Titán (elem)

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
22 szkandiumtitánvanádium
-

Ti

Zr
Általános
Név, vegyjel, rendszám titán, Ti, 22
Elemi sorozat átmenetifémek
Csoport, periódus, mező 4, 4, d
Megjelenés ezüstös fémes
Titan-crystal bar.JPG
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
Hármaspont 1941 K, 5,3 Pa
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 szám +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
Hőmérséklet-vezetési tényező (300 K) 21,9 W/(m·K)
Hőtágulási együttható (25 °C) 8,6 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (szobahőm.) 5090 m/s
Young-modulus 116 GPa
Nyírási modulus 44 GPa
Kompressziós modulus 110 GPa
Poisson-tényező 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 mesterséges radionuklid 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 kémiai elemeinek egyike. Vegyjele Ti, rendszáma 22. Régies magyar elnevezése a kemeny.[1] Standard hőmérsékleten és nyomáson fénylő, ezüstös, kis sűrűségű és nagy szilárdságú átmenetifém. A titán ellenáll a korróziónak a tengervízzel, klórral, lúgokkal és savakkal szemben, és még a királyvíz sem oldja.

A titánt William Gregor fedezte fel Cornwallban 1791-ben, nevét pedig Martin Heinrich Klaprothtól kapta a görög mitológiai titánok után. Az elem számos ásványban előfordul, legfontosabbak ezek közül az ilmenit (FeTiO3) és a rutil (TiO2), melyek a földkéregben és a litoszférában nagy területen szétszórva találhatók meg. A titán szinte az összes élőlényben, a vizekben, sziklákban és a talajban is megtalálható.[2] A fémet elsődleges érceiből a Kroll-eljárással, vagy a Hunter-eljárással állítják elő.[3] A leggyakoribb vegyülete, a titán-dioxid népszerű fotokatalizátor, emellett fehér pigmentek gyártására is használják.[4] Egyéb vegyületei közé tartozik a titán-tetraklorid (TiCl4), egy katalizátor és a katonaságnál használt álcázó füst egyik összetevője; és a titán(III)-klorid (TiCl3), melyet a polipropilén gyártásakor katalizátorként használnak.[2]

A titánt vassal, alumíniummal, vanádiummal, molibdénnel, vagy egyéb elemekkel ötvözve nagy szilárdságú és kis sűrűségű ötvözetek nyerhetők, melyeket a repülőgépiparban és az űrhajózásban (sugárhajtóművek, rakéták és űrhajók gyártása), a hadiiparban, autóiparban, különböző ipari folyamatokban (kémiai és petrolkémiai eljárások, sótalanítás, papírgyártás), protézisek gyártásában, fogászati eszközök és implantátumok, sportszerek, ékszerek és mobiltelefonok gyártásában, valamint még sok egyéb területen alkalmaznak.[2]

A fém két leghasznosabb tulajdonsága a korróziótűrése és a nagy szilárdság:sűrűség aránya, mely az összes fémes elem közül a legmagasabb.[5] Ötvözetlen formában a titán szilárdsága vetekszik egyes acélokéval, de sűrűsége kisebb azokénál.[6] A titánnak két allotróp módosulata[7] és öt természetes izotópja van a 46Ti-tól a 50Ti-ig terjedően, melyek közül a 48Ti fordul elő a legnagyobb mennyiségben (73,8%-ban)[8] Annak ellenére, hogy a titánnak és a cirkóniumnak megegyező számú vegyértékelektronjuk van, számos kémiai és fizikai tulajdonságukban különböznek egymástól.

Tulajdonságok[szerkesztés]

Fizikai tulajdonságok[szerkesztés]

A titán nagy mechanikai szilárdságú, alacsony sűrűségű és (főleg oxigénmentes környezetben) jól alakítható,[2] fénylő, ezüstfehér fém,[9] mely főként nagy szilárdság-sűrűség arányáról ismert.[7] Viszonylag magas olvadáspontja (1,650 °C) jó tűzálló fémmé teszi. A titán paramágneses tulajdonságú és a többi fémhez viszonyítva gyenge hővezető és elektromos vezető.[2]

A kereskedelmi tisztaságú (99,2%-os) titán szakítószilárdsága körülbelül 434 MPa, ami megegyezik a közönséges, gyengébb minőségű acélok szakítószilárdságával, de a titán ezeknél kisebb sűrűségű. A titán 60%-al nehezebb az alumíniumnál, de több mint kétszer olyan erős,[6] mint a leggyakrabban használt 6061-T6 alumíniumötvözet. Egyes titánötvözetek, például a Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo (BETA-C) szakítószilárdsága az 1400 MPa-t is meghaladhatja.[10] 430 °C feletti hőmérsékleten viszont a titán szilárdsága csökken.[11]

A titán nem olyan kemény, mint egyes hőkezelt acélok, nem mágneses és a többi fémhez képest rosszul vezeti a hőt és az elektromosságot. A titán megmunkálása számos problémát felvet, ennek egyik fő oka a fém gyenge hővezető képessége, aminek következtében megmunkálásakor a fejlődő hőnek csak mintegy negyedét vezeti el a forgács, a fennmaradó rész közvetlenül melegíti a szerszámot. Emiatt a megmunkáláshoz hőálló keményfém szerszámanyagot és hatékony hűtést kell alkalmazni. Az acélszerkezetekhez hasonlóan a titánból készült szerkezeteknek is van egy kifáradási határuk, ami garantálja a hosszú élettartamot egyes alkalmazásoknál.[9]

A fémnek két allotróp módosulata létezik, a hexagonális rácsszerkezetű α-módosulat és a tércentrált kockarácsú β-módosulat, ami 882 °C-on képződik az α-módosulatból.[11] Az α-módosulat hőkapacitása erre az átmeneti hőmérsékletre való melegítéskor drasztikusan nő, de utána ismét lecsökken és közel állandó marad a β-módosulatnál a hőmérséklettől függetlenül.[11] A cirkóniumhoz és a hafniumhoz hasonlóan egy omega-módosulat is létezik, ami nagy nyomáson stabil, de normális nyomáson metastabil. Ez a módosulat általában hexagonális (ideális), vagy trigonális (torzult).[12]

Kémiai tulajdonságok[szerkesztés]

A titán Pourbaix diagramja tiszta vízben, perklórsavban vagy nátrium-hidroxidban[13]

Az alumíniumhoz és a magnéziumhoz hasonlóan a titánon és ötvözetein levegő hatására azonnal oxidréteg alakul ki. A titán könnyedén reagál oxigénnel levegőn 1200 °C-on, tiszta oxigénben pedig 610 °C-on titán-dioxidot képezve.[7] Vízzel és a levegővel közönséges körülmények közt nem, vagy csak lassan reagál a felületén kialakuló passzív oxidréteg miatt, ami megvédi a fémet a további oxidációtól.[2] Ez a védőréteg kialakulásakor mindössze 1–2 nanométer vastag, de lassan növekszik és négy év alatt 25 nanométeres vastagságot ér el.[14]

A passzivációnak köszönhetően a titán kitűnően ellenáll a korróziónak, közel ugyanannyira, mint a platina. A titán ellenálló a híg kénsavval, a sósavval, a klorid-oldatokkal és a legtöbb szerves savval szemben.[3] A forró tömény ásványi savak viszont megtámadják, a hidrogén-fluorid pedig jól oldja.[15] Negatív standardpotenciáljából következően a titán termodinamikailag egy igen reaktív fém, normál atmoszférában már az olvadáspontja előtt elég. Így az olvasztása egyedül inert atmoszférában, vagy vákuumban lehetséges. 550 °C-on reagál a klórgázzal.[3] Emellett reagál a többi halogénnel is és megköti a hidrogént.[4]

A titán azon kevés elemek egyike, melyek tiszta nitrogéngázban égnek: a reakció 800 °C-on megy végbe és titán-nitrid keletkezik, ami ridegséget okoz.[16] Az oxigénnel, nitrogénnel és néhány más gázzal való nagy reaktivitása miatt az úgynevezett titán-szublimációs szivattyúkban fel lehet használni olcsón és megbízhatóan ultranagy vákuum kialakítására.

Izotópok[szerkesztés]

A természetben előforduló titán (Ti) 5 stabil izotópból áll: 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti és 50Ti, ezek közül a 48Ti részaránya a legmagasabb (természetes előfordulása 73,8%). Huszonegy radioizotópját írták le, ezek közül a legstabilabbak: 44Ti (felezési ideje 60 év), 45Ti (felezési ideje 184,8 perc), 51Ti (5,76 perces felezési idő) és 52Ti (felezési ideje 1,7 perc). A többi radioaktív izotóp felezési ideje 33 másodpercnél kevesebb, többségüké a fél másodpercet sem éri el.[8] A legkevésbé a 61Ti stabil, felezési ideje valamivel több mint 300 nanomásodperc.

A titánizotópok atomtömege 38,01 (38Ti) és 62,99 (63Ti) atomi tömegegység közé esik. A leggyakoribb (48Ti) izotópnál könnyebbek főként elektronbefogással, a nehezebbek β-bomlással alakulnak át. A 48Ti előtti izotópok elsődleges bomlásterméke főként szkandium-, a nehezebbeké elsősorban vanádiumizotóp.[8]

A titán deutérium-atommagokkal való bombázáskor radioaktívvá válik, főként pozitronok és gamma-sugárzás kibocsátása közben.[3]

Története[szerkesztés]

Martin Heinrich Klaproth a titánt a görög mitológia titánjairól nevezte el.

A titánt 1791-ben a lelkész és amatőr geológus William Gregor fedezte fel Cornwallban, a helyi Helford folyóból származó homokot vizsgálva.[17] A homokból mágnessel sikerült elkülönítenie egy fekete színű anyagot,[17] amit ma ilmenitnek neveznek.[4] Az anyagból sósavval kioldotta a vasat, de a hátramaradó 45,25%-nyi fehér színű fém-oxidot képtelen volt azonosítani.[18] Miután ráébredt arra, hogy az ismeretlen oxid egy olyan fémet tartalmazott, ami nem egyezett egy ismert elemmel sem, Gregor felfedezéséről beszámolt a Cornwalli Királyi Geológiai Társaság előtt, valamint egy német tudományos folyóiratban, a Crell's Annalen-ben.[17][19][20]

Nagyjából ugyanebben az időben Franz-Joseph Müller von Reichenstein előállított egy hasonló vegyületet, de nem tudta azonosítani.[4] Az oxidot Gregortól függetlenül a porosz vegyész Martin Heinrich Klaproth 1795-ben újra felfedezte a felvidéki Bajmócskáról származó rutilban.[17][21] Klaproth felfedezte, hogy az oxid egy új elemet tartalmazott, és azt 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.[22] Miután értesült Gregor korábbi felfedezéséről, megszerzett egy mintát a vizsgált anyagból és bebizonyította, hogy az tényleg titánt tartalmazott.

A ma ismert eljárások a titán különféle érceiből való előállítására költségesek és sok munkát igényelnek. Az érc szénnel való hevítéssel történő redukálása (mint a nyersvasgyártásban) nem lehetséges, mert a titán reagál a szénnel titán-karbidot alkotva.[17] A fémet szennyezett formában először Jöns Jakob Berzelius állította elő 1825-ben, de nagy tisztaságú (99,9%-os) titánt először csak 1910-ben Matthew A. Hunter állított elő a TiCl4 nátriummal 700–800 °C-on és nagy nyomáson való hevítésével,[23] ezt ma Hunter-eljárásként ismerik.[3] A titánt a laboratóriumon kívül nem nagyon használták egészen 1932-ig, amikor William Justin Kroll felfedezte, hogy titán-tetraklorid (TiCl4) kalciummal való redukálásával is elő lehet azt állítani.[24] Nyolc évvel később az eljárást magnéziummal és nátriummal is véghez vitte.[24] Bár ma is zajlik a kutatás költséghatékonyabb módszerek kidolgozására, a Kroll-eljárás még mindig a legelterjedtebb mód a titán előállítására.[3][4]

Kroll-eljárással készült titán "szivacs"

Nagyon nagy tisztaságú fémet kis mennyiségben először akkor állítottak elő, amikor Anton Eduard van Arkel és Jan Hendrik de Boer 1925-ben a titánt jóddal reagáltatta, majd a keletkező tetrajodidot elpárologtatás után izzó fémszálon bontotta, így tiszta fémet nyerve.[25]

Az 1950-es és 60-as években a Szovjetunió úttörő módon kezdte alkalmazni a titánt katonai célokra és tengeralattjárókban (Alfa-osztály, K-278 Komszomolec)[26] a hidegháborúhoz kapcsolódó programjai részeként.[27] Az 1950-es évektől kezdődően a titánt kiterjedten kezdték használni a katonai repülőgépeknél, különösen a nagyteljesítményű sugárhajtóművekben kezdve a F–100 Super Sabre-el, a Lockheed A-12-vel és a SR–71 Blackbird-del. Felismerve a titán stratégiai fontosságát,[28] az Amerikai Védelmi Minisztérium támogatta a fém termelésének üzleti alapokra helyezésére irányuló korai törekvéseket.[29]

A hidegháború alatt az Egyesült Államok kormánya a titánra stratégiai erőforrásként tekintett, ezért hatalmas készletet halmoztak fel belőle, ami csak a 2000-es évekre fogyott el.[30] 2006-os adatok szerint a világ legnagyobb termelője, az oroszországi központú VSMPO-Avisma cég világpiaci részesedését 29%-ra becsülik.[31] 2015-ben titán-fémszivacsot hat országban gyártottak, ezek a termelés sorrendjében: Kína, Japán, Oroszország, Kazahsztán, az Egyesült Államok, Ukrajna és India.[32][33]

2006-ban a DARPA 5,7 millió dollárral jutalmazott egy két cégből álló konzorciumot egy új eljárás kifejlesztéséért, amivel titán port lehet előállítani. Nagy nyomáson és hőmérsékleten a porból erős és könnyű tárgyakat lehet gyártani a páncélzattól kezdve a repülőgép- és űrhajóalkatrészeken át az autóipar és kémiai feldolgozóipar számára szükséges alkatrészekig.[34]

Vegyületei[szerkesztés]

Titán-nitrid bevonatú fúrófej

A titán oxidációs száma a vegyületeiben leggyakrabban +4,[35] ritkábban +2 vagy +3.[36] A titán vegyületei általában oktaéderes koordinációjak, ez alól kivétel a tetraéderes szerkezetű TiCl4. A +2-es oxidációs számú titánt tartalmazó titánvegyületek ionosak, a magasabb oxidációs fokú titánvegyületek többnyire kovalens jellegűek. A titán(III)-sók redukáló hatásúak, az analitikában redukálószerként használják őket. A legtöbb átmenetifémmel ellentétben a titán egyszerű akvakomplexei nem ismertek.

Oxidok és szulfidok[szerkesztés]

A titán oxidjai közül messze a legfontosabb a titán-dioxid (TiO2), egy 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. A titán-dioxid szobahőmérsékleten három módosulat - az anatáz, a rutil és a brookit formájában fordul elő. Mindhárom módosulat polimer szerkezetet alakít ki, ahol a titánatomokat oktaéderes elrendeződésben hat oxigénatom veszi körül, melyek mindegyike egy-egy további titánhoz kapcsolódik. A három módosulat közül a rutil a leggyakoribb mind a természetben, mind a kereskedelmi termékek között és melegítés hatására a másik két módosulat is rutillá alakul.[37]

Bár a titán-dioxid meglehetősen inert vegyület, de magas hőmérsékletre hevítve és sztöchiometrikus mennyiségű alkalmas oxiddal megömlesztve vagy elégetve számos vegyes oxidot, vagyis titanátot lehet előállítani. A titanátoknak két típusa létezik, az ortotitanátok (M2IITiO4) és a metatitanátok (MIITiO3). Ha a fémion mérete közel azonos a titán(IV)-ion méretével (magnézium, mangán, vas, kobalt, vagy nikkel esetén), akkor a metatitanát szerkezete ilmenit (FeTiO3) típusú, ha viszont annál lényegesen nagyobb (kalcium, stroncium, vagy bárium esetén), akkor inkább perovszkit (CaTiO3) szerkezet alakul ki. Ez utóbbira példa a bárium-titanát, ahol a nagy méretű bárium-ion oly mértékben kitágítja a perovszkitrácsot, hogy a titán túl kicsi lesz ahhoz, hogy kitöltse az oktaéderes térközöket, és ez ferroelektromos és piezoelektromos tulajdonságot eredményez.[37] A csillagzafírok és a rubinok aszterizmusáért (csillagszerű fényvisszaverődésért) a titán-dioxid szennyeződések a felelősök.[14]

A titánnak jó néhány redukált oxidja is ismert. A Ti3O5, amely Ti(IV)-Ti(III) vegyes oxidként írható le egy kékesfekete félvezető anyag, ami TiO2-ból hidrogénnel való redukcióval állítható elő 900 °C-on,[38] és az iparban a felületek titán-dioxiddal való gőzfázisú bevonására használható.[39] Ismert még a titán(III)-oxid (Ti2O3), egy korund szerkezetű, sötét ibolyaszínű anyag, melyet a titán-dioxid és titán 1600 °C-on végbemenő reakciójával lehet előállítani; illetve a titán(II)-oxid, egy bronzszínű, nemsztöchiometrikus, kősó szerkezetű vegyület.[40]

A TiCl4 alkoholokkal való reakciójával előállítható titán(IV)-alkoxidok (alkanoátok) színtelen vegyületek, melyek vízzel reagálva titán-dioxiddá alakulnak. Ezeket a vegyületek az iparban szilárd TiO2 rétegek előállítására használhatók a szol-gél módszer útján. A titán-izopropoxidot királis szerves vegyületek szintézisében használják a Sharpless-epoxidálás során.

A titán számos szulfidot is alkot, de közülük egyedül a titán-diszulfid kapott nagyobb figyelmet. A titán-diszulfid réteges szerkezetet alakít ki, és korábban lítiumelemek katódjaként alkalmazták. Mivel a Ti(IV) egy "kemény kation", a titán szulfidjai instabilak és hidrogén-szulfid felszabadulása mellett hajlamosak oxidokká hidrolizálni.

Boridok, karbidok és nitridek[szerkesztés]

A titán-borid (TiB2), a titán-karbid (TiC) és a titán-nitrid (TiN) kiemelkedően nagy keménységű, kémiailag inert tűzálló anyagok. Olvadáspontjuk megközelíti, vagy meghaladja a 3000 °C-ot (TiB2: 2980 °C, TiC: 3160 °C, TiN: 2930 °C), Mohs-keménységük eléri a 9,0-ás értéket, ami egyenlő a korund keménységével.[41] Nagy keménységük és hőálló képességük miatt kopásálló bevonatok készítésére alkalmazzák őket, például vágószerszámoknál, fúrófejeknél, turbinalapátoknál, égetőkamráknál és rakétafúvókáknál.[42][43] Emellett használják még őket magas hőmérsékletű reaktoredények, párologtató csészék, tégelyek és szivattyúlapátok gyártására, valamint elektromos hőmérők burkolására. A titán-nitridet arany színe miatt dekoratív bevonatok készítésére, illetve a mikroelektronikában a félvezetőgyártásban is használják.[44]

Halogenidek[szerkesztés]

A titán(III)-vegyületek jellegzetes ibolyaszínűek

A titán legjelentősebb halogénvegyületei a titán(II)-klorid (TiCl2) és a titán-tetraklorid (TiCl4). A TiCl2 szilárd halmazállapotú, rétegrácsos szerkezetű ionvegyület. A TiCl4 folyékony halmazállapotú, molekularácsos vegyület. A TiCl4 füstöl, és nedves levegőn teljesen hidrolizál, a reakcióban TiO2 (titán-dioxid, titán(IV)-oxid) keletkezik.[45] Vizes sósavoldatban különböző intermedier hidrolízistermékek, például TiOCl2 (titanil-klorid) is keletkezhetnek.[46]

A Kroll-eljárásban a titán-tetrakloridot a klórgáz hevített titán-dioxid fölötti átvezetésével, redukálószer (például szén) jelenlétében állítják elő.[47] A szerves kémiában széles körben alkalmazzák Lewis-savként, például a Mukaiyama-aldol addícióban.[48] A van Arkel-eljárás során titán-tetrajodidot (TiI4) állítanak elő a nagytisztaságú titán fém előállítása céljából.

A titán(III) és titán(II) stabil kloridjai is léteznek. A titán(III)-kloridot (TiCl3) például poliolefinek gyártásában katalizátorként, a szerves kémiában pedig redukálószerként alkalmazzák.

Fémorganikus vegyületek[szerkesztés]

A titánvegyületek polimerizációs katalizátorként való jelentős szerepük miatt a Ti-C kötést tartalmazó vegyületeket intenzíven tanulmányozták. A legközönségesebb titánorganikus komplex vegyület a titanocén-diklorid ((C5H5)2TiCl2). Hasonló vegyületek közé tartozik a Tebbe-reagens és a Petasis-reagens. A titán karbonil komplexeket is alkot, ilyen például a titanocén-dikarbonil ((C5H5)2Ti(CO)2).[49]

Előfordulás[szerkesztés]

A rutil és ilmenit termelése 2011-ben[50]
Ország ezer
tonna
az összes %-a
 Ausztrália 1300 19.4
 Dél-afrikai Köztársaság 1160 17.3
 Kanada 700 10.4
 India 574 8.6
 Mozambik 516 7.7
 Kína 500 7.5
 Vietnam 490 7.3
 Ukrajna 357 5.3
Világ összesen 6700 100

A titán, amely a földkéreg 0,63 tömegszázalékát teszi ki,[18] nagyon gyakori elem: a kilencedik leggyakoribb az összes elem közül, a fémek közül a hetedik, az átmenetifémek közül pedig a második leggyakoribb. Annak oka, hogy régen kevéssé ismerték, annak tulajdonítható, hogy a tiszta fémet igen nehéz volt előállítani, illetve előfordulása meglehetősen szétszórt. Oxidjai formájában előfordul a legtöbb magmás kőzetben, a belőlük képződött üledékekben, az élőlényekben és a természetes vizekben.[2][3] Az Amerikai Földtani Intézet által tanulmányozott 801 féle magmás kőzetből 784 tartalmazott titánt. A talajban a titán aránya hozzávetőlegesen 0,5-1,5%.[18]

Titanit kristályok amfibolon

Gyakori titántartalmú ásványok közé tartozik az anatáz, a brookit, az ilmenit, a perovszkit, a rutil és a titanit.[14] Ezek közül egyedül a rutilnak és az ilmenitnek van gazdasági jelentősége, de még ezeket is nehéz nagyobb koncentrációban föllelni. Ezekből az ásványokból rendre 6,0, illetve 0,7 millió tonnányit termeltek 2011-ben.[50] Jelentős ilmenit lelőhelyek találhatók Nyugat-Ausztráliában, Kanadában, Kínában, Indiában, Mozambikban, Új-Zélandon, Norvégiában, Ukrajnában és Dél-Afrikában.[14] 2011-ben körülbelül 186 000 tonna titán fémhabot állítottak elő, ebből a legtöbbet Kínában (60 000 tonna), Japánban (56 000 tonna), Oroszországban (40 000 tonna), az Egyesült Államokban (32 000 tonna) és Kazahsztánban (20 700 tonna). Magyarországon a nyírádi térségben található bauxit ércben is megtalálható, ipari előállításával Gillemot László professzor foglalkozott először. Munkájáért 1957-ben Kossuth-díjat kapott, a kohászati kutatások eredményeit 1958-ban a Szovjetunióba szállították.[51] A Föld teljes titántartalékát több mint 600 millió tonnára becsülik.[50]

Az óceánokban a titán koncentrációja körülbelül 4 pikomólos. 100 °C-on a titán koncentrációja a vízben kevesebb mint 10−7 M 7-es pH-nál. A vizes oldatokban lévő titán specieszek mibenléte ismeretlen a titán kis oldhatósága és az érzékeny spektroszkópiai módszerek hiánya miatt. A titán biológiai szerepére nincs bizonyíték, bár egyes élőlények hajlamosak nagy koncentrációban felhalmozni.[52]

A titán megtalálható meteoritokban és kimutatták a Napban, valamint M színképtípusú csillagokban[3], a leghidegebb csillagokban, melyek felszíni hőmérséklete mindössze 3200 °C.[22] Az Apollo–17 küldetés során a Holdról hozott kőzetek körülbelül 12,1% titán-dioxidot tartalmaztak.[3] Megtalálható még a kőszén hamujában, növényekben, sőt még az emberi testben is. A tiszta, elemi titán nagyon ritka a természetben.[53]

Előállítása és felhasználása[szerkesztés]

1932-ben a luxemburgi William Justin 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 sugárhajtóművek, mind repülőgépsárkányok részeinek előállításához, de széleskörűen használják vegyipari és hajózási berendezések gyártására is. Gyógyászatban az implantátum anyagaként alkalmazzák, mivel 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:

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

Előállítása bővebben: Könnyűfémkohászat

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. Szõkefalvi-Nagy Zoltán; Szabadváry Ferenc: A magyar kémiai szaknyelv kialakulása. A kémia története Magyarországon. Akadémiai Kiadó, 1972. (Hozzáférés: 2010. december 3.)
  2. ^ a b c d e f g Titanium, Encyclopædia Britannica (2006. július 26.). Hozzáférés ideje: 2006. december 29. 
  3. ^ a b c d e f g h i szerk.: Lide, D. R.: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 86th, Boca Raton (FL): CRC Press (2005). ISBN 0-8493-0486-5 
  4. ^ a b c d e Krebs, Robert E.. The History and Use of Our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide, 2nd, Westport, CT: Greenwood Press (2006. július 26.). ISBN 0-313-33438-2 
  5. Donachie 1988, p. 11
  6. ^ a b Barksdale 1968, p. 738
  7. ^ a b c Titanium, Columbia Encyclopedia, 6th, New York: Columbia University Press (2000–2006). ISBN 0-7876-5015-3 
  8. ^ a b c Barbalace, Kenneth L.: Periodic Table of Elements: Ti – Titanium, 2006. (Hozzáférés: 2006. december 26.)
  9. ^ a b Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> tag; nincs megadva szöveg a(z) Stwertka1998 nevű ref-eknek
  10. Donachie 1988, Appendix J, Table J.2
  11. ^ a b c Barksdale 1968, p. 734
  12. Sikka, S. K. (1982. július 26.). „Omega phase in materials”. Progress in Materials Science 27 (3–4), 245–310. o. DOI:10.1016/0079-6425(82)90002-0.  
  13. Puigdomenech, Ignasi (2004) Hydra/Medusa Chemical Equilibrium Database and Plotting Software, KTH Royal Institute of Technology.
  14. ^ a b c d Emsley 2001, p. 453
  15. Casillas, N. (1994. július 26.). „Pitting Corrosion of Titanium”. J. Electrochem. Soc. 141 (3), 636–642. o. DOI:10.1149/1.2054783.  
  16. Forrest, A. L.. Effects of Metal Chemistry on Behavior of Titanium in Industrial Applications, Industrial Applications of Titanium and Zirconium, 112. o (1981. július 26.) 
  17. ^ a b c d e Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> tag; nincs megadva szöveg a(z) Emsley2001p452 nevű ref-eknek
  18. ^ a b c Barksdale 1968, p. 732
  19. Gregor, William (1791) "Beobachtungen und Versuche über den Menakanit, einen in Cornwall gefundenen magnetischen Sand" (Observations and experiments regarding menaccanite [i.e., ilmenite], a magnetic sand found in Cornwall), Chemische Annalen … , 1, pp. 40–54, 103–119.
  20. Gregor, William (1791) "Sur le menakanite, espèce de sable attirable par l'aimant, trouvé dans la province de Cornouilles" (On menaccanite, a species of magnetic sand, found in the county of Cornwall), Observations et Mémoires sur la Physique, 39 : 72–78, 152–160.
  21. Klaproth, Martin Heinrich (1795) "Chemische Untersuchung des sogenannten hungarischen rothen Schörls" (Chemical investigation of the so-called Hungarian red tourmaline [rutile]) in: Beiträge zur chemischen Kenntniss der Mineralkörper (Contributions to the chemical knowledge of mineral substances), vol. 1, (Berlin, (Germany): Heinrich August Rottmann, 233–244. From page 244: "Diesem zufolge will ich den Namen für die gegenwärtige metallische Substanz, gleichergestalt wie bei dem Uranium geschehen, aus der Mythologie, und zwar von den Ursöhnen der Erde, den Titanen, entlehnen, und benenne also diese neue Metallgeschlecht: Titanium; … " (By virtue of this I will derive the name for the present metallic substance — as happened similarly in the case of uranium — from mythology, namely from the first sons of the Earth, the Titans, and thus [I] name this new species of metal: "titanium"; … )
  22. ^ a b Emsley 2001, p. 451
  23. Roza 2008, p. 9
  24. ^ a b Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> tag; nincs megadva szöveg a(z) Greenwood1997p955 nevű ref-eknek
  25. van Arkel, A. E. (1925. július 26.). „Preparation of pure titanium, zirconium, hafnium, and thorium metal”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 148, 345–50. o. DOI:10.1002/zaac.19251480133.  
  26. Yanko, Eugene: Submarines: general information, 2006 (Hozzáférés: 2015. február 2.)
  27. Stainless Steel World. „VSMPO Stronger Than Ever”, KCI Publishing B.V., 16–19. oldal (Hozzáférés ideje: 2007. január 2.) 
  28. National Materials Advisory Board, Commission on Engineering and Technical Systems (CETS), National Research Council. Titanium: Past, Present, and Future. Washington, D.C.: national Academy Press, R9. o. NMAB-392 (1983. július 26.) 
  29. Titanium Metals Corporation. Answers.com. Encyclopedia of Company Histories. Answers Corporation, 2006 (Hozzáférés: 2007. január 2.)
  30. Defense National Stockpile Center. Strategic and Critical Materials Report to the Congress. Operations under the Strategic and Critical Materials Stock Piling Act during the Period October 2007 through September 2008 (PDF), United States Department of Defense, 3304. o (2008. július 26.) 
  31. Bush, Jason. „Boeing's Plan to Land Aeroflot”, BusinessWeek, 2006. február 15.. [2009. április 9-i dátummal az eredetiből archiválva] (Hozzáférés ideje: 2006. december 29.) 
  32. "Roskill Information Services: Global Supply of Titanium is Forecast to Increase", Titanium Metal: Market Outlook to 2015 (5th edition, 2010).
  33. ISRO's titanium sponge plant in Kerala fully commissioned. (Hozzáférés: 2015. november 8.)
  34. (12 September 2006). "U.S. Defense Agency Awards $5.7 Million to DuPont and MER Corporation for New Titanium Metal Powder Process". Sajtóközlemény. Elérés: 1 August 2009.
  35. Greenwood 1997, p. 958
  36. Greenwood 1997, p. 970
  37. ^ a b Greenwood, Norman N., Earnshaw, Alan. Chemistry of the Elements, 2nd, Butterworth-Heinemann, 963. o (1997). ISBN 0-08-037941-9 
  38. (2013. június 26.) „Preparation and Optical Storage Properties of λTi3O5 Powder” (Chinese nyelven). Journal of Inorganic Materials 28 (4), 425–430. o. DOI:10.3724/SP.J.1077.2013.12309.  
  39. (2014. július 26.) „A new solution for mirror coating in $γ$-ray Cherenkov Astronomy”. Experimental Astronomy 38, 1. o. DOI:10.1007/s10686-014-9398-x.  
  40. Greenwood, Norman N., Earnshaw, Alan. Chemistry of the Elements, 2nd, Butterworth-Heinemann, 962. o (1997). ISBN 0-08-037941-9 
  41. Schubert, E.F.: The hardness scale introduced by Friederich Mohs
  42. Truini, Joseph (1988. május 1.). „Drill Bits”. Popular Mechanics 165 (5), 91. o, Kiadó: Hearst Magazines. ISSN 0032-4558.  
  43. Titanium carbide product information. H. C. Starck. (Hozzáférés: 2015. november 16.)
  44. Baliga, B. Jayant. Silicon carbide power devices. World Scientific, 91. o (2005. július 26.). ISBN 981-256-605-8 
  45. Seong, S.. Titanium: industrial base, price trends, and technology initiatives. Rand Corporation, 10. o (2009. július 26.). ISBN 0-8330-4575-X 
  46. N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Az elemek kémiája, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1999
  47. Johnson, Richard W.. The Handbook of Fluid Dynamics. Springer, 38–21. o (1998. július 26.). ISBN 3-540-64612-4 
  48. Coates, Robert M.. Handbook of Reagents for Organic Synthesis. John Wiley and Sons, 93. o (2000. július 26.). ISBN 0-470-85625-4 
  49. Hartwig, J. F. (2010) Organotransition Metal Chemistry, from Bonding to Catalysis. University Science Books: New York. ISBN 189138953X
  50. ^ a b c Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> tag; nincs megadva szöveg a(z) USGS nevű ref-eknek
  51. http://index.hu/belfold/2010/10/24/hova_tunt_a_magyar_titan/
  52. (2012) „Bioinorganic Chemistry of Titanium”. Chemical Reviews 112 (3), 1863. o. DOI:10.1021/cr1002886. PMID 22074443.  
  53. Titanium. Mindat

Fordítás[szerkesztés]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Titanium című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

Források[szerkesztés]

  • Nyilasi János: Szervetlen kémia. Budapest: Gondolat. 1975. 175–176. o.  

További információk[szerkesztés]