Το τιτάνιο ανακαλύφθηκε στην Κορνουάλη της Μεγάλης Βρετανίας από τον William Gregor το 1791 και ονομάστηκε από τον Martin Heinrich Klaproth από τους Τιτάνες της ελληνικής μυθολογίας. Το στοιχείο εμφανίζεται σε έναν αριθμό κοιτασμάτων ορυκτών, κυρίως ρουτιλίου και ιλμενίτη, τα οποία είναι ευρέως κατανεμημένα στον φλοιό και τη λιθόσφαιρα της Γης. βρίσκεται σχεδόν σε όλα τα έμβια όντα, καθώς και σε υδάτινα σώματα, βράχους και εδάφη. Το μέταλλο εξάγεται από τα κύρια ορυκτά του με τις διεργασίες Kroll και Hunter. Η πιο κοινή ένωση, το διοξείδιο του τιτανίου, είναι ένας δημοφιλής φωτοκαταλύτης και χρησιμοποιείται στην κατασκευή λευκών χρωστικών. Άλλες ενώσεις περιλαμβάνουν το τετραχλωριούχο τιτάνιο (TiCl4), ένα συστατικό των φίλτρων καπνού και των καταλυτών. και το τριχλωριούχο τιτάνιο (TiCl3), το οποίο χρησιμοποιείται ως καταλύτης στην παραγωγή πολυπροπυλενίου.
Το τιτάνιο μπορεί να γίνει κράμα με σίδηρο, αλουμίνιο, βανάδιο και μολυβδαίνιο, μεταξύ άλλων στοιχείων, για την παραγωγή ισχυρών, ελαφρών κραμάτων για την αεροδιαστημική (κινητήρες τζετ, πύραυλοι και διαστημόπλοια), στρατιωτικές, βιομηχανικές διεργασίες (χημικά και πετροχημικά, μονάδες αφαλάτωσης, πολτός, και χαρτί) αυτοκίνητα, γεωργία (γεωργία), ιατρικές προθέσεις, ορθοπεδικά εμφυτεύματα, οδοντικά και ενδοδοντικά όργανα και αρχεία, οδοντικά εμφυτεύματα, αθλητικά είδη, κοσμήματα, κινητά τηλέφωνα και άλλες εφαρμογές.
Οι δύο πιο χρήσιμες ιδιότητες του μετάλλου είναι η αντοχή στη διάβρωση και η αναλογία αντοχής προς πυκνότητα, η υψηλότερη από οποιοδήποτε μεταλλικό στοιχείο. Στην κατάσταση χωρίς κράμα, το τιτάνιο είναι τόσο ισχυρό όσο ορισμένοι χάλυβες αλλά λιγότερο πυκνό. Υπάρχουν δύο αλλοτροπικές μορφές και πέντε φυσικά ισότοπα αυτού του στοιχείου, το 46Ti έως το 50Ti, με το 48Ti να είναι το πιο άφθονο (73,8 τοις εκατό).
Φυσικές ιδιότητες
Ως μέταλλο, το τιτάνιο αναγνωρίζεται για την υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος. Είναι ένα ισχυρό μέταλλο με χαμηλή πυκνότητα που είναι αρκετά όλκιμο (ειδικά σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο), γυαλιστερό και μεταλλικό-λευκό χρώμα. Το σχετικά υψηλό σημείο τήξης (1.668 βαθμοί ή 3,{8}}34 βαθμοί F) το καθιστά χρήσιμο ως πυρίμαχο μέταλλο. Είναι παραμαγνητικό και έχει αρκετά χαμηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα σε σύγκριση με άλλα μέταλλα. Το τιτάνιο είναι υπεραγώγιμο όταν ψύχεται κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία του 0,49 Κ.
Οι εμπορικά καθαρές ποιότητες τιτανίου (99,2 τοις εκατό καθαρότητας) έχουν την τελική αντοχή εφελκυσμού περίπου 434 MPa (63,{4}} psi), ίση με αυτή των κοινών κραμάτων χάλυβα χαμηλής ποιότητας, αλλά είναι λιγότερο πυκνά. Το τιτάνιο είναι 60 τοις εκατό πιο πυκνό από το αλουμίνιο, αλλά περισσότερο από δύο φορές πιο ισχυρό από το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο κράμα αλουμινίου 6061-T6. Ορισμένα κράματα τιτανίου (π.χ. Beta C) επιτυγχάνουν αντοχές εφελκυσμού άνω των 1.400 MPa (200,000 psi). Ωστόσο, το τιτάνιο χάνει αντοχή όταν θερμαίνεται πάνω από 430 βαθμούς (806 βαθμοί F).
Το τιτάνιο δεν είναι τόσο σκληρό όσο ορισμένες ποιότητες θερμικά επεξεργασμένου χάλυβα. είναι μη μαγνητικό και κακός αγωγός θερμότητας και ηλεκτρισμού. Η μηχανική κατεργασία απαιτεί προφυλάξεις επειδή το υλικό μπορεί να χολώσει εκτός εάν χρησιμοποιηθούν αιχμηρά εργαλεία και κατάλληλες μέθοδοι ψύξης. Όπως οι κατασκευές από χάλυβα, αυτές που κατασκευάζονται από τιτάνιο έχουν ένα όριο κόπωσης που εγγυάται μακροζωία σε ορισμένες εφαρμογές.
Το μέταλλο είναι ένα διμορφικό αλλότροπο εξαγωνικής μορφής που μεταβάλλεται σε κυβική μορφή με κέντρο το σώμα (δικτυωτό) στις 882 μοίρες (1.620 βαθμούς F). Η ειδική θερμότητα της φόρμας αυξάνεται δραματικά καθώς θερμαίνεται σε αυτή τη θερμοκρασία μετάβασης αλλά στη συνέχεια πέφτει και παραμένει αρκετά σταθερή για τη μορφή ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία.
Χημικές ιδιότητες
Όπως το αλουμίνιο και το μαγνήσιο, η επιφάνεια του μετάλλου τιτανίου και των κραμάτων του οξειδώνονται αμέσως μετά την έκθεση στον αέρα για να σχηματίσουν ένα λεπτό μη πορώδες στρώμα παθητικοποίησης που προστατεύει το χύμα μέταλλο από περαιτέρω οξείδωση ή διάβρωση. Όταν σχηματίζεται για πρώτη φορά, αυτό το προστατευτικό στρώμα έχει πάχος μόνο 1–2 nm, αλλά συνεχίζει να αναπτύσσεται αργά, φτάνοντας σε πάχος 25 nm σε τέσσερα χρόνια. Αυτό το στρώμα δίνει στο τιτάνιο εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, σχεδόν ισοδύναμη με την πλατίνα.
Το τιτάνιο είναι ικανό να αντέχει τις προσβολές από αραιά θειικά και υδροχλωρικά οξέα, διαλύματα χλωρίου και τα περισσότερα οργανικά οξέα. Ωστόσο, το τιτάνιο διαβρώνεται από συμπυκνωμένα οξέα. Όπως υποδεικνύεται από το αρνητικό δυναμικό οξειδοαναγωγής του, το τιτάνιο είναι θερμοδυναμικά ένα πολύ δραστικό μέταλλο που καίγεται σε μια κανονική ατμόσφαιρα σε χαμηλότερες θερμοκρασίες από το σημείο τήξης. Η τήξη είναι δυνατή μόνο σε αδρανή ατμόσφαιρα ή σε κενό. Στους 550 βαθμούς (1.022 βαθμούς F), συνδυάζεται με το χλώριο. Αντιδρά επίσης με τα άλλα αλογόνα και απορροφά το υδρογόνο.
Το τιτάνιο αντιδρά εύκολα με το οξυγόνο στους 1.200 βαθμούς (2.190 βαθμούς F) στον αέρα και στους 610 βαθμούς (1.130 βαθμούς F) σε καθαρό οξυγόνο, σχηματίζοντας διοξείδιο του τιτανίου. Το τιτάνιο είναι ένα από τα λίγα στοιχεία που καίγονται σε καθαρό αέριο άζωτο, αντιδρώντας στους 800 βαθμούς (1.470 βαθμούς F) για να σχηματίσουν νιτρίδιο τιτανίου, το οποίο προκαλεί ευθραυστότητα. Λόγω της υψηλής αντιδραστικότητάς του με το οξυγόνο, το άζωτο και πολλά άλλα αέρια, το τιτάνιο που εξατμίζεται από νήματα είναι η βάση για αντλίες εξάχνωσης τιτανίου, στις οποίες το τιτάνιο χρησιμεύει ως καθαριστής για αυτά τα αέρια δεσμεύοντας χημικά με αυτά. Τέτοιες αντλίες παράγουν φθηνά εξαιρετικά χαμηλές πιέσεις σε συστήματα κενού εξαιρετικά υψηλού.
Περιστατικό
Το τιτάνιο είναι το ένατο πιο άφθονο στοιχείο στον φλοιό της Γης (0,63 τοις εκατό κατά μάζα) και το έβδομο σε αφθονία μέταλλο. Υπάρχει ως οξείδια στα περισσότερα πυριγενή πετρώματα, σε ιζήματα που προέρχονται από αυτά, σε ζωντανά όντα και σε φυσικά σώματα νερού. Από τους 801 τύπους πυριγενών πετρωμάτων που αναλύθηκαν από το Γεωλογικό Ινστιτούτο των Ηνωμένων Πολιτειών, οι 784 περιείχαν τιτάνιο. Η αναλογία του στα εδάφη είναι περίπου 0,5 έως 1,5 τοις εκατό.
Κοινά ορυκτά που περιέχουν τιτάνιο είναι η ανατάση, ο βρουκίτης, ο ιλμενίτης, ο περοβσκίτης, το ρουτίλιο και ο τιτανίτης (σφαίνη). Ο Akaogiite είναι ένα εξαιρετικά σπάνιο ορυκτό που αποτελείται από διοξείδιο του τιτανίου. Από αυτά τα ορυκτά, μόνο το ρουτίλιο και ο ιλμενίτης έχουν οικονομική σημασία, ωστόσο ακόμη και αυτά είναι δύσκολο να βρεθούν σε υψηλές συγκεντρώσεις. Περίπου 6.0 και 0.7 εκατομμύρια τόνοι από αυτά τα ορυκτά εξορύχθηκαν το 2011, αντίστοιχα. Σημαντικά κοιτάσματα ιλμενίτη που φέρουν τιτάνιο υπάρχουν στη δυτική Αυστραλία, τον Καναδά, την Κίνα, την Ινδία, τη Μοζαμβίκη, τη Νέα Ζηλανδία, τη Νορβηγία, τη Σιέρα Λεόνε, τη Νότια Αφρική και την Ουκρανία. Περίπου 210,000 τόνοι μεταλλικών σφουγγαριών τιτανίου παρήχθησαν το 2020, κυρίως στην Κίνα (110,{000 τόνοι), την Ιαπωνία (50,000 τόνοι), τη Ρωσία (33,{{{ 15}} t), και το Καζακστάν (15,000 t). Τα συνολικά αποθέματα ανατάσης, ιλμενίτη και ρουτιλίου εκτιμάται ότι υπερβαίνουν τους 2 δισεκατομμύρια τόνους.
Η συγκέντρωση του τιτανίου είναι περίπου 4 picomolar στον ωκεανό. Στους 100 βαθμούς, η συγκέντρωση του τιτανίου στο νερό εκτιμάται ότι είναι μικρότερη από 10−7 M σε pH 7. Η ταυτότητα των ειδών τιτανίου σε υδατικό διάλυμα παραμένει άγνωστη λόγω της χαμηλής διαλυτότητάς του και της έλλειψης ευαίσθητων φασματοσκοπικών μεθόδων, αν και μόνο Η κατάσταση οξείδωσης 4 συν είναι σταθερή στον αέρα. Δεν υπάρχουν στοιχεία για βιολογικό ρόλο, αν και είναι γνωστό ότι οι σπάνιοι οργανισμοί συσσωρεύουν υψηλές συγκεντρώσεις τιτανίου.
Το τιτάνιο περιέχεται στους μετεωρίτες και έχει ανιχνευθεί στον Ήλιο και σε αστέρια τύπου Μ (ο πιο ψυχρός τύπος) με θερμοκρασία επιφάνειας 3.200 μοιρών (5.790 βαθμούς F). Οι βράχοι που επιστρέφονται από τη Σελήνη κατά τη διάρκεια της αποστολής Apollo 17 αποτελούνται από 12,1 τοις εκατό TiO2. Το εγγενές τιτάνιο (καθαρό μεταλλικό) είναι πολύ σπάνιο.
Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα νέα για το Titanium,παρακαλώ κάντε κλικ εδώ.
Επικοινωνήστε μαζί μας: zhangjixia@bjygti.com
