Titan (grundstof)

Titan
Titan
	Sølv-metallisk
Periodiske system
Generelt
Atomtegn	Ti
Atomnummer	22
Elektronkonfiguration	2, 8, 10, 2
Gruppe	4(Overgangsmetal)
Periode	4
Blok	d
CAS-nummer	7440-32-6
PubChem	23963
Atomare egenskaber
Atommasse	47.867(1)
Atomradius	140pm
Kovalent radius	136pm
Elektronkonfiguration	[Ar] 3d² 4s²
Elektroner i hver skal	2, 8, 10, 2
Kemiske egenskaber
Oxidationstrin	2, 3, 4
Elektronegativitet	1,54 (Paulings skala)
Fysiske egenskaber
Tilstandsform	Fast stof
Krystalstruktur	Hexagonal(α-form); Kubisk(β-form)
Massefylde(fast stof)	4,506 g/cm3
Massefylde(væske)	4,11 g/cm3
Smeltepunkt	1668 °C
Kogepunkt	3287 °C
Smeltevarme	14,15kJ/mol
Fordampningsvarme	425 kJ/mol
Varmefylde	25,060 J·mol–1K–1
Varmeledningsevne	21,9 W·m–1K–1
Varmeudvidelseskoeff.	8,6 µm/(m·K)
Elektrisk resistivitet	0,420 µΩ·m (20 °C)
Magnetiske egenskaber	Ukendt
Mekaniske egenskaber
Youngs modul	116 GPa
Forskydningsmodul	44 GPa
Kompressibilitetsmodul	110 GPa
Poissons forhold	0,32
Hårdhed(Mohs' skala)	6,0
Hårdhed(Vickers)	970 MPa
Hårdhed(Brinell)	716 MPa
	Information med symbolethentes fraWikidata.; [redigér på Wikidata]
	v; d; r;

For alternative betydninger, setitan.(Se også artikler, som begynder med titan)

"Titanium" omdirigeres hertil. For sangen, seTitanium (sang).

Titanellertitaniumer etgrundstofmed detkemiske symbolTiogatomnummer22. Det er et blankt sølvfarvetovergangsmetalmed lavdensitetog høj styrke. Titan er modstandsdygtigt overforkorrosionihavvand,kongevandogklor.

Titan blev opdaget iCornwall,StorbritannienafWilliam Gregori 1791 og blev navngivet afMartin Heinrich Klaprotheftertitanerneigræsk mytologi:Grundstoffet optræder i en række forskelligemineraler,særligtrutilogilmenit,der er findes i større mængder iJordens skorpeoglithosfære;det findes i stort set alt levende, samt ivand,klipperogjord.^[1]Metallet kan udvindes fra malme viaKroll-^[2]Hunterprocessen.Den mest almindelige titanforbindelse,titandioxid,er en almindeligfotokatalysator,og det bruges i fremstilling af hvidepigmenter.^[3]Andre forbindelser inkluderertitantetraklorid(TiCl₄), en komponent tilrøggranaterogkatalysatorer;ogtitantriklorid(TiCl₃), der bruges som en katalysator til fremstilling afpolypropylen.^[1]

Titan kan bruges ilegeringermed bl.a.jern,aluminium,vanadiumogmolybdæntil at fremstille stærke letvægtsmaterialer, der bruges til rumfarts- og flyindustrien (jetfly,rumfartøjerogmissiler,militært, til industrielle processer (kemikalier ogpetrokemikalier,afsaltning,træmasse ogpapir), bilindustrien,landbrug,sundhedssektoren (proteser,implantaterogtandimplantater,instrumenter og værktøj), sportsudstyr,smykker,mobiltelefonerog andre anvendelser.^[1]

De to vigtigste egenskaber ved metallet er, at det er korrosionsbestandigt og har en høj styrke vs. densitet, hvilket er det højeste for noget metalgrundstof.^[4]I sin rene form er titan lige så stærkt som nogle typer afstål,men har lavere densitet.^[5]Der findes toallotropiskeudgaver^[6]og fem naturligt forekommendeisotoperaf dette grundstof⁴⁶Ti til⁵⁰Ti, hvor⁴⁸Ti er den mestnaturligt forekommende(73,8%).^[7]Selvom titanium har samme antalvalenselektronerog er i sammegruppesomzirconium,så adskiller disse to grundstoffer sig på mange kemiske og fysiske egenskaber.

Egenskaber

Titan antager en af toallotropiskeformer, afhængigt af temperaturen: Under cirka 880 °C fremtræder stoffet i α-formen medhexagonal krystalstruktur,mens det over denne temperatur ganske langsomt forandres til denkubiskeβ-form.

Titans kemi

Titan er meget korrosionsbestandigt og er resistent overfor fortyndetsvovlsyreogsaltsyreog de fleste organiske syrer^[2],men titan kan korroderes af koncentrerede syrer.^[8]Rent titan opløses ikke ivand,men i koncentrerede syrer. Titan kan brænde; ved 610 °C reagerer det medilteni denatmosfæriske luftog dannertitandioxid,og ved 803 °C også med luftenskvælstofunder dannelse aftitannitrid.

Mekaniske egenskaber

Titan er velkendt for sin store styrke i forhold til vægten, og har desuden et relativt højtsmeltepunkt;begge dele gør det til et velegnet materiale til krævende opgaver. Det er dertil meget formbart, navnlig i iltfrie omgivelser. Kommercielt tilgængeligt titan har en trækstyrke der kan måle sig med de stærkeste former for stål, men vejer 43 % mindre.

Tekniske anvendelser

Titan finder stigende anvendelse i en lang række forskellige produkter;ketsjere,golfkøller,cykler,camping-udstyr,armbåndsure,vielsesringe,laptop-computere og i mange forskellige former for laboratorieudstyr. Der findes også køkkengrej i titan, men da metallets termiske egenskaber kan føre til ujævn fordeling af varmen, er dette udstyr ikke lige velegnet til alle kulinariske formål.

Svejsede rør af titan bruges i den kemiske industri og påboreplatformepå grund af metallets korrosionsbestandighed. Metallets korrosionsbestandighed er udnyttet iakslertilskibsskruer,varmevekslere tilafsaltningsanlæg,saltvands-akvarier,iubådeog andre steder hvor metallet er i direkte kontakt med havvand.

Titan i og på kroppen

Titan irriterer ikke levende væv; tværtimod kan eksempelvis benvæv ligefrem "vokse sammen" med etimplantataf dette metal. Da titan samtidig let lader sig farve vedanodisering,er det populært tilsmykkeripiercinger,og bruges til at fremstille dyre, men robustebrillestel,som ikke genererhuden.

Legeringer

Legeringermed titan har mange af titans "karaktertræk"; stor trækstyrke (selv ved høje temperaturer), lav vægt og stor modstandsdygtighed mod iltning ( "rust" ); derfor bruges disse legeringer til krævende opgaver iflyvemaskiner,pansring,krigsskibe,rumfartøjerogmissiler.I stål og ialuminium-legeringer medvirker titan til at reducere materialets kornstørrelse. I stål fjerner titan endvidere ilt og, irustfrit stål,ogsåkulstof.Titan legeres også medkobberfor at gøre dette hårdere, og med flere andre metaller, eksempelvisvanadium(denne legering bruges i stigende grad i flyvemaskiner; op mod 77 tons i et større modernepassagerfly),molybdænogmangan.

Titandioxid

Langt det meste titan der bruges, indgår i titandioxid; et kridhvidt, bestandigt farvestof med god dækkeevne, som bruges i en lang række produkter, for eksempelmaling,rettelak,papir,tandpastaogplastic.Titandioxid tilbagekaster ogsåinfrarødtogultraviolet lys,og bruges derfor også isolcreme.

Andre anvendelser

Titan bruges ifyrværkerider skal vise hvide effekter.Titantetraklorid,en farveløsvæske,danner en tyk "røg" (tåge) i fugtig luft, og det udnyttes tilrøgslørogskywriting.Titan bruges som ydre beklædning på bygninger. IMoskvastår der et 45meterhøjt monument forJurij Gagarin,udført i titan.

Forekomst

Titan er med 0,69 % det niende-mest udbredte grundstof i jordskorpen: Det findes aldrig i fri, metallisk form i naturen, men altid bundet ikemiske forbindelsermed andre stoffer. Disse forbindelser findes i de flestemagmatiske bjergarterog isedimenteraf disse bjergarter, primærtmineralerne anatas,brookit,ilmenit,perovskit,rutil,titanitog i mangejernmalme.Titanindholdet er meget jævnt fordelt over heleJorden,så det er svært at finde forekomster med særlig højt indhold af titan. Af de mange forskellige titanholdige mineraler er det dog kun ilmenit og rutil der har betydning for den kommercielle udvinding af titan, og selv dem er det svært at finde store koncentrerede forekomster af. De mest betydelige forekomster ligger iAustralien,New Zealand,Skandinavien,Nordamerika,Malaysiaog iKwale-regionen iKenya.

Titan er også blevet påvist imeteoritter,og iSolensamt istjernerafspektralklasseM, og prøver hentet fraMånenafastronauterneiApollo 17indeholder 12,1 % titandioxid.

Udvinding

Da titan reagerer med ilt ved høje temperaturer, kan man ikke som med andre metallerreducereoxidet med et andet metal, så til kommerciel fremstilling af titan benyttesKroll-processen;en omstændelig og omkostningstung metode der blev udviklet i1946afWilliam Justin Kroll:Først omdannes titandioxid til titantetraklorid, som fortættes og oprenses veddestillation.Til sidst reduceres kloridet til det rene metal ved hjælp af 800 °C varm, smeltetmagnesiumunder en atmosfære afargon.

Den nyere, såkaldteFFC Cambridge-proceskan muligvis erstatte Kroll-processen: Denne reaktion tager udgangspunkt i titandioxid, og resulterer i titan i enten pulverform eller som et "svampet" stykke metal med en masse porer og åbninger i. Man håber at denne proces kan gøre titan meget billigere, og introducere materialet på områder, hvor man i dag bruger specielle aluminium-legeringer og ståltyper.

I 2013 blev en ny tretrinsproces udvindingsmetode opdaget.^[9]

Historie

Titan blev opdaget i1791af amatør-geologen William Gregorfra Creed iCornwalliEngland:Han fandt ud af at mineralet ilmenit indeholdt et hidtil ukendt grundstof, og kaldte det formenachite(alternativ stavemådemanaccanite) efter det nærliggendeManaccan sogn.Omtrent samtidig lykkedes detFranz Joseph Mullerat isolere stoffet, men han formåede ikke at identificere det.

Uafhængigt af Gregor og Muller, men flere år senere, "genopdagede"tyskeren Martin Heinrich Klaprothstoffet, denne gang i mineralet rutil. Han bekræftede at der var tale om et "nyt" grundstof, og i1795navngav han det efter titanerne fra den græske mytologi.

Titan har altid været svært at udskille i ren form; først i1910lykkedes detMatthew A. Hunterat isolere 99,9 % rent titan ved at opvarme titantetraklorid mednatriumi den såkaldteHunter-proces.Først i 1946, da Kroll-processen blev opfundet, fandt titan anvendelse udenfor laboratoriet, og det er stadig denne proces der bruges i dag.

Isotoper af titan

Naturligt forekommende titan består af fem forskelligeisotoper;⁴⁶Ti,⁴⁷Ti,⁴⁸Ti,⁴⁹Ti og⁵⁰Ti, hvoraf⁴⁸Ti er den mest udbredte isotop med 73,8 %. Hertil kender man 11 radioaktive isotoper, hvoraf⁴⁴Ti er den mest "sejlivede" med enhalveringstidpå 63år— de øvrige titan-isotoper har halveringstider fra fåtimerog ned til under et halvt sekund.

Referencer

^^a ^b ^c"Titanium".Encyclopædia Britannica.2006.Hentet 29. december 2006.
^^a ^bLide, D. R., red. (2005).CRC Handbook of Chemistry and Physics(86th udgave). Boca Raton (FL): CRC Press.ISBN 0-8493-0486-5.
^Krebs, Robert E. (2006).The History and Use of Our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide(2nd udgave).Westport, CT:Greenwood Press.ISBN 978-0-313-33438-2.
^Donachie 1988,s. 11
^Barksdale 1968,s. 738
^"Titanium".Columbia Encyclopedia(6th udgave). New York:Columbia University Press.2000-2006.ISBN 978-0-7876-5015-5.Arkiveret fraoriginalen18. november 2011.
^Barbalace, Kenneth L. (2006)."Periodic Table of Elements: Ti – Titanium".Hentet 26. december 2006.
^Casillas, N.; Charlebois, S.; Smyrl, W. H.; White, H. S. (1994)."Pitting Corrosion of Titanium".J. Electrochem. Soc.141(3): 636-642.doi:10.1149/1.2054783.
^30. dec 2013, ing.dk: Ny metode kan reducere energiforbruget ved fremstilling af titan med 60 pct.

Litteratur

Barksdale, Jelks (1968). "Titanium". I Clifford A. Hampel (red.).The Encyclopedia of the Chemical Elements.New York: Reinhold Book Corporation. s.732–738.LCCN 68029938.{{cite book}}:CS1-vedligeholdelse: ref gentaget (link)
Donachie, Matthew J., Jr. (1988).TITANIUM: A Technical Guide.Metals Park, OH: ASM International. s. 11.ISBN 978-0-87170-309-5.{{cite book}}:CS1-vedligeholdelse: ref gentaget (link)
Emsley, John (2001)."Titanium".Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements.Oxford, England, UK: Oxford University Press.ISBN 978-0-19-850340-8.{{cite book}}:CS1-vedligeholdelse: ref gentaget (link)
Flower, Harvey M. (2000). "Materials Science: A moving oxygen story".Nature.407(6802): 305-306.doi:10.1038/35030266.PMID 11014169.
Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997).Chemistry of the Elements(2nd udgave). Oxford: Butterworth-Heinemann.ISBN 978-0-7506-3365-9.
Roza, Greg (2008).Titanium(First udgave). New York, NY: The Rosen Publishing Group.ISBN 978-1-4042-1412-5.{{cite book}}:CS1-vedligeholdelse: ref gentaget (link)

Eksterne henvisninger

Wikimedia Commonshar flere filer relateret tilTitan (grundstof)

[EBC-1] "Titanium".Encyclopædia Britannica.2006.Hentet 29. december 2006.

[LANL-2] Lide, D. R., red. (2005).CRC Handbook of Chemistry and Physics(86th udgave). Boca Raton (FL): CRC Press.ISBN 0-8493-0486-5.

[HistoryAndUse-3] Krebs, Robert E. (2006).The History and Use of Our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide(2nd udgave).Westport, CT:Greenwood Press.ISBN 978-0-313-33438-2.

[4] Donachie 1988,s. 11

[Barksdale1968p738-5] Barksdale 1968,s. 738

[TICE6th-6] "Titanium".Columbia Encyclopedia(6th udgave). New York:Columbia University Press.2000-2006.ISBN 978-0-7876-5015-5.Arkiveret fraoriginalen18. november 2011.

[EnvChem-7] Barbalace, Kenneth L. (2006)."Periodic Table of Elements: Ti – Titanium".Hentet 26. december 2006.

[8] Casillas, N.; Charlebois, S.; Smyrl, W. H.; White, H. S. (1994)."Pitting Corrosion of Titanium".J. Electrochem. Soc.141(3): 636-642.doi:10.1149/1.2054783.

[9] 30. dec 2013, ing.dk: Ny metode kan reducere energiforbruget ved fremstilling af titan med 60 pct.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]