Det finns två frågor man måste svara på när man ställer 'kommer $ \ ce {X} $ att reagera med $ \ ce {Y} $?'
-
Termodynamik
Detta frågar i princip "kommer produkterna från en hypotetisk reaktion att vara mer stabila än reaktanterna?", dvs om hela processen kommer att frigöra energi. En snabb webbsökning säger att $ \ Delta_ \ mathrm {f} H ^ 0 (\ ce {TiN}) = - 337,65 ~ \ mathrm {\ frac {kJ} {mol}} $ och därför är reaktionen termodynamiskt möjlig.
-
Kinetik
Detta frågar "kan jag övervinna aktiveringsenergin som krävs för att den hypotetiska reaktionen ska inträffa? ”Och det här blir det komplicerat.
Processen med titanförbränning kan delas upp i följande delekvationer:
$$ \ ce {2 Ti + N2 -> 2 TiN} \\ ~ \\\ ce {Ti (s) -> Ti (g)} \\\ ce {Ti (g) - > Ti ^ 3 + (g) + 3 e -} \\\ ce {N2 (g) -> 2 N (g)} \\\ ce {N (g) + 3 e- -> N ^ 3- ( g)} \\\ ce {Ti ^ 3 + (g) + N ^ 3- (g) -> TiN (g)} \\\ ce {TiN (g) -> TiN (s)} $$
Nedbrutet på detta sätt bör vi omedelbart inse:
-
Det första steget är i allmänhet okej, men kan kräva viss aktivering. (Vi behöver inte göra hela materialet gasformigt i ett steg; en atom en gång räcker.)
-
Det andra steget kräver energi (inga överraskningar där).
-
Det tredje steget är extremt svårt att göra, eftersom $ \ ce {N # N} $ är så stark.
-
Det fjärde steget kräver också energi eftersom kväve har en endoterm elektronaffinitet.
-
Det femte och sjätte steget är de där stora mängder energi är befriad; särskilt den sjätte där gitterentalpi frigörs.
Nu om vi överväger ett block av titan, som DavePhD nämnde, är det första steget redan ganska svårt att göra. Blockets kristallgitter är ganska stabilt liksom så att vi inte lätt kan extrahera atomer därifrån. Ju större förhållandet mellan yta och volym blir desto lättare kan detta hända, särskilt eftersom vi har flera "attackerande" punkter samtidigt. Således är fasta metallblock vanligtvis svåra att bränna, medan metallpulver ofta brinner bara genom att sätta det i rent syre. (Järnull behöver inte ens vara ett pulver, förhållandet mellan yta och volym är redan tillräckligt litet för att oxideras i rent syre vid rumstemperatur.)
Som Jon Custer nämnde i en kommentar och som jag nämnde tidigare är klyvning av dinitrogenmolekyler också extremt svår. Det tar mycket aktiveringsenergi för att göra det. Detta innebär att mycket energi måste vinnas vid bildandet av jongitteret så att åtminstone dinitrogen klyvning kan övervinnas och förbränningen kan fortsätta.
Således kan kinetikdelen av frågan besvaras med: "den kan, men."
Frågan kvarstår hur man levererar aktiveringsenergi. Eftersom vi troligtvis har att göra med pulver kan det vara för långsamt att antända titan i luft och sedan omedelbart doppa i kväve. Eftersom kväveklyvning är så svårt kommer många andra antändningsidéer som förlitar sig på en tändsticks flamma inte att fungera (tändstickan är för svag). Kanske är aktiveringsenergin tillräckligt "låg" för att det räcker med uppvärmning till några hundra grader. Tyvärr vet jag inte de experimentella detaljerna.