Titanul

Titan

Istoric:

Titanul a fost descoperit in 1791 de geologul amator si pastoral William Gregor.El a recunoscut prezenţa unui nou element în ilmenit(un mineral de culoare cenusie-neagrǎ,un oxid de fier si titan,cu formula chimicǎ FeTiO3 ,compus în proporţie de 52.65% din TiO2 si rest de FeO.El se gaseste în roci metamorfice si magmatice si cristalizeazǎ în sistem ramboendric.Ilmenitul este cel mai important minereu de titan)când a gasit nisip negru pe malul unui pârâu de lângaǎ o pororhie din Manaccan si a observant cǎ acesta era atras de magnet.Analiza nisipului a determinat prezenţa a doi oxizi metalici:oxid de fier(ceea ce explicǎ atracţia faţǎ de magnet)si 42,25% un oxid metalic de culoare albǎ pe care nu îl putea identifica.

Gregor realizând cǎ oxidul necunoscut conţinea un metal care nu se potrivea cu proprietǎţile nici unui alt element cunoscut pe atunci a dat raportul Societǎţii Geologice Regale din Cornwall si Jurnalului de Ştiintǎ Crell’s Annalen.

În aceeasi perioadǎ Franz- Joseph Muller von Reichenstein a produs o substanţǎ similarǎ,dar nu o putea identifica.Oxidul a fost apoi redescoperit în 1795 de chimistul german Martin Heinrich Klaproth în rutinul pe care îl avea în Ungaria.Martin Heinrich Klaproth a recunoscut acolo un nou element si l-a numit dupǎ Titanii din mitologia greacǎ.Dupǎ ce a auzit de descoperirea anterioarǎ a lui Gregor,a obţinut o monstrǎ de manaccanit si a confirmat cǎ ascesta conţinea titan.

Titanul metalic pur ( 99,9%) a fost prima datǎ preparat în 1910 de Matthew Hunter prin încǎlzirea TiCl4 cu sodiul într-o capsulǎ de osel la 700-800oC prin procesul Hunter.Metalul nu a fost utilizat în afara laboratorului pânǎ în 1932,când William Justin Kroll a dovedit cǎ poate fi produs prin reducerea tetraclorurii de titan în prezenţa calciului.Opt ani mai târziu,el a perfecţionat procesul,folosind magneziu sau chiar sodiu în ceea ce a devenit cunoscut cǎ procesul Kroll.Desi cercetǎrile asupra unor procese mai eficiente si mai ieftine continuǎ (ex.FFC Cambridge),procesul Kroll este încǎ folosit pentru producsii comerciale.

Fig.1 O barǎ de cristal de titan produsǎ prin procesul iodurii

Titanul de puritate înaltǎ a fost fabricat în cantitǎţi mici când Anton Eduard van Arkel si Jan Hendrik de Boer au descoperit procesul iodurii sau barei de cristal,în 1925,prin reacţia cu iodul si descompunerea vaporilor formaţi deasupra unui filament fierbinte în metal pur.

În anii 1950 si 1960 Uniunea Sovieticǎ a fost pionerǎ în intrebuinţarea titanului în aplicaţii militare si submarine (clasa Alfa si clasa Mike) ca parte a programelor legate de Razboiul Rece.

Începând cu anii 1950 timpurii,metalul a debutat în scopuri militare aviatice,în particular avioane cu reacţii de înaltǎ performanţǎ,pornind de la aeronave precum F100 Super Sabre si Lockheed A-12.

În S.U.A,Departamentul de Aparare a fost adus la cunostinţǎ de importanţa strategicǎ a metalului si a sprijinit primele eforturi de comercializare a acestuia.Prin perioada Razboiului Rece,titanul a fost considerat un material strategic de cǎtre Guvernul S.U.A.,iar o mare înmagazinare de bureţi de titan a fost întreţinutǎ de Defense National Stockpile Center,care a fost epuizatǎ într-un final în 2005.Astazi,cel mai mare producator mondial,VSMPO-Avisma cu baza în Rusia este estimat a raspunde pentru 29% din cota pieţei mondiale.

În 2006,Agenţia de Aparare a Statelor Unite a acordat $5.7 milioane unei campanii de douǎ consorţii pentru a dezvolta un nou process de fabricare a titanului în formǎ de pudrǎ metalicǎ.Sub condiţii de cǎldurǎ si presiune,pudra poate fi folositǎ pentru a crea obiecte puternice si usoare,ce variazǎ de la blindaj la componentele pentru aerospaţiu,transport si industriile de procesare chimicǎ.

Titanul este un element chimic cu simbolul Ti si numǎrul atomic 22.Are o densitate micǎ si este un metal de tranziţie dur,lucios si rezistent la coroziune,cu o culoare argintie.Titanul poate fi folosit în combinaţii cu fierul,vanadiul,molibdenul cu scopul de a produce aliaje puternice si usoare pentru aerospaţiu (motor cu reacţie,proiectil sau nave spaţiale),uz militar,procese industriale (chimicale si petro-chimicale,hârtie),automobile,agro-alimentare,proteze medicale,implanturi ortopedice si pile dentare,implanturi dentare,bijuterii,telefoane mobile si alte aplicaţii).

Cel mai comun compus al sǎu,dioxidul de titan,este utilizat în fabricarea pigmenţilor albi.Alţi compusi include tetraclorura de titan (TiCl4 ,folositǎ în scrisul pe cer si ca un catalizator) si triclorura de titan (TiCl3 ,folositǎ ca un catalizator în procesul de fabricare apolipropilenei).

Douǎ dintre cele mai folositoare proprietǎţi ale metalului este rezistenţa la coroziune si raţia duritate-greutate cea mai mare dintre toate metalele.În stare purǎ,titanul este la fel de dur ca unele tipuri de oţel dar cu 45 mai usor.Sunt douǎ forme alotropice si cinci izotopi naturali ai acestui element:de la 46Ti pânǎ la 50Ti, cu 48Ti fiind cel mai abundant (73,8%).Proprietǎţile titanului sunt similar chimic si fizic cu cele a zirconiului.

Caracteristici fizice:

Titanul este un metal dur,cu densitate micǎ,care este destul de ductile,lucios si alb argintiu în culoare.Temperatura relative ridicatǎ a punctului de topire (peste 16490C) îl face folositor ca material refractor.Tipurile comerciale de titan (cu puritate de 99,2%) au rezistenta de rupere la tracţiune maximǎ de 434 MPa,identicǎ cu cea a aliajelor de oţel de calitate slabǎ,dar sunt cu 45% mai usoare.Titanul este cu 60% mai dens decat aluminiul,dar mai mult de douǎ ori mai rezistent decât aliajul de aluminiu 6061-T6,cel mai des folosit.Numite aliaje de titan (ex.Beta C)ajung la rezistenţa de rupere,la tracţiune de peste 1.400MPa.Totusi,metalul îsi pierde din duritate când este încǎlzit la temperature de 4300C (8060F).

Metalul este,din punct de vedere allotropic,dimorphic,cu forma hexagonalǎalfa schimbându-se la cea cubicǎ centratǎ beta la 8820C (1.619,60F).Cǎldura specific a formei alfa cresteconsiderabil cât timp este încǎlzitǎ la temperature aceasta de tranzacţie,dar apoi scade si rǎmâne constant pentru forma beta,indifferent de temperaturǎ.