Titán (elem)

22 szkandium ← titán → vanádium - ↑ Ti ↓ Zr 22 Ti Periódusos rendszer
Általános
Név, vegyjel, rendszám	titán, Ti, 22
Elemi sorozat	átmenetifémek
Csoport, periódus, mező	4, 4, d
Megjelenés	ezüstös fémes
Atomtömeg	47,867(1) g/mol
Elektronszerkezet	[Ar] 3d² 4s²
Elektronok héjanként	2, 8, 10, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	szilárd
Sűrűség (szobahőm.)	4,506 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on	4,11 g/cm³
Olvadáspont	1941 K (1668 °C, 3034 °F)
Forráspont	3560 K (3287 °C, 5949 °F)
Olvadáshő	14,15 kJ/mol
Párolgáshő	425 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 25,060 J/(mol·K)
Gőznyomás P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 1982 2171 (2403) 2692 3064 3558
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	hexagonális
Oxidációs állapotok	+4 (amfoter oxid)
Elektronegativitás	1,54 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 658,8 kJ/mol
	2.: 1309,8 kJ/mol
	3.: 2652,5 kJ/mol
Atomsugár	140 pm
Atomsugár (számított)	176 pm
Kovalens sugár	136 pm
Egyebek
Mágnesség	paramágneses
Fajlagos ellenállás	(20 °C) 0,420 µΩ·m
Hővezetési tényező	(300 K) 21,9 W/(m·K)
Hőtágulási tényező	(25 °C) 8,6 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd)	(szobahőm.) 5090 m/s
Young-modulus	116 GPa
Nyírási modulus	44 GPa
Bulk modulusz	110 GPa
Poisson-arányszám	0,32
Mohs-keménység	6,0
Vickers-keménység	970 MPa
Brinell-keménység	716 HB
CAS-szám	7440-32-6
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A titán izotópjai Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t. 44Ti mest. 63 y ε - 44Sc γ 0,07D, 0,08D - 46Ti 8,0% Ti stabil 24 neutronnal 47Ti 7,3% Ti stabil 25 neutronnal 48Ti 73,8% Ti stabil 26 neutronnal 49Ti 5,5% Ti stabil 27 neutronnal 50Ti 5,4% Ti stabil 28 neutronnal
Hivatkozások

A titán a periódusos rendszer egy kémiai eleme. Vegyjele Ti, rendszáma 22, nyelvújításkori magyar neve kemeny. Az átmenetifémek közé tartozik.

Története

Az elemet Martin Heinrich Klaproth német vegyész fedezte fel 1795-ben, és a titánokról nevezte el. Ők a görög mitológiában Gaia és Uranosz gyermekei, az erő megtestesítői voltak, akiket Kronosz bukása után arra kárhoztattak, hogy a Föld mélyének rejtett tüzei között éljenek. A fémet szennyezett formában először Berzelius állította elő 1825-ben, nagy tisztaságú formában azonban csak sokkal később nyerték ki: Hunter 1910-ben a titán-kloridot (TiCl₄) nátriummal (Na) redukálva állított elő először tiszta titánt.

$\mathrm{TiCl_4 + 4Na \rightarrow Ti + 4NaCl}\,\!$

Vegyületei

A titán oxidációs száma a vegyületeiben leggyakrabban +4, ritkábban +2 vagy +3. A +2-es oxidációs számú titánt tartalmazó titánvegyületek ionosak, a magasabb oxidációs fokú titánvegyületek többnyire kovalens vegyületek. A titán(III)-sók redukáló hatásúak, az analitikában redukálószerként használják őket.

Halogénvegyületei

A titán legjelentősebb halogénvegyületei a TiCl₂ (titán(II)-klorid) és a TiCl₄ (titán(IV)-klorid, titán-tetraklorid). A TiCl₂ szilárd halmazállapotú, rétegrácsos szerkezetű ionvegyület. A TiCl₄ cseppfolyós halmazállapotú, molekularácsos vegyület. A TiCl₄ füstöl, és nedves levegőn teljesen hidrolizál, a reakcióban TiO₂ (titán-dioxid, titán(IV)-oxid) keletkezik. Vizes sósavoldatban különböző intermedier hidrolízistermékek, például TiOCl₂ (titanil-klorid) is keletkezhetnek.

$\mathrm{TiCl_4 + 2 \ H_2O \rightarrow 4 \ HCl + TiO_2}\,\!$

$\mathrm{TiCl_4 + H_2O \rightarrow 2 \ HCl + TiOCl_2}\,\!$

A titán (III)-kloridot az analitikában használják redukálószerként (titanometria).

Oxigénvegyületei

A titán(IV)-oxid vagy titán-dioxid fehér színű, vízben oldhatatlan, atomrácsos jellegű szilárd vegyület. Savakkal, lúgokkal szemben ellenálló, a tömény kénsav oldja, a reakcióban titán(IV)-szulfát (Ti(SO₄)₂) keletkezik. Savanhidridnek tekinthető, belőle különböző titánsavak származtathatók.

$\mathrm{TiO_2 + H_2O \rightarrow H_2TiO_3}\,\!$ (metatitánsav)

$\mathrm{TiO_2 + 2 \ H_2O \rightarrow H_4TiO_4}\,\!$ (ortotitánsav)

A titánsavak sóinak neve: titanát. A titánsavak szerkezetük alapján inkább kettős oxidoknak tekinthetők.

Előfordulása

A titán, amely a földkéreg 0,63%-át adja, nagyon gyakori elem (a kilencedik leggyakoribb elem). Annak oka, hogy régen kevéssé ismerték, annak tulajdonítható, hogy a tiszta fémet igen nehéz volt előállítani, illetve előfordulása meglehetősen szétszórt.
Két legfontosabb ásványa az ilmenit (FeTiO₃) és a rutil (TiO₂).

Előállítása és felhasználása

1932-ben a luxemburgi Wilhelm Kroll állította elő a titánt titán-kloridból fémkalciummal (Ca), majd később magnéziummal (Mg), illetve nátriummal. Ezen eljárások költségessége megakadályozta a titán kereskedelmi hasznosítását, azonban kedvező tulajdonságai (kis sűrűség, jó mechanikai szilárdság, előnyös ötvöző tulajdonságok) indokolták felhasználását. Fő felhasználási területe még ma is a repülőgépipar, mind a sugárhajtóművek, mind a repülőgépsárkányok előállításához, de széleskörűen használják vegyipari és hajózási berendezések gyártására is. Gyógyászatban az implantátum anyagaként. A tiszta, ötvözetlen titánt, elfogadja az élő szervezet. Előállítására még ma is a Kroll-módszer a legelterjedtebb: ilmenitet vagy rutilt hevítenek klór (Cl₂) és szén (C) jelenlétében 900 °C-on:

$\mathrm{2 \ FeTiO_3 + 7 \ Cl_2 + 6 \ C \rightarrow 2 \ TiCl_4 + 2 \ FeCl_3 + 6 \ CO}\,\!$

A TiCl₄ kinyerhető, majd argonatmoszférában zárt kemencében magnéziumolvadékkal redukálható 900 °C-on:

$\mathrm{TiCl_4 + 2 \ Mg \rightarrow Ti + 2 \ MgCl_2}\,\!$

Előállítása bővebben: Könnyűfém-kohászat

Források

Nyilasi János. Szervetlen kémia. Budapest: Gondolat Kiadó, 175-176 o.. o (1975)