De titan Det är en övergångsmetall som representeras av den kemiska symbolen Ti. Det är den andra metallen som dyker upp från blocket d av det periodiska systemet, strax efter skandium. Dess atomnummer är 22, och det förekommer i naturen så många isotoper och radioisotoper, varav 48Du är den rikaste av alla.
Dess färg är silvergrå och dess delar täcks av ett skyddande oxidskikt som gör titan en metall mycket motståndskraftig mot korrosion. Om detta skikt är gulaktigt är det titannitrid (TiN), som är en förening som bildas när denna metall brinner i närvaro av kväve, en unik och framstående egenskap.
Förutom det ovan nämnda är det mycket motståndskraftigt mot mekaniska stötar trots att det är lättare än stål. Det är därför det är känt som den starkaste metallen av alla, och dess själva namn är synonymt med styrka. Det har också styrka och lätthet, två egenskaper som gör det till ett önskvärt material för flygplanstillverkning..
På samma sätt, och inte mindre viktigt, är titan en biokompatibel metall som är behaglig att röra vid, varför det används i smycken för att göra ringar; och i biomedicin, såsom ortopediska och tandimplantat, som kan integreras i benvävnader.
Emellertid finns de mest kända användningarna i TiOtvå, som pigment, tillsats, beläggning och fotokatalysator.
Det är det nionde vanligaste elementet på jorden och det sjunde inom metaller. Trots detta är dess kostnad hög på grund av svårigheterna som måste övervinnas för att extrahera den från dess mineraler, bland vilka är rutil, anatas, ilmenit och perovskit. Av alla produktionsmetoder är Kroll-processen den mest använda världen över.
Artikelindex
Titan identifierades först i ilmenitmineralet i Manaccan Valley (Storbritannien), av pastorn och amatörmineralogen William Gregor, redan 1791. Han kunde identifiera att den innehöll en järnoxid, eftersom dess sand rörde sig genom påverkan av en magnet; men han rapporterade också att det fanns en annan oxid av okänd metall, som han kallade "manakanit".
Tyvärr, även om han vände sig till Royal Geological Society of Cornwall och andra platser, orsakade hans bidrag inte uppståndelse för att inte vara en erkänd vetenskapsmänniska..
Fyra år senare, 1795, erkände den tyska kemisten Martin Heinrich Klaproth oberoende samma metall; men i rutilmalmen i Boinik, för närvarande Slovakien.
Det finns de som hävdar att han kallade den här nya metallen 'titan' inspirerad av dess seghet i likhet med titanerna. Andra hävdar att det berodde mer på neutraliteten hos de mytologiska karaktärerna själva. Således föddes titan som ett kemiskt grundämne och Klaproth kunde senare dra slutsatsen att det var samma manakanit av mineralet ilmenit.
Sedan dess började försök att isolera det från sådana mineraler; men de flesta av dem misslyckades, eftersom titan förorenades med syre eller kväve eller bildade en hårdmetall som var omöjlig att reducera. Det tog nästan ett sekel (1887) för Lars Nilson och Otto Pettersson att förbereda ett prov med 95% renhet..
1896 lyckades Henry Moissan få ett prov med upp till 98% renhet tack vare den reducerande effekten av metalliskt natrium. Dessa orena titan var emellertid spröda genom inverkan av syre- och kväveatomer, så det var nödvändigt att utforma en process för att hålla dem borta från reaktionsblandningen..
Och med detta tillvägagångssätt uppstod Hunter-processen 1910, utformad av Matthew A. Hunter i samarbete med General Electric vid Rensselaer Polytechnic Institute..
Tjugo år senare, i Luxemburg, utformade William J. Kroll en annan metod med kalcium och magnesium. Idag är Kroll-processen en av de viktigaste metoderna för produktion av metalliskt titan i kommersiella och industriella skalor..
Från och med den här tiden följer titanens historia utvecklingen av dess legeringar i applikationer för flyg- och militärindustrin..
Rent titan kan kristallisera med två strukturer: en kompakt hexagonal (hcp), kallad α-fas, och en kroppscentrerad kubik (bcc), kallad β-fas. Således är det en dimorf metall som kan genomgå allotropa (eller fas) övergångar mellan hcp- och bcc-strukturerna..
Α-fasen är den mest stabila vid omgivningstemperatur och tryck, med Ti-atomerna omgivna av tolv grannar. När temperaturen höjs till 882 ° C blir den sexkantiga kristallen en kubisk, mindre tät, vilket överensstämmer med de högre atomvibrationer som orsakas av värme..
När temperaturen ökar motsätter a-fasen större värmebeständighet; det vill säga dess specifika värme ökar också, så mer och mer värme behövs för att nå 882 ° C.
Vad händer om istället för att öka temperaturen, gör trycket det? Då får du förvrängda bcc-kristaller.
I dessa metallkristaller ingriper valenselektronerna i 3d- och 4s-orbitalerna i bindningen som förenar Ti-atomerna, enligt den elektroniska konfigurationen:
[Ar] 3dtvå 4stvå
Det har knappt fyra elektroner att dela med sina grannar, vilket resulterar i nästan tomma 3d-band, och därför är titan inte lika bra en ledare för el eller värme som andra metaller..
Ännu viktigare än vad som har sagts beträffande kristallstrukturen hos titan är att båda faserna, α och β, kan bilda sina egna legeringar. Dessa kan bestå av rena α- eller β-legeringar, eller blandningar av båda i olika proportioner (α + β).
På samma sätt påverkar storleken på deras respektive kristallina korn de slutliga egenskaperna hos nämnda titanlegeringar, såväl som masskompositionen och förhållandet mellan de tillsatta tillsatserna (andra få metaller eller atomer av N, O, C eller H)..
Tillsatser har ett betydande inflytande på titanlegeringar eftersom de kan stabilisera några av de två specifika faserna. Till exempel: Al, O, Ga, Zr, Sn och N är tillsatser som stabiliserar a-fasen (tätare HCP-kristaller); och Mo, V, W, Cu, Mn, H, Fe och andra, är tillsatser som stabiliserar β-fasen (mindre täta bcc-kristaller).
Studien av alla dessa titanlegeringar, deras strukturer, sammansättning, egenskaper och tillämpningar, är föremål för metallurgiska verk som är beroende av kristallografi.
Enligt den elektroniska konfigurationen skulle titan behöva åtta elektroner för att helt fylla 3d-orbitalerna. Detta kan inte uppnås i någon av dess föreningar, och högst får det upp till två elektroner; det vill säga det kan erhålla negativa oxidationsnummer: -2 (3d4) och -1 (3d3).
Anledningen beror på elektronegativiteten hos titan och att det dessutom är en metall, så det har en större tendens att ha positiva oxidationsnummer; såsom +1 (3dtvå4s1), +2 (3dtvå4s0), +3 (3d14s0) och +4 (3d04s0).
Lägg märke till hur elektronerna i 3d- och 4s-orbitalerna lämnar eftersom det antas att Ti-katjonerna finns+, Dutvå+ och så vidare.
Oxidationsnumret +4 (Ti4+) är det mest representativa av allt eftersom det motsvarar det för titan i dess oxid: TiOtvå (Du4+ELLERtvåtvå-).
Silvergrå metall.
47,867 g / mol.
1668 ° C. Denna relativt höga smältpunkt gör den till en eldfast metall..
3287 ° C.
1200 ° C för ren metall och 250 ° C för finfördelat pulver.
Titan är en duktil metall om det saknar syre.
4,506 g / ml. Och vid dess smältpunkt, 4,11 g / ml.
14,15 kJ / mol.
425 kJ / mol.
25060 J / mol K.
1,54 på Pauling-skalan.
Först: 658,8 kJ / mol.
Andra: 1309,8 kJ / mol.
Tredje: 2652,5 kJ / mol.
6.0.
Av oxidationsnumren är +2, +3 och +4 de vanligaste, och de som det hänvisas till i den traditionella nomenklaturen vid namngivning av titanföreningar. I annat fall förblir reglerna för beståndet och de systematiska nomenklaturerna desamma.
Tänk till exempel på TiOtvå och TiCl4, två av de mest kända titanföreningarna.
Det har redan sagts att i TiOtvå oxidationstalet av titan är +4 och därför, eftersom det är det största (eller positiva), måste namnet sluta med suffixet -ico. Således är dess namn titanoxid, enligt den traditionella nomenklaturen; titan (IV) oxid, enligt lagernomenklaturen; och titandioxid, enligt den systematiska nomenklaturen.
Och för TiCl4 vi kommer att gå på ett mer direkt sätt:
Nomenklatur: namn
-Traditionell: titanklorid
-Lager: titan (IV) klorid
-Systematik: titantetraklorid
På engelska kallas denna förening ofta 'Tickle'.
Varje titanförening kan till och med ha egennamn utanför namnreglerna och beror på det tekniska jargongen för det aktuella fältet..
Titan, även om det är den sjunde vanligaste metallen på jorden, och den nionde vanligaste i jordskorpan, finns inte i naturen som en ren metall utan i kombination med andra element i mineraloxider; bättre känd som titaniferous mineraler.
För att få det är det således nödvändigt att använda dessa mineraler som råmaterial. Några av dem är:
-Titanit eller sfen (CaTiSiO5), med järn- och aluminiumföroreningar som gör deras kristaller gröna.
-Brookite (TiOtvå ortorombisk).
-Rutil, den mest stabila polymorfen av TiOtvå, följt av mineralerna anatas och brookit.
-Ilmenita (FeTiO3).
-Perovskite (CaTiO3)
-Leucoxen (heterogen blandning av anatas, rutil och perovskit).
Observera att det finns flera titaniferösa mineraler som nämns, även om det finns andra. Men inte alla är lika rikliga och på samma sätt kan de uppvisa föroreningar som är svåra att avlägsna och som riskerar egenskaperna hos det slutliga metalliska titanet..
Det är därför som sfen och perovskit vanligtvis används för produktion av titan, eftersom deras kalcium- och kiselinnehåll är svåra att avlägsna från reaktionsblandningen..
Av alla dessa mineraler används rutil och ilmenit mest kommersiellt och industriellt på grund av deras höga innehåll av TiOtvå; de är rika på titan.
Välja något av mineralerna som råmaterial, TiOtvå i dem måste det minskas. För att göra detta värms mineralerna tillsammans med kol glödhet i en reaktor med fluidiserad bädd vid 1000 ° C. Där TiOtvå reagerar med klorgas enligt följande kemiska ekvation:
Farbrortvå(s) + C (s) + 2Cltvå(g) => TiCl4(l) + COtvå(g)
TiCl4 Det är en oren färglös vätska, eftersom den vid den temperaturen löses tillsammans med andra metallklorider (järn, vanadin, magnesium, zirkonium och kisel) härstammar från de orenheter som finns i mineralerna. Därför är TiCl4 sedan renas den genom fraktionerad destillation och utfällning.
TiCl har redan renats4, en lättare art att minska, den hälls i en rostfri behållare på vilken vakuum appliceras, för att eliminera syre och kväve, och den fylls med argon för att säkerställa en inert atmosfär som inte påverkar det producerade titanet. Magnesium tillsätts i processen, som reagerar vid 800 ° C enligt följande kemiska ekvation:
TiCl4(l) + 2Mg (l) => Ti (s) + 2MgCltvå(l)
Titan fälls ut som ett svampigt fast ämne som utsätts för behandlingar för att rena det och ge det bättre fasta former, eller används direkt för tillverkning av titanmineraler.
Titan har hög korrosionsbeständighet på grund av ett lager av TiOtvå som skyddar insidan av metallen från oxidation. Men när temperaturen stiger över 400 ° C, börjar en tunn bit metall brinna helt för att bilda en TiO-blandning.två och TiN:
Ti (s) + Otvå(g) => TiOtvå(s)
2Ti (s) + Ntvå(g) => TiN (s)
Båda gaserna, ELLERtvå och ntvå, logiskt sett är de i luften. Dessa två reaktioner inträffar snabbt när titan värms glödhet. Och om det finns som ett fint uppdelat pulver är reaktionen ännu kraftigare, varför titan i detta fasta tillstånd är mycket brandfarligt..
Detta lager av TiOtvå-TiN skyddar inte bara titan från korrodering utan också från angrepp av syror och baser, så det är inte en lätt metall att lösa upp.
För att uppnå detta måste högkoncentrerade syror användas och kokas till kokning, varvid en purpurfärgad lösning erhålls från de vattenhaltiga titankomplexen; till exempel [Ti (OHtvå)6]+3.
Det finns dock en syra som kan lösa upp den utan många komplikationer: fluorvätesyra:
2Ti (s) + 12HF (aq) 2 [TiF6]3-(aq) + 3Htvå(g) + 6H+(aq)
Titan kan reagera direkt med halogener för att bilda respektive halider. Till exempel är din reaktion på jod följande:
Ti (s) + 2Itvå(s) => TiI4(s)
På liknande sätt händer det med fluor, klor och brom, där en intensiv låga bildas.
När titan är finfördelat, är det inte bara benäget för antändning utan också att reagera kraftigt med starka oxidationsmedel vid minsta värmekälla..
En del av dessa reaktioner används för pyroteknik, eftersom ljusa vita gnistor genereras. Det reagerar till exempel med ammoniumperklorat enligt den kemiska ekvationen:
2Ti (s) + 2NH4ClO4(s) => 2TiOtvå(s) + Ntvå(g) + Cltvå(g) + 4HtvåO (g)
Metalliskt titan i sig utgör inte någon hälsorisk för dem som arbetar med det. Det är ett ofarligt fast ämne; Om det inte males som ett fint partikelpulver. Detta vita pulver kan vara farligt på grund av dess höga brandfarlighet, som nämns i avsnittet om reaktioner..
När titan males är reaktionen med syre och kväve snabbare och kraftigare, och det kan till och med brinna explosivt. Det är därför det utgör en fruktansvärd brandrisk om det där det förvaras drabbas av lågor..
Vid bränning kan elden endast släckas med grafit eller natriumklorid; aldrig med vatten, åtminstone för dessa fall.
Likaså bör deras kontakt med halogener till varje pris undvikas. det vill säga med något gasläckage av fluor eller klor eller interagerar med den rödaktiga vätskan av brom eller de flyktiga jodkristallerna. Om detta händer tar titan eld. Den bör inte heller komma i kontakt med starka oxidationsmedel: permanganater, klorater, perklorater, nitrater etc..
Annars kan dess göt eller legeringar inte utgöra fler risker än fysiska slag, eftersom de inte är mycket bra ledare för värme eller elektricitet och är trevliga att röra vid..
Om det finfördelade fasta ämnet är brandfarligt måste det vara ännu mer så att det består av titananopartiklar. Fokus för detta underavsnitt beror dock på TiO-nanopartiklarnatvå, som har använts i oändliga applikationer där de förtjänar sin vita färg; som godis och godis.
Även om deras absorption, distribution, utsöndring eller toxicitet i kroppen inte är känd, har de visat sig vara toxiska i studier på möss. Till exempel visade de att det genererar emfysem och rodnad i lungorna, liksom andra andningsstörningar i deras utveckling.
Genom extrapolering från mössen till oss dras slutsatsen att andas TiO-nanopartiklartvå det påverkar våra lungor. De kan också förändra hjärnans hippocampusregion. Dessutom utesluter inte Internationella byrån för cancerforskning dem som möjliga cancerframkallande ämnen..
Att prata om användningen av titan hänvisar nödvändigtvis till dess förening titandioxid. Farbrortvå det täcker faktiskt cirka 95% av alla applikationer som rör denna metall. Anledningarna: dess vita färg, den är olöslig och den är också giftfri (för att inte tala om de rena nanopartiklarna).
Det är därför det vanligtvis används som ett pigment eller tillsatsmedel i alla de produkter som kräver vita färger; såsom tandkräm, läkemedel, godis, papper, ädelstenar, färger, plast etc..
Farbrortvå kan också användas för att skapa filmer för att belägga vilken yta som helst, såsom glas eller kirurgiska verktyg.
Genom att ha dessa beläggningar kan vattnet inte fukta dem och rinner på dem, som regn skulle göra på bilens vindrutor. Verktyg med dessa beläggningar kan döda bakterier genom att absorbera UV-strålning.
Hundurin eller tuggummi kunde inte fixeras på asfalt eller cement på grund av TiOs verkantvå, vilket skulle underlätta dess efterföljande borttagning.
Och slutligen med avseende på TiOtvå, det är en fotokatalysator med förmåga att bilda organiska radikaler som emellertid neutraliseras av kiseldioxid eller aluminiumoxidfilmer i solskyddsmedel. Dess vita färg visar redan tydligt att den måste ha denna titanoxid.
Titan är en metall med stor styrka och hårdhet i förhållande till dess låga densitet. Detta gör det till en ersättning för stål för alla de applikationer där höga hastigheter behövs, eller stora flygplan med vingbredd är utformade, till exempel A380-flygplanet i bilden ovan..
Det är därför denna metall har många användningsområden inom flygindustrin, eftersom den motstår oxidation, den är lätt, stark och dess legeringar kan förbättras med exakta tillsatser..
Inte bara inom flygindustrin är titan och dess legeringar i centrum, utan också inom sportindustrin. Detta beror på att många av deras redskap måste vara lätta så att deras bärare, spelare eller idrottare kan hantera dem utan att känna sig för tunga..
Några av dessa föremål är: cyklar, golf- eller hockeyklubbar, fotbollshjälmar, tennis- eller badmintonracketar, fäktningssvärd, skridskor, skidor, bland andra..
Likaså har titan och dess legeringar, även i mycket mindre grad på grund av dess höga kostnad, använts i lyx- och sportbilar..
Malet titan kan blandas med till exempel KClO4, och fungera som fyrverkeri; som faktiskt är gjorda av dem som gör dem i pyrotekniska utställningar.
Titan och dess legeringar är de metalliska materialen i toppklass inom biomedicinska tillämpningar. De är biokompatibla, inerta, starka, svåra att oxidera, giftfria och integreras sömlöst med ben.
Detta gör dem mycket användbara för ortopediska och tandimplantat, för konstgjorda höft- och knäleder, som skruvar för att fixera frakturer, för pacemaker eller konstgjorda hjärtan..
Den biologiska rollen för titan är osäker, och även om det är känt att det kan ackumuleras i vissa växter och gynna tillväxten av vissa jordbruksgrödor (såsom tomater), är mekanismerna där det ingriper okänt..
Det sägs främja bildandet av kolhydrater, enzymer och klorofyller. De antar att det beror på ett svar från växtorganismer att försvara sig mot de låga biotillgängliga koncentrationerna av titan, eftersom de är skadliga för dem. Men frågan är fortfarande i mörkret.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.