133 Å ;
- c = 13, 61 Å ;
- Elle a une densité théorique de 3, 757 et une densité le plus souvent mesurée de 3, 640.
- TiO2 β
- de structure monoclinique, ses paramètres de maille sont[21], [22] :
- a = 12, 163 Å ;
- b = 3, 735 Å ;
- c = 6, 513 Å ;
- β = 107, 29 °
- Elle a une densité théorique de 1, 538 et une densité le plus souvent mesurée de 4, 6.
Autres applications
Catalyse : Le dioxyde de titane est envisagé pour
- catalyser la dégradation de pesticides contenus dans l'eau, sous l'effet des ultraviolets[23].
- catalyser l'oxydation de NO2 (polluant issus des pots d'échappement) en NO3 (nitrates), par exemple en l'introduisant dans l'enrobé routier.
Annexes
Bibliographie
- Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data)
- Natl. Bur. Stand. (U. S. ) Monogr. 25, volume 7, (1969)
- Natl. Bur. Stand. (U. S. ) Monogr. 25, volume 3, page 57 (1964)
- Bendeliani et coll., Geochem. Int., volume 3, page 387 (1966)
- Halla, F., Z. Anorg. Chem., volume 184, page 423 (1929)
- Marchand, R., Brohan, L., Tournoux, M., Mater. Res. Bull., volume 15, page 1129 (1980)
- W. S. Kuo, Photocatalytic oxidation of pesticide rinsate. , J À peu près Sci Health B., janvier 2002, vol. 37 (1), p. 65–74
Liens externes
- (en) Historical Development of Titanium Dioxide, selon le fabricant Millenium Chemicals
- Données sur la fabrication (selon le fabricant Huntsman)
Références
- DIOXYDE DE TITANE, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
- Masse molaire calculée selon Atomic weights of the elements 2007 sur www. chem. qmul. ac. uk
- (en) «Titanium dioxide» sur NIST/WebBook, consulté le 30 mai 2010
- IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, «Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 2B : Peut-être cancérogènes pour l'homme» sur http ://monographs. iarc. fr, CIRC, 16 janvier 2009. Consulté le 22 août 2009
- «Dioxyde de titane» dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 24 avril 2009
- Base de données PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data) , fiche 00-021-1276
- Natl. Bur. Stand. (U. S. ) Monogr. 25, volume 7, (1969), p. 83
- Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data) , fiche 00-021-1272
- Natl. Bur. Stand. (U. S. ) Monogr. 25, volume 7, (1969), p82
- http ://www. inrs. fr/actus/tio2. html
- IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, Carbon Black, Titanium Dioxide and Non-Asbestiform Talc. IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans, Vol. 93. Lyon : International Agency for Research on Cancer. (2006). (Ressource électronique) [1]
- American Conference of Governmental Industrial Hygienists, Documentation of the TLVs and BEIs with other worldwide occupational exposure values, CD-ROM 2005. Cincinnati, OH : ACGIH. (2005). Publication 0105DiskCD. [CD-120001] (CD-ROM) ACGIH
- National Institute for Occupational Safety and Health., Evaluation of health hazard and recommendations for occupational exposure of titanium dioxide (DRAFT). NIOSH current intelligence bulletin. NIOSH. (2005). (Ressource électronique) Document CDC
- [Voir page 10/19 du document «NANOFORUM DU CNAM : Bilan et perspectives / Rapport d'évaluation de la convention signée entre la DGS et le Cnam-IHIE en 2007»]
- Lors de la séance du 6 décembre 2007 (où l'AFSSAPS a aussi évoqué un projet de guide pour les industriels) : Nanotechnologies et produits cosmétiques. Voir page 11/19 de la version PDF du rapport
- http ://www. 7sur7. be/7s7/fr/1507/Sante/article/detail/1141205/2010/08/04/Certaines-cremes-solaires-dangereuses-pour-les-enfants. dhtml
- Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data) , fiche 00-029-1360
- Natl. Bur. Stand. (U. S. ) Monogr. 25, volume 3, page 57 (1964)
- Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data) , fiche 00-035-0088
- Halla, F., Z. Anorg. Chem., volume 184, page 423 (1929)
- Base de donnée PDF (powder diffraction file) de l'ICDD (International Center for Diffraction Data) , fiche 00-002-1359
- Marchand, R., Brohan, L., Tournoux, M., Mater. Res. Bull., volume 15, page 1129 (1980)
- W. S. Kuo, Photocatalytic oxidation of pesticide rinsate. , J À peu près Sci Health B., janvier 2002, vol. 37 (1), pp65–74
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