Titanium

Portaal Scheikunde
Chemisch element

Titanium of Titaan
Naam	Titanium
Latijn
Symbool	Ti
Atoomnummer	22
Soort	overgangsmetaal
Kleur	grijs
Smeltpunt	1668 ^oC
Kookpunt	3287 ^oC

Titanium of titaan is een chemisch element met symbool Ti en heeft atoomnummer 22 in het Periodiek systeem van de scheikunde.

Het is een grijs metallisch overgangsmetaal, het behoort met zirkonium (Zr), hafnium (Hf) en rutherfordium (Rf) tot de titaangroep.

Voorkomen

Titaan komt op aarde veel voor in mineralen. Het vormt 0,6% van de massa van de aardkorst en is daarmee 9e op de ranglijst van meest voorkomende elementen. De bekendste titaan-houdende mineralen zijn ilmeniet en rutiel. Belangrijke vindplaatsen van titaanerts bevinden zich in Australië, Zuid-Afrika, Scandinavië, Noord-Amerika en Maleisië.

Het is een sterk metaal met een lage dichtheid dat vrij kneedbaar is (vooral in een zuurstofvrije omgeving), glanzend en metaalwit van kleur. Het behoorlijk hoge smeltpunt (meer dan 1.650 °C) maakt het bruikbaar als vuurvast metaal. Titanium heeft een vrij lage elektrische en thermische (warmte) geleidbaarheid in vergelijking met andere metalen. Het is 60% dichter dan aluminium, maar meer dan twee keer zo sterk. Net als aluminium en magnesium oxideert ("roest") het oppervlak van titaniummetaal, waarna het nauwelijks verder oxideert en een beschermend laagje geeft.

Titanium zit in meteorieten en is ontdekt in de zon en in M-type sterren. Stenen die tijdens de Apollo 17- missie van de maan zijn meegebracht, zijn samengesteld uit 12,1% titanium-oxide (TiO ₂ ). Inheems titanium (puur metaal) is zeer zeldzaam.

Titanium in erts of mineraal

Rutiel is een mineraal dat voornamelijk bestaat uit titaandioxide (TiO ₂) en is de meest voorkomende natuurlijke vorm van TiO ₂ .
Ilmeniet , ook bekend als manaccanite , is een mineraal van titanium-ijzer-oxide met de formule FeTiO₃.
Anatase is een metastabiele minerale vorm van titaandioxide (TiO ₂ ).
Brookiet is de variant van titaandioxide , TiO ₂.
Perovskiet is een calcium titanium oxide mineraal bestaande uit calcium titanaat (chemische formule Ca Ti O₃ )
Titaniet, of sphene (van het Griekse sphenos, wat wig betekent), is een calcium titanium nesosilicaat mineraal, Ca Ti Si O ₅ .

Geschiedenis

Titanium werd in 1791 ontdekt door de predikant en amateur-geoloog William Gregor als een toevoeging van een mineraal in Cornwall, Groot-Brittannië. Gregor herkende de aanwezigheid van een nieuw element in ilmeniet toen hij zwart zand vond bij een beek en merkte dat het zand werd aangetrokken door een magneet. Door het zand te analyseren (onderzoeken), stelde hij de aanwezigheid vast van twee metaaloxiden: ijzer-oxide (wat de aantrekkingskracht op de magneet verklaart) en 45,25% van een wit metaaloxide dat hij niet kon identificeren (koppelen aan iets bekends). Gregor besefte dat het niet-geïdentificeerde oxide een metaal bevatte dat met geen enkel (op dat moment) bekend element overeenkwam, en rapporteerde zijn bevindingen aan de Royal Geological Society of Cornwall en in het Duitse wetenschappelijke tijdschrift Crell's Annalen.

Rond dezelfde tijd maakte Franz-Joseph Müller von Reichenstein een vergelijkbare stof, maar ook hij kon deze niet identificeren. Het oxide werd in 1795 onafhankelijk herontdekt door de Pruisische chemicus Martin Heinrich Klaproth in rutiel uit Boinik (de Duitse naam van Bajmócska), een dorp in Hongarije (nu Bojničky in Slowakije). Klaproth ontdekte dat het een nieuw element bevatte en noemde het naar de Titanen uit de Griekse mythologie. Nadat hij had gehoord over de eerdere ontdekking van Gregor, nam hij een monster van Ilmeniet en bevestigde dat het titanium bevatte.

De momenteel bekende werkwijzen voor het extraheren (afscheiden) van titaan uit de verschillende ertsen zijn lastig en kostbaar; het is niet mogelijk om het erts te winnen door verhitting met koolstof (zoals bij het smelten van ijzer), omdat titanium zich met de koolstof verbindt om titaniumcarbide te produceren. Zuiver metallisch titanium (99,9%) werd voor het eerst bereid in 1910 door Matthew A. Hunter van het Rensselaer Polytechnic Institute door het zout Titanium-chloride (TiCl ₄ ) te verwarmen met natrium bij 700-800 ° C onder grote druk. Dit proces staat bekend als het Hunter proces. Titaniummetaal werd pas in 1932 buiten het laboratorium gebruikt. Titaanmetaal wordt verkregen door verwerking van Titanium-Chloride (TiCl ₄ ) met magnesium-metaal in het zogeheten Kroll proces.

Vanaf het begin van de jaren '50 van de twintigste eeuw kwam titanium op grote schaal in gebruik in de militaire luchtvaart. Vanaf 2015 waren de zeven landen die titaniumspons produceerden; China, Japan, Rusland, Kazachstan, de VS, Oekraïne en India.

Gebruik

Titanium metaal

Titanium kan niet zomaar aan elkaar worden gesoldeerd, daar zijn eerst extra bewerkingen voor nodig. Het metaal kan worden bewerkt met dezelfde apparatuur en dezelfde processen als roestvrij staal. Ook het vervormen van platen Titanium is lastig, omdat het terugveert. Titanium wordt wel toegevoegd aan staal om het als legering extra sterk te maken. Titanium wordt vaak als legering toegepast met aluminium, vanadium, koper (om uit te harden), ijzer, mangaan, molybdeen en andere metalen. Veelal om de eigenschappen te verbeteren. Titaniumproducten (plaat, staaf, draad, smeedstukken, gietstukken) vinden toepassing in de industrie, ruimtevaart, en recreatieve producten.

Als Titanium-oxide ( Ti O₂), een intens wit permanent pigment, wordt het gebruikt in verven, papier, tandpasta en plastic. Het wordt ook gebruikt in cement, in edelstenen en als versterkingsmiddel in grafietcomposiet (koolstof verbinding) in hengels en golfclubs.

Titanium wordt vaak toegepast bij de constructie van vliegtuigen en raketten. Dit komt doordat het metaal sterk, licht en corrosiebestendig (niet "roestend") is. Het wordt dan ook toegepast in bepantsering van tanks bijvoorbeeld, en in marineschepen. In feite wordt ongeveer twee-derde van al het geproduceerde titaniummetaal gebruikt in vliegtuigmotoren en vliegtuigframes (dragende constructies, zeg maar het skelet van het vliegtuig).

Titanium wordt in veel sportartikelen gebruikt: tennisrackets, golfclubs, lacrosse sticks; cricket-, hockey-, lacrosse- en voetbalhelmroosters en fietsframes en fietsonderdelen. Hoewel het geen standaardmateriaal is voor de productie van fietsen, zijn speciale titaniumfietsen gebruikt door raceteams en avontuurlijke fietsers.

Titaniumlegeringen worden gebruikt in brilmonturen die vrij duur maar zeer duurzaam zijn, lang meegaan, licht van gewicht en buigzaam zijn en geen huidallergieën veroorzaken. Ook speciale horloges kunnen van titanium zijn.

Biologisch - medisch

Omdat titanium niet giftig is en niet door het lichaam wordt afgestoten, heeft het veel medische toepassingen, waaronder chirurgische instrumenten en implantaten zoals kunstheupen en tandheelkundige implantaten die tot 20 jaar op hun plaats kunnen blijven.

Veiligheid

Als poeder of in de vorm van metaalkrullen vormt titaniummetaal een aanzienlijk brandgevaar en, bij verhitting in lucht, een explosiegevaar. Water en koolstofdioxide zijn niet bruikbaar voor het blussen van een titaniumbrand; In plaats daarvan moeten Klasse D droge poeder-blusmiddelen worden gebruikt.

Titanium is brandgevaarlijk in poedervorm of metaalkrullen
Titanium kan explosief zijn
Metaalbrand poederblusser, klasse D

Toepassingen

Medische schroeven en plaat die worden gebruikt om polsbreuken te herstellen. Schaal is in centimeters.
Tandimplantaat, waarbij een kroon met titanium schroef in het kaakbot wordt vastgezet.
Frame of geraamte van een Boeing 747-230
Boor met titanium-nitride bekleding
Titaniumfiets
Titanium horloge
Brilmontuur versterkt met titanium