Abstract
The x or $x^0+x'$ values of the nonstoichiometric chemical formula $TiO_{2-x}$ or $Ti_{2-(x^0+x')}$ have been measured by a specially made magnetic quartz microbalance in a temperature range from 600 to $1300^{\circ}C$ under oxygen pressures of $1{\times}10^{-6} to 1 atm. The standard x or $x^0$ value of the rutile is 0.00148. The x values $under_xoxygen$ pressure of 1 atm decrease with temperatures and then the stoichiometric rutile (or x = 0) is formed at $1130^{\circ}C$. The x values varied between 0.00148 and 0.01719 at a temperature range from 600 to $1300^{\circ}C$ under $1{\times}10^{-9}{\sim}1{\times}10^{-2}$ atm oxygen pressures. The enthalpies of formation of the nonstoichiometric rutile, $H_f$, varied between 21.05 and 29.97 Kcal/mole under the above conditions. The 1/n values calculated from the plots of log X' vs. log $Po_2$ are -{\frac{1}{2}}{\sim}-{\frac{1}{4}} under low oxygen pressure range of $1{\times}10^{-6}\;to\;1{\times}10^{-4}$ atm. Many physical properties of the titanium dioxide, such as the stability of the rutile, Electrical conductivity, catalytic activity and defects, can be explained through the x values and the thermodynamic data calculated from the temperature and oxygen pressure dependences of the x' values.
산화티탄(IV)의 비화학양론적 화학식인 $TiO_{2-x}$ 혹은 $TiO_{2-(x^0+x')}$의 값 혹은 $x^0+x'$ 값을 특수히 고안한 자기석영마이크로천칭을 사용하여 $1{\times}10^{-6}{\sim}-1$ 기압의 산소압력 범위와 600~$1300^{\circ}C$온도범위에서 측정하였다. 표준상태에서 rutile의 x값에 대한 기준 혹은 $x^0$값은 0.00148이다. 1기압 산소압력하에서 x값은 온도가 상승하면 차차로 감소하여 $1130^{\circ}C$에서는 화학양론적인 rutile을 형성한다. $1{\times}10^{-6}∼1${\times}$10^{-2}$ 기압 산소압력 범위와 600~$1300^{\circ}C$ 온도범위에서 x값은 0.00148 ∼ 0.01719 범위에서 변한다. 위 조건에서 비화학양론적 rutile의 생성엔팔피 $({\Delta}H_f)$는 21.05 ∼ 29.97 Kcal/mole 범위에서 변한다. logx'를 $log Po_2$에 대하여 (혹은 (log x'= 1n/$log Po_2$) 도시한 직선의 기울기에서 계산한 1/n값은 $1{\times}10^{-6}1{\sim}{\times}10^{-4}$기압의 낮은 산소압력 범위에서 $-{\frac{1}{2}}{\sim}-{\frac{1}{4}}$ 범위의 값을 갖는다. rutile의 안전성, 전기전도성, 촉매성, 및 결핍성 등과 같은 이산화티탄(IV)의 여러가지 물성을 x값에 의하거나 x값의 온도와 산소압력 의존성에서 계산한 열역학적인 데이타에 의하여 설명할 수 있다.
