Titanul și zirconiul

CARACTERE GENERALE

Titanul (Ti) si zirconiul (Zr) fac parte din grupa IV B, numită și grupa titanului. Toate elementele din această grupă prezintă proprietăți caracteristice elementelelor tranziționale, adică au nivelele d incomplet ocupate. O definiție mult mai precisă constă în faptul că metalele tranziționale au electronul distinctiv în straturile d sau f.

Aceste metale sunt metale tipice ce au puncte de topire și fierbere ridicate, sunt lucioase, opace, dure, maleabile și ductile, de asemenea sunt bune conductoare de căldură și electricitate. Formează aliaje între ele și cu alte metale, prezintă mai multe stări de oxidare, în unele dintre acestea ionii sau complecși fiind colorati, și formează compuși paramagnetici.

Se observă tendința primului metal din grupă de a forma un număr mai mare de compuși în stări de oxidare inferioară, în unele cazuri formând chiar ioni hidratați. Această tendință este comună tuturor grupelor metalelor tranziționale.

• TITANUL

Este un metal răspândit în scoarța pamântului, ocupând locul al zecelea cu 0, 61%. A fost descoperit in 1795 de către Klaproth, ca dioxid TiO2 și obținut (ca metal) in stare impură de către Berzelius (1825).

Are un caracter pronunțat litofil ( se concentrează de preferință în litosferă) și se găsește numai sub formă de combinații oxidice, titanți, titanoniobați și titanosilicați. Se mai găsește în aluminosilicați și în silicații de zirconiu. Însă numai foarte rar participă singur ca oxid metalic la formarea mineralelor; de obicei, alături de titan, se găsesc ca substituienți nestochimetrici unul sau mai mulți oxizi metalici sau titanul se găseste el ca înlocuitor în mineralele altor metale. Acesta se datorează faptului că razele ionilor Ti4+ și Ti3+ au valori apropiate de cele ale Al3+, V3+, Fe3+, Nb5+, Ta5+, Mn3+, Mg2+.

Titanul este recunoscut pentru rația sa duritate-greutate mare. Este un metal dur cu densitate mică, care este destul de ductil (în special în mediile fara oxigen), lucios și alb argintiu. Temperatura relativ ridicată a punctului de topire (peste 1649 °C) îl face folositor ca metal refractar.

Tipurile comerciale de titan (cu puritate de 99,2%) au rezistența de rupere la tracțiune maximă de 434 MPa identică cu cea a aliajelor de oțel de calitate slabă, dar sunt cu 45% mai ușoare. Titanul este cu 60% mai dens decât aluminiul, dar mai mult de două ori mai rezistent decât aliajul de aluminiu 6061-T6, cel mai des folosit. Ca și cele făcute din oțel, structurile din titan au o limită de oboseală care garantează longevitatea în anumite aplicații.

Proprietatea chimică a titanului cea mai notabilă este rezistența sa excelentă la coroziune (formează un strat de oxid pasiv si protector); este aproape la fel de rezistent ca platina, capabil de a se împotrivi atacurile cauzate de acizi sau clor dizolvat în apă, dar este solubil în acizi concentrate.

• ZIRCONIUL

Numele acestui metal vine de la mineralul Zircon (ZrSiO4), din limba persona, țar gren, datorită “ culorii ca aurul”. Anlizând un zircon de proveninență din Ceylon (Jargon de Ceylan), Klaproth a obținut in 1789, dioxidul de zirconiu.

În stare impură (cu oxid și azotură) metalul a fost obținut petru prima data de Berzelius, in anul 1824, prin reducerea de K2[ZrF6] cu potasiu. Zirconiul nu este un metal rar ( al 21-lea cu 0, 22%), fiind mai raspândit, in scoarța pământului decât Zn, Cu sau Pb, dar este dispersat. Are un caracter pronunțat litofil și se gasește numai ca Zr(IV), in minerale sub formă de combinații oxidice, titanți, niobați, tantalați si silicați.

Zirconiul conținut in magmele granitice, predomină ca zircon, printre produsele cristalizării primare; în timpul cristalizării principale o mică parte a fost înglobată in fedspați, mice, proxeni si amfiboli, însă cea mai mare parte a trecut în topitura reziduală și se găsește in pegmatite ca zircon și zirconatosilicați.

Cele mai răspândite minerale sunt zirconul, ZrSiO4 si baddeleyta, ZrO2, precum si unii silicați complecși cu eudialita si eucolita. Hiacintul rosu brun si jagonul galben deschis sunt varietăți de zircon, folosite ca pietre prețioase.

În natură, combinațiile zirconului sunt însoțite de acele ale hafniului. Se mai găsesc de asemenea si Th, U, Y și lantanide.

Cele mai importante zăcăminte de zircon, nisipurile marine si aluviunile metalifere, conțin pe lană steril si magnetită, ilmenită, rutil, monazită, cromit, etc.

Stuctura sa cristalină este foarte asemanătoare cu cea a diamantului, iar ca duritate se situează imediat sub acesta din urma, ceea ce il face extrem de durabil si de potrivit in diverse aplicaţii.