Az űrkutatók tiszteletére készült emlékművet 1964-ben állították fel Moszkvában. Csaknem hét évet (1958-1964) fordítottak ennek az obeliszknek a tervezésére és megépítésére. A szerzőknek nemcsak építészeti és művészeti kérdéseket kellett megoldaniuk, hanem azt is műszaki feladatokat. Ezek közül az első az anyagok kiválasztása volt, beleértve a burkolatot is. Sok kísérletezés után a fényesre csiszolt titánlapokra telepedtünk.

Valójában a titán számos tulajdonságában, és mindenekelőtt korrózióállóságában felülmúlja a fémek és ötvözetek túlnyomó többségét. Néha (főleg a népszerű irodalomban) a titánt örök fémnek nevezik. De először beszéljünk ennek az elemnek a történetéről.

Oxidált vagy nem oxidált?

1795-ig a 22. számú elemet "menakin"-nak hívták. Így nevezte 1791-ben William Gregor angol kémikus és mineralógus, aki új elemet fedezett fel a menakanit ásványban (ne keresd ezt a nevet a modern ásványtani kézikönyvekben - a menacanitet is átnevezték, most ilmenitnek hívják ).

Négy évvel Gregor felfedezése után a német kémikus, Martin Klaproth újat fedezett fel kémiai elem egy másik ásványban - rutilban - és a tündék királynője tiszteletére Titánia (germán mitológia) titánnak nevezte.

Egy másik változat szerint az elem neve a titánoktól, Gaia földistennő hatalmas fiaitól származik (görög mitológia).

1797-ben kiderült, hogy Gregor és Klaproth ugyanazt az elemet fedezte fel, és bár Gregor korábban is megtette, a Klaproth által adott név az új elemre jött létre.

De sem Gregornak, sem Klaprothnak nem sikerült megszereznie az elementált titán. Az általuk izolált fehér kristályos por titán-dioxid TiO 2 volt. Hosszú ideig egyik vegyésznek sem sikerült ezt az oxidot redukálnia és tiszta fémet izolálnia belőle.

1823-ban W. Wollaston angol tudós arról számolt be, hogy a Merthyr Tydfil üzem kohászati ​​salakjában felfedezett kristályok nem mások, mint tiszta titán. 33 évvel később pedig a híres német kémikus, F. Wöhler bebizonyította, hogy ezek a kristályok ismét titánvegyületek, ezúttal fémszerű karbonitridek.

Sok éven át azt hitték, hogy a fém titánt először Berzelius szerzett 1825-ben. a kálium-fluorotitanát redukciója fémnátriummal. Ma azonban a titán és a Berzelius által nyert termék tulajdonságait összehasonlítva kijelenthető, hogy a Svéd Tudományos Akadémia elnöke tévedett, mert a tiszta titabnum gyorsan oldódik fluorsavban (ellentétben sok más savval), és Berzelius fémes titán sikeresen ellenállt a hatásának.

Valójában a Ti-t először csak 1875-ben szerezte meg az orosz tudós, D. K. Kirillov. Ennek a munkának az eredményeit „Research on Titanium” című brosúrájában tették közzé. De a kevéssé ismert orosz tudós munkája észrevétlen maradt. További 12 évvel később egy meglehetősen tiszta terméket - körülbelül 95% titánt - szereztek Berzelius honfitársai, a híres vegyészek, L. Nilsson és O. Peterson, akik egy acél hermetikus bombában fémes nátriummal redukálták a titán-tetrakloridot.

1895-ben A. Moissan francia kémikus ívkemencében szénnel redukálta a titán-dioxidot, és a kapott anyagot kétszeres finomításnak vetette alá, és olyan titánt kapott, amely mindössze 2% szennyeződést, főleg szenet tartalmazott. Végül 1910-ben M. Hunter amerikai kémikus Nilsson és Peterson módszerét továbbfejlesztve több gramm titánt tudott előállítani, körülbelül 99%-os tisztasággal. Ezért van az, hogy a legtöbb könyvben a titánfém beszerzésének elsőbbsége Hunternek tulajdonítható, nem pedig Kirillovnak, Nilssonnak vagy Moissannak.

Azonban sem Hunter, sem kortársai nem jósoltak nagy jövőt a titánnak. Csak néhány tized százaléknyi szennyeződést tartalmazott a fém, de ezek a szennyeződések törékennyé, törékennyé és felhasználásra alkalmatlanná tették a titánt. megmunkálás. Ezért néhány titánvegyület korábban talált alkalmazást, mint maga a fém. A titán-tetrakloridot például széles körben használták az elején világháború füstszűrők létrehozásához.

22. sz. az orvostudományban

1908-ban az USA-ban és Norvégiában a fehéret nem ólom- és cinkvegyületekből kezdték előállítani, mint korábban, hanem titán-dioxidból. Ilyen fehérrel többször nagyobb felületeket lehet festeni, mint ugyanannyi ólom- vagy cinkfehérrel. Ezenkívül a titánfehér nagyobb fényvisszaverő képességgel rendelkezik, nem mérgező és nem sötétedik el hidrogén-szulfid hatására. Az orvosi szakirodalom olyan esetet ír le, amikor egy ember 460 g titán-dioxidot „vett be” egyszerre! (Kíváncsi vagyok, mivel keverte össze?) A titán-dioxid „szeretője” nem tapasztalt fájdalmas érzéseket. A TiO 2 része néhánynak orvosi eszközök, különösen bőrbetegségek elleni kenőcsök.

A TiO 2-ből azonban nem az orvostudomány, hanem a festék- és lakkipar fogyasztja a legnagyobb mennyiséget. Ennek a vegyületnek a világtermelése messze meghaladta az évi félmillió tonnát. A titán-dioxid alapú zománcokat széles körben használják védő- és dekoratív bevonatok fémen és fán a hajóépítésben, az építőiparban és a gépészetben. A szerkezetek és alkatrészek élettartama jelentősen megnő. A titánfehéret szövetek, bőrök és egyéb anyagok színezésére használják.

Ti az iparban

A titán-dioxid a porcelánmasszák, tűzálló üvegek, kerámia anyagok nagy dielektromos állandóval. Szilárdságot és hőállóságot növelő töltőanyagként gumikeverékekbe kerül. A titánvegyületek összes előnye azonban jelentéktelennek tűnik a tiszta titán fém egyedi tulajdonságainak hátterében.

Elemi Titán

1925-ben van Arkel és de Boer holland tudósok nagy tisztaságú - 99,9%-os - titánt nyertek jodid módszerrel (erről bővebben lentebb). A Hunter által nyert titántól eltérően hajlékony volt: hidegen kovácsolható, lapokká, szalagokká, drótokká és még a legvékonyabb fóliába is tekerhető. De még csak nem is ez a fő. A titán fém fizikai-kémiai tulajdonságainak tanulmányozása szinte fantasztikus eredményekhez vezetett. Kiderült például, hogy a titán, amely majdnem kétszer olyan könnyű, mint a vas (titán sűrűsége 4,5 g/cm3), szilárdsága meghaladja sok acélt. Az alumíniummal való összehasonlítás is a titán mellett szólt: a titán mindössze másfélszer nehezebb, mint az alumínium, de hatszor erősebb, és ami különösen fontos, 500°C-ig megőrzi szilárdságát ( és ötvözőelemek hozzáadásával - 650 °C-ig), míg az alumínium és magnéziumötvözetek szilárdsága már 300 °C-on meredeken csökken.

A titán keménysége is jelentős: 12-szer keményebb, mint az alumínium, 4-szer keményebb, mint a vas és a réz. A fém másik fontos jellemzője a folyáshatár. Minél magasabb, annál jobban ellenállnak az ebből a fémből készült alkatrészek az üzemi terhelésnek, annál tovább megtartják formájukat és méretüket. A titán folyáshatára közel 18-szor nagyobb, mint az alumíniumé.

A legtöbb fémtől eltérően a titánnak jelentős elektromos ellenállása van: ha az ezüst elektromos vezetőképességét 100-nak vesszük, akkor a réz vezetőképessége 94, az alumíniumé 60, a vasé és a platinaé 15, a titáné pedig csak 3,8. Aligha kell magyarázni, hogy ez a tulajdonság, akárcsak a titán nem mágnesessége, érdekes a rádióelektronika és az elektrotechnika számára.

A titán korrózióállósága figyelemre méltó. 10 év tengervíznek való kitettség után ennek a fémnek a lemezén nem jelentek meg korróziós nyomok. A modern nehézhelikopterek rotorjai titánötvözetből készülnek. A szuperszonikus repülőgépek kormányai, csűrői és néhány más kritikus alkatrésze is ezekből az ötvözetekből készül. Sokakon vegyipari termelés Ma már egész titánból készült berendezés és oszlop található.

Hogyan lehet titánt szerezni

Az ár egy másik dolog, ami lassítja a titán termelését és fogyasztását. Valójában a magas költség nem a titán hibája. BAN BEN földkéreg sok van belőle - 0,63%. A titán még mindig magas ára annak a következménye, hogy nehéz kivonni az ércekből. Ennek magyarázata a titán sok elemhez való nagy affinitása és a természetes vegyületeiben lévő kémiai kötések erőssége. Ebből adódik a technológia összetettsége. Így néz ki a titángyártás magnézium-termikus módszere, amelyet V. Kroll amerikai tudós dolgozott ki 1940-ben.

A titán-dioxidot klór segítségével (szén jelenlétében) titán-tetrakloriddá alakítják:

HO 2 + C + 2CI 2 → HCI 4 + CO 2.

A folyamat elektromos aknakemencékben zajlik 800-1250°C-on. Egy másik lehetőség az alkálifém-sók NaCl és KCl olvadékban történő klórozása A következő (ugyanúgy fontos és időigényes) művelet - a TiCl 4 tisztítása a szennyeződésektől - történik. különböző utakés anyagok. A titán-tetraklorid normál körülmények között 136 °C forráspontú folyadék.

A titán és a klór közötti kötést könnyebb megszakítani, mint oxigénnel. Ez a reakció magnézium felhasználásával történhet

TiCl 4 + 2Mg → T + 2MgCl 2.

Ez a reakció acélreaktorokban megy végbe 900 °C-on. Az eredmény egy úgynevezett titán szivacs, amelyet magnéziummal és magnézium-kloriddal impregnáltak. Zárt vákuumkészülékben 950 °C-on elpárologtatják, majd a titánszivacsot szinterezik vagy tömör fémmé olvasztják.

A titán fém előállítására szolgáló nátrium-termikus módszer elvileg nem sokban különbözik a magnézium-termikus módszertől. Ez a két módszer a legelterjedtebb az iparban. A tisztább titán előállításához továbbra is a van Arkel és de Boer által javasolt jodid módszert alkalmazzák. A metalloterm titán szivacsot TiI 4 jodiddá alakítják, amelyet ezután vákuumban szublimálnak. Útközben a titap-jodid gőze 1400 °C-ra melegített titánhuzallal találkozik. Ebben az esetben a jodid lebomlik, és tiszta titánréteg nő a huzalon. Ez a titángyártási mód alacsony termelékenységű és költséges, ezért az iparban rendkívül korlátozott mértékben alkalmazzák.

A titángyártás munka- és energiaintenzitása ellenére mára a színesfémkohászat egyik legfontosabb alágazatává vált. A globális titángyártás nagyon gyors ütemben fejlődik. Ezt akár a nyomtatásba kerülő töredékes információkból is meg lehet ítélni.

Ismeretes, hogy 1948-ban csak 2 tonna titánt olvasztottak ki a világon, 9 évvel később pedig már 20 ezer tonnát Ez azt jelenti, hogy 1957-ben 20 ezer tonna titánt gyártottak minden országban, 1980-ban pedig csak az USA fogyasztott. . 24,4 ezer tonna titán... Úgy tűnik, a titánt a közelmúltig ritka fémnek hívták - ma a legfontosabb szerkezeti anyag. Ez csak egyval magyarázható: egy ritka kombinációval előnyös tulajdonságait 22. számú elem. És természetesen a technológia igényei.

A titán, mint szerkezeti anyag szerepe, amely a nagy szilárdságú ötvözetek alapja a légi közlekedésben, a hajógyártásban és a rakétagyártásban, gyorsan növekszik. Ötvözetekhez használják a legtöbb olvasztott titán a világon. Az ötvözet széles körben ismert légi közlekedési ágazat 90% titánból, 6% alumíniumból és 4% vanádiumból áll. 1976-ban az amerikai sajtóban hírek jelentek meg egy új, ugyanerre a célra szolgáló ötvözetről: 85% titán, 10% vanádium, 3% alumínium és 2% vas. Azt állítják, hogy ez az ötvözet nemcsak jobb, hanem gazdaságosabb is.

Általában a titánötvözetek sok elemet tartalmaznak, beleértve a platinát és a palládiumot. Ez utóbbiak (0,1-0,2%-os mennyiségben) növelik a titánötvözetek amúgy is magas vegyszerállóságát.

A titán szilárdságát az olyan „ötvöző adalékok” is növelik, mint a nitrogén és az oxigén. De az erővel együtt növelik a titán keménységét és legfőképpen a törékenységét, ezért tartalmuk szigorúan szabályozott: legfeljebb 0,15% oxigén és 0,05% nitrogén megengedett az ötvözetben.

Annak ellenére, hogy a titán drága, olcsóbb anyagokkal való helyettesítése sok esetben költséghatékonynak bizonyul. Íme egy tipikus példa. A rozsdamentes acélból készült vegyi készülék teste 150 rubel, a titánötvözetből készült készüléké pedig 600 rubel. Ugyanakkor egy acélreaktor csak 6 hónapig tart, a titán reaktor pedig 10 évig. Adjuk hozzá az acélreaktorok cseréjének költségeit, kényszerített állásidő berendezések - és nyilvánvalóvá válik, hogy a drága titán használata jövedelmezőbb lehet, mint az acél.

A kohászat jelentős mennyiségű titánt használ. Több száz minőségű acél és más ötvözet létezik, amelyek ötvöző adalékként titánt tartalmaznak. Bevezetik a fémek szerkezetének javítására, a szilárdság és a korrózióállóság növelésére.

Néhány magreakciónak szinte abszolút vákuumban kell végbemennie. Higanyszivattyúk segítségével a vákuumot a légkör több milliárdod részére lehet hozni. De ez nem elég, és a higanyszivattyúk nem képesek többre. A levegő további szivattyúzását speciális titánszivattyúk végzik. Ezenkívül a még nagyobb vákuum elérése érdekében finoman diszpergált titánt permeteznek a kamra belső felületére, ahol a reakciók végbemennek.

A titánt gyakran a jövő fémének nevezik. A tények, amelyekkel a tudomány és a technológia már rendelkezésükre áll, meggyőznek bennünket arról, hogy ez nem teljesen igaz – a titán már a jelen fémjévé vált.

Perovskit és szfén. Ilmenit - vas-metatitanát FeTiO 3 - 52,65% TiO 2 -t tartalmaz. Ennek az ásványnak a neve annak a ténynek köszönhető, hogy az Urálban, az Ilmen-hegységben találták. Az ilmenit homok legnagyobb lerakódásai Indiában találhatók. Egy másik fontos ásvány, a rutil a titán-dioxid. A titanomagnetitok, az ilmenit és a vas ásványi anyagok természetes keveréke, szintén ipari jelentőséggel bírnak. A Szovjetunióban, az USA-ban, Indiában, Norvégiában, Kanadában, Ausztráliában és más országokban gazdag titánérc-lelőhelyek találhatók. Nem sokkal ezelőtt a geológusok egy új titántartalmú ásványt fedeztek fel a Bajkál északi régiójában, amelyet L. D. Landau szovjet fizikus akadémikus tiszteletére landauite-nak neveztek el. Összesen több mint 150 jelentős titánérc- és titánlelőhely ismeretes szerte a világon.

MEGHATÁROZÁS

Titán- a periódusos rendszer huszonkettedik eleme. Megnevezés - Ti a latin „titán” szóból. A negyedik periódusban található, IVB csoport. Fémekre utal. A nukleáris töltés 22.

A titán nagyon gyakori a természetben; A földkéreg titántartalma 0,6% (tömeg), azaz. magasabb, mint a technológiában széles körben használt fémek, például réz, ólom és cink tartalma.

Mint egyszerű anyag a titán egy ezüstös-fehér fém (1. ábra). Könnyűfémekre vonatkozik. Tűzálló. Sűrűség - 4,50 g/cm3. Olvadáspontja 1668 o C, forráspontja 3330 o C. Normál hőmérsékleten levegőben korrózióálló, ami a TiO 2 összetételű védőfólia jelenlétével magyarázható a felületén.

Rizs. 1. Titán. Kinézet.

A titán atom- és molekulatömege

Az anyag relatív molekulatömege(M r) egy szám, amely megmutatja, hogy egy adott molekula tömege hányszor nagyobb, mint egy szénatom tömegének 1/12-e, és relatív atomtömeg elem(A r) - egy kémiai elem átlagos atomtömege hányszor nagyobb, mint a szénatom tömegének 1/12-e.

Mivel a titán szabad állapotban monoatomos Ti molekulák formájában létezik, atom- és molekulatömegének értéke egybeesik. Ezek egyenlőek 47,867-tel.

A titán izotópjai

Ismeretes, hogy a természetben a titán öt stabil izotóp, 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti és 50 Ti formájában található. Tömegszámuk 46, 47, 48, 49 és 50. A 46 Ti titán izotóp atommagja huszonkét protont és huszonnégy neutront tartalmaz, a többi izotóp pedig csak a neutronok számában tér el tőle.

Vannak mesterséges titán izotópok tömegszámok 38-tól 64-ig, amelyek közül a legstabilabb a 44 Ti 60 éves felezési idővel, valamint két nukleáris izotóp.

Titán ionok

A titánatom külső energiaszintjén négy elektron található, amelyek vegyértékek:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2.

A kémiai kölcsönhatás következtében a titán feladja vegyértékelektronjait, azaz. donoruk, és pozitív töltésű ionná alakul:

Ti 0 -2e → Ti 2+ ;

Ti 0 -3e → Ti 3+ ;

Ti 0 -4e → Ti 4+ .

Titán molekula és atom

A titán szabad állapotban monoatomos Ti molekulák formájában létezik. Íme néhány tulajdonság, amely a titán atomját és molekuláját jellemzi:

Titán ötvözetek

A titán fő tulajdonsága, amely hozzájárul a széles körű használatához modern technológia- Maga a titán és az alumíniummal és más fémekkel alkotott ötvözeteinek magas hőállósága. Ezenkívül ezek az ötvözetek hőállóak - ellenállnak a magas mechanikai tulajdonságok magas hőmérsékleten való fenntartásának. Mindezek miatt a titánötvözetek nagyon értékes anyagok a repülőgép- és rakétagyártáshoz.

Magas hőmérsékleten a titán halogénekkel, oxigénnel, kénnel, nitrogénnel és más elemekkel egyesül. Ez az alapja a titán-vas ötvözetek (ferrotitanium) acéladalékként való használatának.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

2. PÉLDA

Gyakorlat	Számítsa ki a 47,5 g tömegű titán(IV)-klorid magnéziummal történő redukciója során felszabaduló hőmennyiséget! A reakció termokémiai egyenlete a következő:
Megoldás	Írjuk fel újra a reakció termokémiai egyenletét: TiCl 4 + 2Mg = Ti + 2MgCl 2 =477 kJ. A reakcióegyenlet szerint 1 mól titán(IV)-klorid és 2 mól magnézium került bele. Számítsuk ki a titán(IV)-klorid tömegét az egyenlet segítségével, pl. elméleti tömeg ( moláris tömeg- 190 g/mol): m elmélet (TiCl 4) = n (TiCl 4) × M (TiCl 4); m elmélet (TiCl 4) = 1 × 190 = 190 g. Készítsünk arányt: m prac (TiCl 4)/ m elmélet (TiCl 4) = Q prac / Q elmélet. Ekkor a titán(IV)-klorid magnéziummal történő redukciója során felszabaduló hőmennyiség egyenlő: Q prac = Q elmélet × m prac (TiCl 4)/ m elmélet; Q gyakorlat = 477 × 47,5/ 190 = 119,25 kJ.
Válasz	A hőmennyiség 119,25 kJ.

A 22-es elemet (angol Titanium, French Titane, német Titan) a 18. század végén fedezték fel, amikor a szakirodalomban még nem ismertetett új ásványok felkutatása és elemzése nemcsak a vegyészeket és ásványkutatókat, hanem az amatőr tudósokat is lenyűgözte. Az egyik ilyen amatőr, Gregor angol pap finom törtfehér homokkal kevert fekete homokot talált a cornwalli Menachan-völgyben lévő plébániáján. Gregor feloldott egy homokmintát sósavban; Ugyanakkor a vas 46%-a kiszabadult a homokból. Gregor a minta többi részét kénsavban oldotta, és a 3,5%-os szilícium-dioxid kivételével szinte az összes anyag oldatba ment. A kénsav oldat elpárologtatása után a minta 46%-a fehér por maradt vissza. Gregor speciális mészfajtának tartotta, amely savfeleslegben oldódik és maró kálium csapja ki. Folytatva a por tanulmányozását, Gregor arra a következtetésre jutott, hogy a vas egy ismeretlen fém vegyülete. Miután egyeztetett barátjával, Hawkins ásványkutatóval, Gregor 1791-ben publikálta munkája eredményeit, és azt javasolta, hogy az új fémet Menachine-nak nevezzék el a völgyről, amelyben a fekete homokot találták. Ennek megfelelően az eredeti ásványt menakonitnak nevezték el. Klaproth megismerkedett Gregor üzenetével, és tőle függetlenül elkezdte elemezni az akkoriban „vörös magyar scherl” (rutil) néven ismert ásványt. Hamarosan sikerült izolálnia egy ismeretlen fém oxidját az ásványból, amelyet titánnak (Titan) nevezett el a titánok - a Föld ősi mitikus lakói - analógiájára. Klaproth szándékosan választott mitológiai nevet, nem pedig az elemeket tulajdonságaik szerint nevezte el, ahogy azt Lavoisier és a Párizsi Tudományos Akadémia Nomenklatúra Bizottsága javasolta, és ami súlyos félreértésekhez vezetett. Azt gyanítva, hogy Gregor menakinja és titánja ugyanaz az elem, Klaproth elvégezte a menakonit és a rutil összehasonlító elemzését, és megállapította mindkét elem azonosságát. Oroszországban a 19. század végén. a titánt az ilmenitből izolálta és kémiai oldalról részletesen tanulmányozta Lovitz; Ugyanakkor észrevett néhány hibát Klaproth definícióiban. Az elektrolitikusan tiszta titánt 1895-ben a Moissan gyártotta. A 19. század eleji orosz irodalomban. a titánt néha titánnak is nevezik (Dvigubsky, 1824), és öt évvel később megjelenik ott a titán név.

A titán nagy részét a repülés- és rakétatechnológia, valamint a tengeri hajógyártás szükségleteire költik. A ferrotitánhoz hasonlóan kiváló minőségű acélok ötvöző adalékaként és deoxidálószerként használják. Műszaki titán tartályok, vegyi reaktorok, csővezetékek, szerelvények, szivattyúk, szelepek és egyéb, agresszív környezetben működő termékek gyártásához használják. A kompakt titánt magas hőmérsékleten működő elektromos vákuumkészülékek hálóinak és egyéb alkatrészeinek készítésére használják.

Szerkezeti anyagként való felhasználás tekintetében a Ti a 4. helyen áll, csak az Al, Fe és Mg mögött. A titán-aluminidek nagyon ellenállnak az oxidációnak és hőállóak, ami viszont meghatározta a repülőgép- és autógyártásban való alkalmazásukat szerkezeti anyagként. A fém biológiai ártalmatlansága miatt kiváló anyag az élelmiszeriparban és a rekonstrukciós sebészetben.

A titán és ötvözetei magas szintjük miatt széles körben alkalmazhatók a technológiában mechanikai erő, amely magas hőmérsékleten megőrződik, korrózióállóság, hőállóság, fajlagos szilárdság, alacsony sűrűség és egyéb hasznos tulajdonságok. Ennek a fémnek és az arra épülő anyagoknak a magas költségét sok esetben kompenzálja a nagyobb teljesítményük, és esetenként ezek az egyetlen alapanyag, amelyből olyan berendezések, szerkezetek készíthetők, amelyek ezekben a sajátos körülmények között működni tudnak.

A titánötvözetek fontos szerepet játszanak a repüléstechnikában, ahol a legtöbbet igyekeznek megszerezni könnyű kialakítás a szükséges erővel kombinálva. A Ti más fémekhez képest könnyű, ugyanakkor magas hőmérsékleten is képes működni. Ti-alapú anyagokat használnak a burkolat, a rögzítőelemek, a tápkészlet, az alvázalkatrészek és a különféle egységek készítéséhez. Ezeket az anyagokat repülőgép-hajtóművek gyártásában is használják. Ez lehetővé teszi a súlyuk 10-25%-os csökkentését. A titánötvözeteket kompresszortárcsák és -lapátok, motorok levegőbeömlőinek és -vezetőinek alkatrészei, valamint különféle rögzítőelemek gyártására használják.

Egy másik alkalmazási terület a rakétatechnika. A hajtóművek rövid távú működése és a légkör sűrű rétegeinek gyors áthaladása miatt a rakétatudományban a fáradási szilárdság, a statikus állóképesség és részben a kúszás problémái nagymértékben megszűnnek.

A műszaki titán nem kellően nagy hőszilárdsága miatt nem alkalmas a repülésben való felhasználásra, de kiemelkedően magas korrózióállósága miatt bizonyos esetekben nélkülözhetetlen a vegyiparban és a hajógyártásban. Így kompresszorok és szivattyúk gyártására használják olyan agresszív közegek szivattyúzására, mint a kénsav és a sósav, valamint ezek sói, csővezetékek, elzárószelepek, autokláv, különféle tartályok, szűrők stb. Csak a Ti korrózióálló olyan környezetben, mint a nedves klór, vizes és savas klóroldatok, ezért ebből a fémből készülnek a klóripar berendezései. Korrozív környezetben működő hőcserélők készítésére is használják, például salétromsav (nem dohányzó). A hajógyártásban a titánt propellerek gyártásához, hajók, tengeralattjárók, torpedók stb. bevonásához használják. Tovább ezt az anyagot a kagylók nem tapadnak, ami meredeken növeli az edény ellenállását mozgás közben.

A titánötvözetek sok más alkalmazásban is ígéretesek, de technológiai elterjedésüket gátolja ennek a fémnek a magas ára és elégtelen mennyisége.

A titánvegyületeket szintén széles körben használják különféle iparágak ipar. A keményfém (TiC) nagy keménységű, és a gyártás során használják vágó eszközökés koptató anyagok. A fehér-dioxidot (TiO2) festékekben (pl. titánfehérben), valamint papír- és műanyaggyártásban használják. A szerves titánvegyületeket (például tetrabutoxi-titánt) katalizátorként és keményítőként használják a vegyiparban, valamint a festék- és lakkiparban. A szervetlen titánvegyületeket a kémiai elektronikai iparban és az üvegszálas iparban használják adalékanyagként. A diborid (TiB 2) a fémfeldolgozáshoz használt szuperkemény anyagok fontos összetevője. A nitridet (TiN) a szerszámok bevonására használják.

A periódusos rendszerben a titán kémiai elemet Ti (Titanium) néven jelöljük, és a IV. csoport másodlagos alcsoportjában, a 22-es rendszám alatt a 4. periódusban található. Ez egy ezüstfehér szilárd fém, amely része a IV. nagy mennyiségásványok. Titánt vásárolhat weboldalunkon.

A titánt a 18. század végén fedezték fel angliai és német vegyészek, William Gregor és Martin Klaproth, egymástól függetlenül, hat év különbséggel. Az elem nevét Martin Klaproth adta a titánok (hatalmas, erős, halhatatlan lények) ókori görög karaktereinek tiszteletére. Mint kiderült, a név prófétai lett, de az emberiségnek több mint 150 évbe telt, mire megismerte a titán összes tulajdonságát. Csak három évtizeddel később sikerült megszerezni az első fém titánmintát. Akkoriban törékenysége miatt gyakorlatilag nem használták. 1925-ben Van Arkel és De Boer kémikusok egy sor kísérletet követően, jodidos módszerrel kivonták a tiszta titánt.

A fém értékes tulajdonságai miatt a mérnökök és a tervezők azonnal felfigyeltek rá. Igazi áttörés volt. 1940-ben Kroll kifejlesztett egy magnézium-termikus módszert titán ércből történő előállítására. Ez a módszer ma is aktuális.

Fizikai és mechanikai tulajdonságok

A titán meglehetősen tűzálló fém. Olvadáspontja 1668±3°C. Ebben a mutatóban gyengébb az olyan fémeknél, mint a tantál, volfrám, rénium, nióbium, molibdén, tantál, cirkónium. A titán egy paramágneses fém. Mágneses térben nincs mágnesezve, de nem is tolják ki belőle. 2. kép
A titán alacsony sűrűségű (4,5 g/cm³) és nagy szilárdságú (akár 140 kg/mm²). Ezek a tulajdonságok gyakorlatilag nem változnak magas hőmérsékleten. Több mint 1,5-szer nehezebb, mint az alumínium (2,7 g/cm³), de 1,5-szer könnyebb a vasnál (7,8 g/cm³). A titán mechanikai tulajdonságai sokkal jobbak ezeknél a fémeknél. Szilárdság tekintetében a titán és ötvözetei egyenrangúak számos ötvözött acélminőséggel.

A titán ugyanolyan korrózióálló, mint a platina. A fém kiválóan ellenáll a kavitációs körülményeknek. A folyékony közegben a titán alkatrész aktív mozgása során keletkező légbuborékok gyakorlatilag nem pusztítják el.

Ez tartós fém, képes ellenállni a törésnek és a képlékeny alakváltozásnak. 12-szer keményebb, mint az alumínium, és 4-szer keményebb, mint a réz és a vas. Egy másik fontos mutató a folyáshatár. Ennek a mutatónak a növekedésével javul a titán alkatrészek ellenállása az üzemi terhelésekkel szemben.

Bizonyos fémekkel (különösen nikkellel és hidrogénnel) készült ötvözetekben a titán képes „emlékezni” a termék bizonyos hőmérsékleten keletkezett alakjára. Az ilyen termék ezután deformálódhat, és hosszú ideig megtartja ezt a pozíciót. Ha a terméket arra a hőmérsékletre melegítik, amelyen készült, akkor a termék felveszi eredeti alakját. Ezt a tulajdonságot „memóriának” nevezik.

A titán hővezető képessége viszonylag alacsony, és a lineáris tágulási együttható ennek megfelelően alacsony. Ebből az következik, hogy a fém rossz elektromos és hővezető. De amikor alacsony hőmérsékletek az elektromosság szupravezetője, amely lehetővé teszi az energia jelentős távolságokra történő továbbítását. A titánnak nagy elektromos ellenállása is van.
A tiszta titán fémre vonatkozik különféle típusok hideg és meleg feldolgozás. Húzható és huzalozható, kovácsolható, 0,01 mm vastagságú szalagokká, lapokká és fóliákká tekerhető. A következő típusú hengerelt termékek készülnek titánból: titán szalag, titán huzal, titán csövek, titán perselyek, titán kör, titán rúd.

Kémiai tulajdonságok

A tiszta titán kémiailag aktív elem. Annak a ténynek köszönhetően, hogy a felületén sűrű réteg képződik védőréteg, a fém nagyon ellenáll a korróziónak. Levegőn, sós tengervízben nem oxidálódik, és nem változik sok agresszív kémiai környezetben (pl.: hígított és tömény salétromsav, aqua regia). Magas hőmérsékleten a titán sokkal aktívabban lép kölcsönhatásba a reagensekkel. 1200°C hőmérsékletű levegőben meggyullad. Meggyújtáskor a fém fényes fényt ad. A nitrogénnel is aktív reakció megy végbe, a titán felületén sárgásbarna nitridfilm képződik.

A sósavval és kénsavval szobahőmérsékleten gyengék a reakciók, de hevítéskor a fém intenzíven oldódik. A reakció eredményeként rövid szénláncú kloridok és monoszulfát keletkeznek. Szintén történik gyenge kölcsönhatások foszfor- és salétromsavval. A fém reagál halogénekkel. A klórral való reakció 300 °C-on megy végbe.
A hidrogénnel való aktív reakció kissé szobahőmérséklet feletti hőmérsékleten megy végbe. A titán aktívan elnyeli a hidrogént. 1 g titán akár 400 cm³ hidrogént képes elnyelni. A hevített fém lebontja a szén-dioxidot és a vízgőzt. A vízgőzzel való kölcsönhatás 800°C feletti hőmérsékleten lép fel. A reakció eredményeként fém-oxid képződik, és a hidrogén elpárolog. Magasabb hőmérsékleten a forró titán elnyeli a szén-dioxidot, és karbidot és oxidot képez.

Megszerzési módszerek

A titán az egyik legelterjedtebb elem a Földön. A bolygó belében lévő tartalma tömeg szerint 0,57%. A fém legnagyobb koncentrációja a „bazalthéjban” (0,9%), a gránitkőzetekben (0,23%) és az ultramafikus kőzetekben (0,03%) figyelhető meg. Körülbelül 70 titánásvány létezik, amelyekben titánsav vagy -dioxid formájában található. A titánércek fő ásványai: ilmenit, anatáz, rutil, brookit, loparit, leukoxén, perovszkit és szfén. A világ fő titántermelői az Egyesült Királyság, az USA, Franciaország, Japán, Kanada, Olaszország, Spanyolország és Belgium.
A titán beszerzésének többféle módja van. Mindegyiket a gyakorlatban használják, és meglehetősen hatékonyak.

1. Magnézium-termikus eljárás.

A titántartalmú ércet bányászják és dioxiddá dolgozzák fel, amelyet lassan és nagyon magas hőmérsékleten klóroznak. A klórozást szén-környezetben végzik. A reakció eredményeként képződött titán-kloridot ezután magnéziummal redukáljuk. A kapott fémet vákuumberendezésben magas hőmérsékleten hevítik. Ennek eredményeként a magnézium és a magnézium-klorid elpárolog, így a titánban sok pórus és üreg marad. A titán szivacsot megolvasztják, hogy kiváló minőségű fémet állítsanak elő.

2. Kalcium-hidrid módszer.

Először titán-hidridet állítanak elő, majd komponenseire osztják: titánra és hidrogénre. A folyamat levegőtlen térben, magas hőmérsékleten megy végbe. Kalcium-oxid képződik, amelyet gyenge savakkal mosnak.
A kalcium-hidrid és a magnézium termikus módszereit általában használják ipari mérleg. Ezek a módszerek lehetővé teszik jelentős mennyiségű titán előállítását rövid idő alatt, minimális pénzköltséggel.

3. Elektrolízis módszer.

Titán-klorid vagy -dioxid van kitéve nagy szilárdságú jelenlegi. Ennek eredményeként a vegyületek lebomlanak.

4. Jodid módszer.

A titán-dioxid reakcióba lép jódgőzzel. Ezután a titán-jodidot tesszük ki magas hőmérsékletű, ami titánt eredményez. Ez a módszer a leghatékonyabb, de egyben a legdrágább is. A titán nagyon nagy tisztaságú, szennyeződések és adalékanyagok nélkül.

Titán alkalmazása

A titánt jó korróziógátló tulajdonságai miatt vegyi berendezések gyártásához használják. A fém és ötvözeteinek nagy hőállósága megkönnyíti a modern technológiában való felhasználását. A titánötvözetek kiváló anyagok repülőgép-, rakéta- és hajógyártáshoz.

Az emlékművek titánból készülnek. Az ebből a fémből készült harangok pedig rendkívüli és nagyon szép hangzásukról ismertek. A titán-dioxid egyes gyógyszerek összetevője, például: bőrbetegségek elleni kenőcsök. A nikkel-, alumínium- és széntartalmú fémvegyületekre is nagy a kereslet.

A titán és ötvözetei olyan területeken találtak alkalmazást, mint a vegyipar és az élelmiszeripar, a színesfémkohászat, az elektronika, a nukleáris gépészet, az energetika és a galvanizálás. Fegyverzet, páncéllemezek, sebészeti eszközök titánból és ötvözeteiből pedig implantátumok, öntözőrendszerek, sportfelszerelések és még ékszerek is készülnek. A nitridálás során a fém felületén aranyszínű film képződik, amely szépségében még az igazi aranynál sem marad el.