Titaan

iso	NV	Halfleeftyd	VM	VE M eV [nie SI]	VP
⁴⁴Ti	sin.	63 y	ε	0.268	⁴⁴Sc
⁴⁶Ti	8.0%	Ti isstabielmet 24neutrone
⁴⁷Ti	7.3%	Ti isstabielmet 25neutrone
⁴⁸Ti	73.8%	Ti is stabiel met 26 neutrone
⁴⁹Ti	5.5%	Ti is stabiel met 27 neutrone
⁵⁰Ti	5.4%	Ti is stabiel met 28 neutrone

SIeenhede &STDword gebruik tensy anders vermeld.

Titaanis 'nchemiese elementin dieperiodieke tabelmet die simboolTienatoomgetal22. Dit is 'n sterk, ligte, blink, korrosiebestandeoorgangsmetaal(Dit is ook bestand teen seewater enchloor) en het 'nsilwerige metaalkleur.Titaan word gebruik in sterk liggewiglegerings(veral saam met yster en aluminium) en sy verbinding wat die meeste voorkom,titaandioksied,word in wit pigmente gebruik.

Hierdie element kom voor in 'n groot aantalmineralemetrutielenilmenietas die hoofbronne wat wyd oor dieaardeversprei is. Daar bestaan tweeallotropiesevorme en vyf isotope van hierdie element wat natuurlik voorkom; Ti-46 tot by Ti-50 met Ti-48 wat die meestevoorkom(73.8%). Een van Titaan se uitstaande kenmerke is dat dit net so sterk soosstaalis maar die helfte soveel weeg. Titaan se chemiese- en fisiese eienskappe is soortgelyk aansirkonium.

Kenmerkende eienskappe[wysig|wysig bron]

Titaan is goed bekend vir sy uitstaande korrosieweerstand (bykans net so goed asplatinum), en kan chemiese aanslag deursure,vogtigechloorgasen soutoplossings weerstaan. Suiwer titaan is nie in wateroplosbaarnie maar is oplosbaar in gekonsentreerde sure. Titaan is 'nmetaalagtige elementwat ook bekend is vir sy hoë sterkte-tot-gewigverhouding. Dit is 'n sterk, ligte metaal met 'n laedigtheid(40% die digtheid van staal) wat in suiwer vorm baiesmeebaaris (veral in 'nsuurstofvryeomgewing), dit is maklik bewerkbaar en het 'n glansende metaalwitkleur.Die relatiewe hoësmeltpuntvan hierdie element maak dit nuttig as 'n vuurvaste metaal. Titaan is net so sterk as staal, maar is 45% ligter; dit is 60% swaarder asaluminiummaar tweemaal sterker. Hierdie eienskappe maak titaan bestand teen die gewone soorte metaalvermoeidheid.

Die metaal vorm 'n passiewe, beskermendeoksiedlaag(wat aanleiding gee tot sy korrosieweerstand) wanneer dit blootgestel word aan hoë temperature in die teenwoordigheid van lug maar teen kamertemperature bly dit vlekvry. Die metaal wat brand as dit in lug bo 610°C of hoër verhit word (met die gepaardgaande vorming van titaandioksied) is een van die min elemente wat in suiwerstikstofgasbrand (brand teen 800°C en vormtitaannitried.Titaan bied weerstand teen verdundeswael-ensoutsuur,asook teenchloorgas,chloriedmengselsen die meesteorganiese sure.Dit isparamagneties(swak aantrekkingskrag totmagnete) en het 'n baie laeelektriese-entermiese geleidingsvermoë.Eksperimente het getoon dat natuurlike titaan uitersradio-aktiefword nadat dit met deuterone gebombardeer word met die uitstraling van hoofsaaklikpositroneen hardegammastrale.Die metaal is 'n dimorfieseallotroopwaar die heksagonale vorm baie stadig na die kubiese beta vorm omskakel teen ongeveer 880 °C. Wanneer die metaal rooiwarm word reageer dit met suurstof en wanneer dit 'n temperatuur van 550°C bereik verbind dit ook metchloor.Die metaal reageer ook met anderhalogeneen absorbeerwaterstof.

Gebruike[wysig|wysig bron]

Bykans 95% titaan word in die vorm van titaandioksed ((TiO₂) verbruik, dit is 'n intense wit permanentepigmentmet goeie dekvermoë inverwe,papierenplastieke.Verwe wat titaandioksed bevat is uitstekende weerkaatsers vaninfrarooistralingen word daarom deur baiesterrewagteas buitemuurse verf gebruik. Dit word ook as 'n versterkende aanvulling in papier,sementen sierstene gebruik.

Titaan word invliegtuie,pantserbekleding,vlootskepe,ruimtetuieenmissielegebruik vanweë sy baie hoë treksterkte (selfs teen hoë temperature), ligtheid, buitengewone korrosiebestandheid en die vermoë om uiters hoë temperature te weerstaan. Dit word gebruik in staallegerings om die korrelgrootte te verminder en as 'n de-oksiedeerder maar in vlekvrye staal word dit hoofsaaklik gebruik om diekoolstofinhoudte verminder. Titaan word dikwels in legerings met aluminium (om die korrelgrootte te verfyn),vanadium,koper(verharding), yster,mangaan,molibdeenaangetref, asook verskeie ander metale. Die vanadiumlegering daarvan word gebruik om die buitenste bekleding van vliegtuie, vuurvaste mure, landingstuie en hidroliese pypwerk. 'n Tipiese kommersiëlestraalvliegtuigbevat ongeveer 318 tot 1143 kg titaan. Die gebruik van titaan in verbruikersgoedere soosgholfstokke,fietse,laboratoriumtoerusting,trouringe enskootrekenaarsword ook meer algemeen.

Ander gebruike:

Vanweë die uitstekende weerstand wat dit teen seewater bied, word dit gebruik vir skroefskagte en takelwerk opskepeasook inhitteruilersin ontsoutingsaanlegte.
Dit word gebruik om relatiewe sagte kunsmatige edelgesteentes te vervaardig.
Titaantetrachloried(TiCl₄), 'n kleurlose vloeistof, word gebruik omiriserende(wisselkleurige)glaste maak en omdat dit sterk dampe afgee in vogtige lug word dit ook as rookskerms en vir lugtekening gebruik.
Bowen dat dit 'n belangrike pigmentstof is, word titaandioksied ook gebruik in sonbrandolies vanweë sy vermoë om op sigself die vel te beskerm.
Aangesien titaan as fisiologies inert beskou word, word die metaal gebruik in gewrigsvervangingsinplantings soos heupballe en -potjies en om mediese toerusting mee te vervaardig.
Titaan het die ongewone vermoë tot beenintegrasie, wat dit nuttig maak vir tandheelkundige inplantings.
Gebruik as pyp/tenkbekledings in voedselverwerkingsaanlegte.
Die inerte aard en vermoë om gekleur te word maak dit 'n gewilde metaal vir gebruik in juwele wat die vel deurboor.

Titaan is ook al gebruik in konstruksie: Die 150 voet hoë gedenkteken vanJoeri Gagarin,die eerste mens in die ruimte, inMoskou,is van titaan gemaak weens die metaal se aantreklike kleur en verwantskap met vuurpylaandrywing. Die Guggenheim-museum Bilbao en diebiblioteekin Cerritos,Kaliforniëwas die eerste geboue wat in Europa en Noord-Amerika respektiewelik met titaanpanele bekleed is.

Geskiedenis[wysig|wysig bron]

Titaan (LatynsvirAardeof die eerste seuns vanGaia) is inEngelandin1791 ontdekdeur Eerwaarde William Gregor. Hy het die teenwoordigheid van 'n nuwe element inilmenietherken en ditmenachitegenoem. Teen ongeveer dieselfde tyd het Frans Joseph Muller ook 'n soortgelyke stof voorberei maar kon dit nie identifiseer nie. Die element is etlike jare later onafhanklik herontdek deur dieDuitsechemikus Martin Heinrich Klaproth inrutielerts.Klaproth het bevestig dat dit 'n nuwe element is en dit in1795benaam na die latynse woord vir Aarde (ook die naam vir die Titane vanGriekse mitologie). Dit was nog altyd moeilik om die metaal vanuit sy verskeie ertse voor te berei. Suiwer metallieke titaan (99.9%) is vir die eerste keer in1910voorberei deur Matthew A. Hunter deur TiCl₄metnatriumin 'n staalbom teen 700-800°C te verhit (die sogenaamde Hunter proses). Titaanmetaal is eers in1946buite die laboratorium gebruik toe William Justin Kroll bewys het dat titaan kommersieel vervaardig kon word deur titaantetrachloried metmagnesiumte reduseer (Kroll proses) en dit is die metode wat vandag steeds ingespan word.

In die 1950's – 1960's het dieSowjetuniegepoog om die wêreldmark vir titaan oor te neem as deel van dieKoue Oorlogtaktiek om die Amerikaanse weermag toegang daartoe te weier. Ten spyte van die pogings het die VSA groot hoeveelhede verkry toe 'n Europese frontmaatskappy gestig is om dit vir die VSA se intelligensiedienste moontlik te maak om dit aan te koop.

Verspreiding en vervaardiging[wysig|wysig bron]

Titaanmetaal word nie onverbonde in die natuur aangetref nie, maar die element is die negende mees volopste element in dieAardese kors (0.6% per massa) en is teenwoordig in vulkaniese rotse asook insedimentewat daarvan afgelei is (sowel as in lewende organismes en natuurlike waters). Dit kom wyd verspreid voor en kom hoofsaaklik in dieminerale anataas,brookiet,ilmeniet,provskiet,rutiel,titaniet(sfene) asook in baieysterertsevoor. Van hierdie minerale is slegs ilmeniet en rutiel van betekenisvolle ekonomiese belang, maar selfs die minerale word selde in hoë konsentrasies aangetref. Omdat dit maklik metsuurstofenkoolstofteen hoë temperature reageer is dit moeilik om die suiwertitaanmetaalkristalleof -poeier voor te berei. Betekenisvolle titaan neerslae word inAustralië,Skandinawië,Noord-AmerikaenMaleisiëaangetref.

Die metaal word gevind inmeteorieteen is ook in diesonen M-tipesterrewaargeneem. Rotse wat van diemaanteruggebring is tydens dieApollo 17-sending bestaan uit 12.1% TiO₂.Titaan word ook insteenkoolas,planteen selfs die menslike liggaam aangetref.

Omdat die metaal met lug reageer teen hoë temperature kan dit nie deur die reduksie van sy dioksied vervaardig word nie. Titaanmetaal word daarom kommersieel deur die Kroll-proses vervaardig; 'n komplekse, duur enkelladingsproses wat in1946deur William Kroll ontwikkel is. Tydens die Kroll proses wordchloorgasoor rooiwarmrutielofilmenietgeblaas in die teenwoordigheid vankoolstofwat die vorming vanTiCl₄tot gevolg het. Die gas word gekondenseer en gesuiwer deur fraksionele distillasie en dangereduseermet gesmeltemagnesiumteen 800°C in 'nargonatmosfeer.

'n Nuwer proses wat die FFC Cambridge proses genoem word mag dalk hierdie ouer proses in die toekoms vervang. Die metode behels die gebruik van titaandioksiedpoeier (wat basies 'n gesuiwerde vorm vanrutielis) as voerbron om 'n eindproduk in poeier of sponsvorm te lewer. Indien gemengde oksiedpoeiers gebruik word, word legering as produk gelewer teen 'n baie laer koste as die konvensionele multi-stap smeltproses. Daar word gehoop dat die FFC Cambridge proses titaan sal kan lewer wat minder skaars en duur sal wees vir gebruik in die lugvaartnywerheid asook die luukse-goederemarkte en in baie produkte gesien sal word wat tans vanaluminiumof spesiale soortestaalvervaardig word.

Titaanoksiedword kommersieel vervaardig deur die mineraalerts fyn te maal en te meng metkaliumkarbonaaten vloeibare fluoorsuur. Dit lewer kaliumfluorotitanaat (K₂TiF₆) wat met warm water onttrek kan word en daarna metammoniakontbind kan word, om 'n gehidreerde ammonikoksied te vorm. Die produk word dan in 'nplatinumhouergebrand om suiwer titaandioksied te lewer.

Die algemenetitaanlegeringsword met behulp vanreduksievervaardig. Byvoorbeeld: Kopertitaan (rutiel metkoperbygevoeg word gereduseer), ferrokoolstoftitaan (ilmeniet gereduseer met kooks in 'n elektriese oond) en manganotitaan (rutiel met mangaan of mangaanoksiede word gereduseer).

Verbindings[wysig|wysig bron]

Die +4oksidasietoestandis dominant in titaanchemie, maar verbindings met die +3oksidasietoestandkom ook dikwels voor. Vanweë die hoë oksidasietoestand het baie titaanverbindings 'n hoë mate van kovalente verbinding. Ten spyte daarvan dat titaanmetaal selde gebruik word vanweë die hoë ontginningskoste, is titaandioksied goedkoop, nie-giftig en geredelik in groot maat beskikbaar en word gereeld gebruik as 'n wit pigment inverf,emalje, vernis,plastiekensementvir konstruksie. TiO₂poeier is chemies inert, weerstaan verdowwing in sonlig en is baie ondeursigtig: dit maak dat dit 'n suiwer en helderwit kleur aan bruin of grys chemikalieë, waaruit die meeste huishoudelike plastieke bestaan, kan verleen. In die natuur kan hierdie verbinding in dieminerale anataas,brookietenrutielaangetref word.

Verwe wat met titaandioksied gemaak is presteer goed by uiterste temperature, is ietwat selfskoonmakend en kan see-omgewings weerstaan. Suiwer titaandioksied het 'n baie hoërefraksie-indeksen het 'n optiese verstrooiïngsvermoë groter as die vandiamant.Stersaffiere enrobynekry hulle gesternte vanaf die titaandioksied wat in hulle teenwoordig is. Titanate is verbindings wat met titaandioksied vervaardig word.Bariumtitanaathet piëzo-elektriese eienskappe, wat dit moontlik maak om dit te gebruik as 'n omvormer vir die omskakeling vanklank- enelektrisiteitgolwe.Esters van titaan word gevorm deur die reaksie vanalkoholeen titaantetrachloried en word gebruik in die waterdigting van weefstowwe.

Titaantetrachloried (TiCl₄) is 'n kleurlose, swaksuurvloeistofwat gebruik word as 'n reagens in die vervaardiging van titaan(IV)oksied vir verf. Dit word gebruik inorganiese chemieas 'nLewis-suur,byvoorbeeld tydens Mukaiyama aldolkondensasie. Titaan vorm ook 'n laer chloried, titaan(III)chloried wat asreduseermiddelgebruik word.

Titanoseendichloried is 'n belangrike katalis vir die vorming van koolstof-koolstof verbindings. Titaanisopropoksied word gebruik vir Sharpless epoksidasie. Ander verbindings sluit in;Titaanbromied(gebruik inmetallurgie,superlegerings en hoë temperatuur elektriese bedrading en bedekkings) asooktitaankarbied(gebruik in hoë temperatuur snybeitels en bedekkings).

Sien ook:Kategorie:Verbindings van titaan

Isotope[wysig|wysig bron]

Titaan soos dit in die natuur voorkom bestaan uit 5 stabieleisotope;Ti-46,Ti-47,Ti-48,Ti-49enTi-50met Ti-48 wat die volopste is (73.8%natuurlike verspreiding). Elfradio-isotopeis al geëien metTi-44as die mees stabiele isotoop met 'nhalfleeftydvan 63 jaar, Ti-45 wat 'n halfleeftyd van 184.8 minute het, Ti-51 met 'n halfleeftyd van 5.76 minute en Ti-52 met 'n halfleeftyd1.7 minute. Al die oorblywenderadio-aktieweisotope het halfleeftye van minder as 33 sekondes en die meerderheid daarvan se halfleeftye is korter as 'n halwe sekonde.

Die isotope van titaan wissel inatoommassavan 39.99 amu (Ti-40) tot 57.966 amu (Ti-58). Die primêrevervalmodusvoor die volopste isotoop, Ti-48, iselektronvangsen die primêre vervalmodus daarna is beta-emissie. Die primêrevervalproduktevoor Ti-48 is element 21 (skandium) isotope en die primêre produkte daarna is element 23 (vanadium) isotope.

Voorsorgmaatreëls[wysig|wysig bron]

Wanneer dit in 'n verpoeierde vorm is, verteenwoordig titaanmetaal 'n betekenisvolle brandgevaar en wanneer dit inlugverhit word is dit ook plofbaar. Water enkoolstofdioksied-gebaseerde metodes om vure te blus is oneffektief op brandende titaan; sand, stof, of spesiale skuime moet gebruik word.Soutevan titaan word dikwels as relatief skadeloos geag, die chloorverbindings soos TiCl₃en Til₄moet egter as korrosief beskou word. Titaan het ook die geneigdheid om te bio-akkumuleer in weefsels wat silika bevat maar speel geen bekende biologiese rol in diemensnie.

Verwysings[wysig|wysig bron]

Los Alamos National Laboratory – Titanium
Guide to the Elements – Revised Edition,Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998)ISBN 0-19-508083-1
The History and Use of Our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide,Robert E. Krebs (Greenwood Press: Westport, CT, 1998)ISBN 0-313-30123-9
"Titanium" Encyclopædia Britannica from Encyclopædia Britannica Premium Service.[1]Geargiveer4 September 2005 opWayback MachineBesoek op 23 Januarie 2005.
"Titanium"The Columbia Electronic Encyclopedia, 6th ed[2]Besoek op 23 Januarie 2005
"Titanium," Microsoft Encarta Online Encyclopedia 2005[3]Geargiveer27 Oktober 2006 opWayback MachineBesoek op 24 Januarie 2005
USGS Titanium Statistics and Information
Nature,Vol 407, 21 Sept 2000