Ugrás a tartalomhoz

Titán (elem)

Hivatkozások szerkesztése
Ellenőrzött
A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
22 szkandium←titán→vanádium
-
↑
Ti
↓
Zr
22
Ti
Általános
Név,vegyjel,rendszám titán, Ti, 22
Latin megnevezés titanium
Elemi sorozat átmenetifémek
Csoport,periódus,mező 4,4,d
Megjelenés ezüstös fémes
Atomtömeg 47,867(1)g/mol
Elektronszerkezet [Ar] 3d² 4s²
Elektronokhéjanként 2, 8, 10, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség(szobahőm.) 4,506 g/cm³
Sűrűség(folyadék) azo.p.-on 4,11 g/cm³
Hármaspont 1941K,5,3Pa
Olvadáspont 1941K
(1668 °C,3034 °F)
Forráspont 3560K
(3287 °C,5949 °F)
Olvadáshő 14,15kJ/mol
Párolgáshő 425kJ/mol
Molárishőkapacitás (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
(amfoteroxid)
Elektronegativitás 1,54 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 658,8kJ/mol
2.: 1309,8 kJ/mol
3.: 2652,5 kJ/mol
Atomsugár 140pm
Atomsugár(számított) 176pm
Kovalens sugár 136pm
Egyebek
Mágnesség paramágneses
Fajlagos ellenállás (20 °C) 0,420 µΩ·m
Hővezetési tényező (300 K) 21,9W/(m·K)
Hőtágulási együttható (25 °C) 8,6 µm/(m·K)
Hangsebesség(vékony rúd) (szobahőm.) 5090m/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 természetes előfordulás felezési idő bomlás
mód energia(MeV) termék
44Ti mesterséges radionuklid 63 y ε - 44Sc
γ 0,07D,0,08D -
46Ti 8,0% Tistabil24neutronnal
47Ti 7,3% Tistabil25neutronnal
48Ti 73,8% Tistabil26neutronnal
49Ti 5,5% Tistabil27neutronnal
50Ti 5,4% Tistabil28neutronnal
Hivatkozások
A „Titán” lehetséges további jelentéseiről lásd:Titán (egyértelműsítő lap).

Atitánaperiódusos rendszerkémiai elemeinekegyike. VegyjeleTi,rendszáma 22., melynek régies magyar elnevezése akemeny.[1]Standard hőmérsékleten és nyomásonvilágos, fénylő, ezüstös, kis sűrűségű és nagy szilárdságúátmenetifém,tulajdonságait tekintve nagyon hasonlít aszilíciumhozés azónhoz.A titán ellenáll akorróziónaka tengervízzel,klórral,lúgokkal és savakkal szemben, hiszen még akirályvízsem oldja.

A titántWilliam Gregorfedezte felCornwallban1791-ben, nevét pedigMartin Heinrich Klaprothtólkapta a görög mitológiaititánokután. Az elem számos ásványban előfordul, legfontosabbak ezek közül azilmenit(FeTiO3) és arutil(TiO2), melyek aföldkéregbenés alitoszférábannagy területen szétszórva találhatók meg. A titán szinte az összes élőlényben, a vizekben, sziklákban és a talajban is megtalálható.[2]A fémet elsődleges érceiből aKroll-eljárással,vagy aHunter-eljárássalállítják elő.[3]A leggyakoribb vegyülete, atitán-dioxidnépszerűfotokatalizátor,emellett fehérpigmentekgyártására is használják.[4]Egyéb vegyületei közé tartozik atitán-tetraklorid(TiCl4), egykatalizátorés a katonaságnál használt álcafüst egyik összetevője; és atitán(III)-klorid(TiCl3), melyet apolipropiléngyártásakor katalizátorként használnak.[2]

A titántvassal,alumíniummal,vanádiummal,molibdénnel,vagy egyéb elemekkel ötvözve nagy szilárdságú és kis sűrűségűötvözeteknyerhetők, melyeket a repülőgépiparban és az űrhajózásban (sugárhajtóművek,rakétákésűrhajókgyártása), a hadiiparban, autóiparban, különböző ipari folyamatokban (kémiai és petrolkémiai eljárások,sótalanítás,papírgyártás),protézisekgyártásában, fogászati eszközök és implantátumok, sportszerek, ékszerek távirányítható gépek és mobiltelefonok gyártásában, valamint még további sok egyéb területen is 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 egyesacélokéval,de sűrűsége kisebb azokénál.[6]A titánnak kétallotrop módosulata[7]és öt természetesizotópjavan a46Ti-tól a50Ti-ig terjedően, melyek közül a48Ti fordul elő a legnagyobb mennyiségben (73,8 %-ban)[8]Annak ellenére, hogy a titánnak és acirkóniumnakmegegyező számúvegyértékelektronjukvan, számos kémiai és fizikai tulajdonságukban különböznek egymástól.

Tulajdonságai

[szerkesztés]

Fizikai tulajdonságai

[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 (1650 °C) jótűzálló fémméteszi. A titánparamágnesestulajdonságú és a többi fémhez viszonyítva gyengehő-éselektromos vezető.[2]

A kereskedelmi tisztaságú (99,2 %-os) titánszakítószilárdságakörülbelül 434 MPa, ami megegyezik a közönséges, gyengébb minőségű acélok szakítószilárdságával, de a titán ezeknél kisebb sűrűségű. A titán 60 %-kal nehezebb azalumíniumnál,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, nemmágneses,és a többi fémnél kevésbé vezeti a hőt és az elektromosságot. Rossz hővezetése megnehezíti megmunkálását, mert a forgács csak a fejlődő hő mintegy negyedét vezeti el, a fennmaradó rész közvetlenül melegíti a szerszámot. Ezért a megmunkáláshoz hőálló keményfém szerszámanyag és hatékony hűtés kell. Az acélszerkezetekhez hasonlóan a titánból készült szerkezeteknek is van kifáradási határértékük, ami garantálja a hosszú élettartamot egyes alkalmazásoknál.[9]Hosszabb használatot a gyógyászatban is eredményez, hiszen a titán lényegesen könnyebb, mint az acél de az ötvözet típusától függően az acéléval azonos szilárdságot ad. További előnye, hogy eközben a súlya csak körülbelül negyven százaléka annak, miközben biokompatibilis az emberi testbe beültetése esetén, például emiatt a kilökődés kockázata is kisebb.[12]

A fémnek kétallotrop módosulatalétezik, a hexagonálisrácsszerkezetűα-módosulat és a tércentrált kockarácsú β-módosulat, ami 882 °C-on képződik az α-módosulatból.[11]Az α-módosulathőkapacitásaerre 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).[13]

Kémiai tulajdonságai

[szerkesztés]
A titán Pourbaix-diagramja tiszta vízben, perklórsavban vagy nátrium-hidroxidban
Függőleges tengely: redox potenciál; vízszintes tengely: pH[14]

Azalumíniumhozés amagnéziumhozhasonlóan a titánon és ötvözetein levegő hatására azonnal oxidréteg alakul ki. A titán könnyedén reagál oxigénnel levegőn 1200 °C-on, tiszta oxigénben pedig 610 °C-ontitán-dioxidotképezve.[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.[15]

A passzivációnak köszönhetően a titán kitűnően ellenáll a korróziónak, közel ugyanannyira, mint aplatina.A titán ellenálló a hígkénsavval,asósavval,a klorid-oldatokkal és a legtöbb szerves savval szemben.[3]A forró tömény ásványi savak viszont megtámadják, ahidrogén-fluoridpedig jól oldja.[16]Negatívstandardpotenciáljábólkövetkezően 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 aklórgázzal.[3]Emellett reagál a többihalogénnelis és megköti a hidrogént.[4]

A titán azon kevés elemek egyike, melyek tiszta nitrogéngázban égnek: a reakció 800 °C-on megy végbe éstitán-nitridkeletkezik, amelyre a törékenység jellemző.[17]Az oxigénnel, nitrogénnel és néhány más gázzal való nagyfokú reakcióképessége miatt az úgynevezett titán-szublimációs szivattyúkban fel lehet használni olcsó és megbízhatóan ultranagy vákuum kialakítására.

Izotópjai

[szerkesztés]
Bővebben:A titán izotópjai

A természetben előforduló titán (Ti) öt stabil izotópból áll:46Ti,47Ti,48Ti,49Ti és50Ti, ezek közül a48Ti részaránya a legmagasabb (természetes előfordulása73,8%). Huszonegyradioizotópjátírták le, ezek közül a legstabilabbak:44Ti (felezési ideje60 év),45Ti (felezési ideje 184,8 perc),51Ti (5,76 perces felezési idő) és52Ti (felezési ideje 1,7 perc). A többiradioaktívizotóp felezési ideje 33 másodpercnél kevesebb, többségüké a fél másodpercet sem éri el.[8]A legkevésbé a61Ti stabil, felezési ideje valamivel több mint 300 nanomásodperc.

A titánizotópokatomtömege38,01 (38Ti) és 62,99 (63Ti)atomi tömegegységközé esik. A leggyakoribb (48Ti) izotópnál könnyebbek főként elektronbefogással, a nehezebbek β−-bomlással alakulnak át. A48Ti előtti izotópok elsődleges bomlásterméke főkéntszkandium-, a nehezebbeké elsősorbanvanádiumizotóp.[8]

A titándeutérium-atommagokkal való bombázáskor radioaktívvá válik, főkéntpozitronokésgamma-sugárzáskibocsátása közben.[3]

Története

[szerkesztés]
Martin Heinrich Klaprotha titánt a görög mitológiatitánjairólnevezte el.

A titántWilliam Gregorlelkész és amatőr geológus fedezte fel 1791-benCornwallban,a helyi Helford folyóból származó homokot vizsgálva.[18]A homokból mágnessel sikerült elkülönítenie egy fekete színű anyagot,[18]amit ma ilmenitnek neveznek.[4]Az anyagból sósavval kioldotta a vasat, de a hátramaradó 45,25%-nyi fehér színű fém-oxidot képtelen volt azonosítani.[19]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, aCrell's Annalen-ben.[18][20][21]

Nagyjából ugyanebben az időbenFranz-Joseph Müller von Reichensteinelőállított egy hasonló vegyületet, de nem tudta azonosítani.[4]Az oxidot Gregortól függetlenül 1795-benMartin Heinrich Klaprothporoszvegyész újra felfedezte afelvidékiBajmócskárólszármazórutilban.[18][22]Klaproth felfedezte, hogy az oxid egy új elemet tartalmazott, és azt atitánokrólnevezte el. Ők agörög mitológiábanGaiaésUranoszgyermekei, az erő megtestesítői voltak, akiketKronoszbukása után arra kárhoztattak, hogy a Föld mélyének rejtett tüzei között éljenek.[23]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 anyersvasgyártásban) nem lehetséges, mert a titán reagál a szénneltitán-karbidotalkotva.[18]A fémet szennyezett formában előszörJöns Jakob Berzeliusállította elő 1825-ben, de nagy tisztaságú (99,9%-os) titánt először csak 1910-benMatthew A. Hunterállított elő a TiCl4nátriummal700–800 °C-on és nagy nyomáson való hevítésével,[24]ezt maHunter-eljáráskéntismerik.[3]A titánt a laboratóriumon kívül nem nagyon használták egészen 1932-ig, amikorWilliam Justin Krollfelfedezte, hogytitán-tetraklorid(TiCl4)kalciummalvaló redukálásával is elő lehet azt állítani.[25]Nyolc évvel később az eljárástmagnéziummalésnátriummalis véghez vitte.[25]Bár ma is zajlik a kutatás költséghatékonyabb módszerek kidolgozására, aKroll-eljárásmég mindig a legelterjedtebb mód a titán előállítására.[3][4]

Kroll-eljárássalkészült titán „szivacs”

Nagyon nagy tisztaságú fémet kis mennyiségben először akkor állítottak elő, amikorAnton Eduard van ArkelésJan Hendrik de Boer1925-ben a titánt jóddal reagáltatta, majd a keletkező tetrajodidot elpárologtatás után izzó fémszálon bontotta, így tiszta fémet nyerve.[26]

Az 1950-es és 60-as években aSzovjetunióúttörő módon kezdte alkalmazni a titánt katonai célokra éstengeralattjárókban(Alfa-osztály, K-278 Komszomolec)[27]ahidegháborúhozkapcsolódó programjai részeként.[28]Az 1950-es évektől kezdődően a titánt kiterjedten kezdték használni a katonai repülőgépeknél, különösen a nagyteljesítményű sugárhajtóművekben kezdve aF–100 Super Sabre-rel, aLockheed A-12-vel és aSR–71 Blackbirddel.Felismerve a titán stratégiai fontosságát,[29]azAmerikai Védelmi Minisztériumtámogatta a fém termelésének üzleti alapokra helyezésére irányuló korai törekvéseket.[30]

A hidegháború alatt az Amerikai Egyesült Államok kormánya a titánra stratégiai erőforrásként tekintett és ezért hatalmas készletet halmoztak fel belőle, ami csak a 2000-es évekre fogyott el.[31]2006-os adatok szerint a világ legnagyobb termelője, az oroszországi központúVSMPO-Avismacég világpiaci részesedését 29%-ra becsülik.[32]2015-ben titán-fémszivacsot hat országban gyártottak, ezek a termelés sorrendjében: Kína, Japán, Oroszország, Kazahsztán, az Egyesült Államok, Ukrajna és India.[33][34]

2006-ban aDARPA5,7 millió dollárral jutalmazott egy két cégből álló konzorciumot egy új eljárás kifejlesztéséért, amivel titánport 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.[35]

Vegyületei

[szerkesztés]
Titán-nitrid bevonatú csigafúró

A titánoxidációs számaa vegyületeiben leggyakrabban +4,[36]ritkábban +2 vagy +3.[37]A titán vegyületei általában oktaéderes koordinációjak, ez alól kivétel a tetraéderes szerkezetű TiCl4.A +2-es oxidációs számú titánt tartalmazó titánvegyületekionosak,a magasabb oxidációs fokú titánvegyületek többnyirekovalensjellegűek. A titán(III)-sók redukáló hatásúak, azanalitikábanredukálószerként használják őket. A legtöbb átmenetifémmel ellentétben a titán egyszerű akvakomplexei nem ismertek.

Oxidok és szulfidok

[szerkesztés]

A titán oxidjai közül messze a legfontosabb atitán-dioxid(TiO2), egy fehér színű, vízben oldhatatlan,atomrácsosjellegű szilárd vegyület. Savakkal, lúgokkal szemben ellenálló, a töménykénsavoldja, a reakcióban titán(IV)-szulfát (Ti(SO4)2) keletkezik. A titán-dioxid szobahőmérsékleten három módosulat - azanatáz,arutilés abrookitformájában 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.[38]

Bár a titán-dioxid meglehetősen inert vegyület, de magas hőmérsékletre hevítve éssztöchiometrikus mennyiségűalkalmas oxiddal megömlesztve vagy elégetve számos vegyes oxidot, vagyistitanátotlehet 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,vagynikkelesetén), akkor a metatitanát szerkezeteilmenit(FeTiO3) típusú, ha viszont annál lényegesen nagyobb (kalcium,stroncium,vagybáriumesetén), akkor inkábbperovszkit(CaTiO3) szerkezet alakul ki. Ez utóbbira példa abárium-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 éspiezoelektromostulajdonságot eredményez.[38]Acsillagzafírokés arubinokaszterizmusáért(csillagszerű fényvisszaverődésért) a titán-dioxid szennyeződések a felelősök.[15]

A titánnak jó néhány redukált oxidja is ismert. A Ti3O5,amely Ti(IV)-Ti(III) vegyes oxidként írható le egy kékesfeketefélvezetőanyag, ami TiO2-ból hidrogénnel való redukcióval állítható elő 900 °C-on,[39]és az iparban a felületek titán-dioxiddal való gőzfázisú bevonására használható.[40]Ismert még atitán(III)-oxid(Ti2O3), egykorundszerkezetű, sötét ibolyaszínű anyag, melyet a titán-dioxid és titán 1600 °C-on végbemenő reakciójával lehet előállítani; illetve atitán(II)-oxid,egy bronzszínű, nemsztöchiometrikus,kősószerkezetű vegyület.[41]

A TiCl4alkoholokkalvaló reakciójával előállítható titán(IV)-alkoxidok (alkanoátok) színtelen vegyületek, melyek vízzel reagálva titán-dioxiddá alakulnak. Ezeket a vegyületek az iparban szilárd TiO2rétegek 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 atitán-diszulfidkapott 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]

Atitán-borid(TiB2), atitán-karbid(TiC) és atitán-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-keménységükeléri a 9,0-s értéket, ami egyenlő akorundkeménységével.[42]Nagy keménységük és hőálló képességük miatt kopásálló bevonatok készítésére alkalmazzák őket, például vágószerszámoknál, fúrófejeknél, turbinalapátoknál, égetőkamráknál és rakétafúvókáknál.[43][44]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.[45]

Halogenidek

[szerkesztés]
A titán(III)-vegyületek jellegzetes ibolyaszínűek

A titán legjelentősebb halogénvegyületei a titán(II)-klorid (TiCl2) és a titán-tetraklorid (TiCl4). ATiCl2szilárd halmazállapotú, rétegrácsos szerkezetű ionvegyület. A TiCl4folyékony halmazállapotú,molekularácsosvegyület. A TiCl4füstöl, és nedves levegőn teljesenhidrolizál,a reakcióban TiO2(titán-dioxid,titán(IV)-oxid) keletkezik.[46]Vizes sósavoldatban különböző intermedier hidrolízistermékek, például TiOCl2(titanil-klorid) is keletkezhetnek.[47]

AKroll-eljárásbana titán-tetrakloridot a klórgáz hevített titán-dioxid fölötti átvezetésével, redukálószer (például szén) jelenlétében állítják elő.[48]A szerves kémiában széles körben alkalmazzák Lewis-savként, például a Mukaiyama-aldol addícióban.[49]A van Arkel-eljárás sorántitán-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 titánvegyületekpolimerizációskatalizátorkéntvaló jelentős szerepük miatt a Ti-C kötést tartalmazó vegyületeket intenzíven tanulmányozták. A legközönségesebb titánorganikus komplex vegyület atitanocén-diklorid((C5H5)2TiCl2). Hasonló vegyületei aTebbe-reagensés aPetasis-reagens.A titán karbonil komplexeket is alkot, ilyen például a titanocén-dikarbonil ((C5H5)2Ti(CO)2).[50]

Természetes előfordulásai

[szerkesztés]
A rutil és ilmenit termelése 2011-ben (Oroszország nélkül)[51]
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 legnagyobb termelők 2022-ben (ilmenit + rutil, 1000 t, Oroszország nélkül):[52]

  • Kína — 3400 + 0
  • Mozambik — 1200 + 8
  • Dél-Afrika — 900 + 95
  • Ausztrália — 660 + 190
  • Szenegál — 520 + 90
  • Kanada — 470 + 0
  • Norvégia — 420 + 0
  • Madagaszkár — 300 + 0
  • Ukrajna — 200 + 59
  • USA — 200
  • India — 200 + 11
  • Kenya 180 + 73

A földkéreg 0,63 tömegszázalékát kitevő[19]titán nagyon gyakori elem: a kilencedik leggyakoribb az összes elem közül, a fémek közül a hetedik, az átmenetifémek közül pedig a második leggyakoribb. Régen ennek ellenére kevéssé ismerték, ami annak tulajdonítható, hogy a tiszta fémet igen nehéz volt előállítani, emellett dúsulásra kevéssé hajlamos. Oxidjai előfordulnak a legtöbbmagmás kőzetbenés az azok lepusztulásávak képződőüledékekben,az élőlényekben és a természetes vizekben.[2][3]Az Amerikai Földtani Intézet által tanulmányozott 801-féle magmás kőzetből 784 tartalmazott kimutatható mennyiségű titánt. A talajban a tömegaránya hozzávetőlegesen 0,5–1,5%.[19]

Titanit kristályok amfibolon

Gyakori ásványai azanatáz,abrookit,azilmenit,aperovszkit,arutilés atitanit.[15]Közülük a rutilnak és az ilmenitnek van gazdasági jelentősége, de még ezeket is nehéz nagyobb koncentrációban föllelni. Ezekből az ásványokból 6,0, illetve 0,7 millió tonnányit termeltek 2011-ben.[51]Jelentős ilmenitlelőhelyek vannakNyugat-Ausztráliában,Kanadában,Kínában,Indiában,Mozambikban,Új-Zélandon,Norvégiában,UkrajnábanésDél-Afrikában.[15]2011-ben körülbelül 186 000 tonna titánfémhabotállítottak elő, ebből a legtöbbet Kínában (60 000 tonnát), Japánban (56 000), Oroszországban (40 000), az Amerikai Egyesült Államokban (32 000) és Kazahsztánban (20 700). Magyarországon anyirádibauxitércben is jelen van; ipari előállításávalGillemot Lászlóprofesszor foglalkozott először. Munkájáért 1957-ben Kossuth-díjat kapott, a kohászati kutatási eredményei alapján a Szovjetunióba szállított magyar bauxitból jelentős mennyiségű titánt nyertek ki.[53]

Az óceánokban a titán koncentrációja körülbelül 4 pikomólos. 100 °C-on a titán koncentrációja a vízben kevesebb mint 10−7M 7-es pH-nál. A vizes oldatokban lévő titánionokat a titán kis oldhatósága és az érzékeny spektroszkópiai módszerek hiánya miatt nem ismerjük. Humánbiológiai szerepe nem igazolt, bár egyes élőlények koncentráciit halmozzák fel.[54]

Kimutattákmeteoritokból,aNapbólés azM színképtípusú csillagokból[3]— ezek a leghidegebb csillagok, amelyek felszíni hőmérséklete mindössze 3200 °C.[23]AzApollo–17küldetésen aHoldrólhozott kőzetek körülbelül 12,1 % titán-dioxidot tartalmaztak.[3]Megtalálható még a kőszén hamujában, növényekben, sőt az emberi testben is. A tiszta, elemi titán nagyon ritka a természetben.[55]

Előállítása és felhasználása

[szerkesztés]

1932-ben a luxemburgiWilliam Justin Krollállította elő a titán-kloridot fém kalciummal (Ca), majd később magnéziummal (Mg), illetve nátriummal reagáltatva. Ezen eljárások költségessége megakadályozta a titán kereskedelmi hasznosítását, pedig azt kedvező tulajdonságai (kis sűrűség, jó mechanikai szilárdság, előnyös ötvöző tulajdonságok) indokolták. Fő felhasználási területe még ma is arepülőgépipar,mindsugárhajtóművek,mindrepülőgépsárkányokrészeinek előállításához, de széleskörűen használják vegyipari berendezések és hajók gyártásához is. A gyógyászatban azimplantátumanyagaként alkalmazzák, mivel a tiszta, ötvözetlen titánt az élő szervezet elfogadja. Előállítására még ma is aKroll-módszera legelterjedtebb:ilmenitetvagyrutilthevítenek klór (Cl2) és szén (C) jelenlétében 900 °C-on:

A TiCl4argonatmoszférában zárt kemencében magnéziumolvadékkal 900 °C-on redukálható:

A titán allergénmentes fémként ismert, de azért egyseknél a titánból készült implantátum vagy ékszer is okozhat allergiás reakciót.[56]

Jegyzetek

[szerkesztés]
  1. ↑Szőkefalvi-Nagy Zoltán; Szabadváry Ferenc:A magyar kémiai szaknyelv kialakulása.A kémia története Magyarországon.Akadémiai Kiadó, 1972. (Hozzáférés: 2010. december 3.)
  2. ↑abcdefgTitanium,Encyclopædia Britannica(2006. október 5.). Hozzáférés ideje: 2006. december 29.
  3. ↑abcdefghiszerk.: Lide, D. R.:CRC Handbook of Chemistry and Physics,86th, Boca Raton (FL): CRC Press (2005).ISBN 0-8493-0486-5
  4. ↑abcdeKrebs, Robert E..The History and Use of Our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide,2nd, Westport, Connecticut: Greenwood Press (2006. október 5.).ISBN 0-313-33438-2
  5. ↑Donachie 1988,p. 11
  6. ↑abBarksdale 1968,p. 738
  7. ↑abcTitanium,Columbia Encyclopedia,6th, New York:Columbia University Press(2000–2006).ISBN 0-7876-5015-3.Hozzáférés ideje: 2017. március 25.Archiválva2011. november 18-idátummal aWayback Machine-ben
  8. ↑abcBarbalace, Kenneth L.:Periodic Table of Elements: Ti – Titanium,2006. (Hozzáférés: 2006. december 26.)
  9. ↑abStwertka, Albert. Titanium,Guide to the Elements,Revised,Oxford University Press,81–82. o. (1998. október 5.).ISBN 978-0-19-508083-4
  10. ↑Donachie 1988,Appendix J, Table J.2
  11. ↑abcBarksdale 1968,p. 734
  12. ↑M.Z.:Mennyire erős a titán? Most kiderül a prés alatt(magyar nyelven). computerworld.hu, 2021. december 23. (Hozzáférés: 2023. március 19.)
  13. ↑Sikka, S. K. (1982. október 5.). „Omega phase in materials”.Progress in Materials Science27(3–4), 245–310. o.DOI:10.1016/0079-6425(82)90002-0.ISSN0079-6425.
  14. ↑Puigdomenech, Ignasi (2004)Hydra/Medusa Chemical Equilibrium Database and Plotting Software,KTH Royal Institute of Technology.
  15. ↑abcdEmsley 2001,p. 453
  16. ↑Casillas, N. (1994. október 5.). „Pitting Corrosion of Titanium”.J. Electrochem. Soc.141(3), 636–642. o.DOI:10.1149/1.2054783.
  17. ↑Forrest, A. L.. Effects of Metal Chemistry on Behavior of Titanium in Industrial Applications,Industrial Applications of Titanium and Zirconium,112. o. (1981. október 5.)
  18. ↑abcdeEmsley 2001,p. 452
  19. ↑abcBarksdale 1968,p. 732
  20. ↑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.
  21. ↑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.
  22. ↑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";… )
  23. ↑abEmsley 2001,p. 451
  24. ↑Roza 2008,p. 9
  25. ↑abGreenwood 1997,p. 955
  26. ↑van Arkel, A. E.(1925. október 5.). „Preparation of pure titanium, zirconium, hafnium, and thorium metal”.Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie148,345–50. o.DOI:10.1002/zaac.19251480133.
  27. ↑Yanko, Eugene:Submarines: general information,2006 (Hozzáférés: 2015. február 2.)
  28. ↑Stainless Steel World. „VSMPO Stronger Than Ever”,KCI Publishing B.V.,16–19. oldal. [2006. október 5-i dátummal azeredetibőlarchiválva] (Hozzáférés: 2007. január 2.)
  29. ↑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. október 5.)
  30. ↑Titanium Metals Corporation. Answers.com. Encyclopedia of Company Histories.Answers Corporation, 2006 (Hozzáférés: 2007. január 2.)
  31. ↑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[archivált változat](PDF),United States Department of Defense,3304. o. (2008. október 5.). Hozzáférés ideje: 2017. március 28. [archiválás ideje: 2010. február 11.]
  32. ↑Bush, Jason. „Boeing's Plan to Land Aeroflot”,BusinessWeek,2006. február 15.. [2009. április 9-i dátummal azeredetibőlarchiválva] (Hozzáférés: 2006. december 29.)
  33. ↑"Roskill Information Services: Global Supply of Titanium is Forecast to Increase",Titanium Metal: Market Outlook to 2015 (5th edition, 2010).
  34. ↑ISRO's titanium sponge plant in Kerala fully commissioned.timesofindia-economictimes.(Hozzáférés: 2015. november 8.)
  35. ↑(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.
  36. ↑Greenwood 1997,p. 958
  37. ↑Greenwood 1997,p. 970
  38. ↑abGreenwood, Norman N., Earnshaw, Alan.Chemistry of the Elements,2nd,Butterworth-Heinemann,963. o. (1997).ISBN 0-08-037941-9
  39. ↑(2013. június 26.) „Preparation and Optical Storage Properties of λTi3O5Powder” (chinese nyelven).Journal of Inorganic Materials28(4), 425–430. o.DOI:10.3724/SP.J.1077.2013.12309.
  40. ↑(2014. október 5.) „A new solution for mirror coating in $γ$-ray Cherenkov Astronomy”.Experimental Astronomy38,1. o.DOI:10.1007/s10686-014-9398-x.
  41. ↑Greenwood, Norman N., Earnshaw, Alan.Chemistry of the Elements,2nd,Butterworth-Heinemann,962. o. (1997).ISBN 0-08-037941-9
  42. ↑Schubert, E.F.:The hardness scale introduced by Friederich Mohs.[2010. június 3-i dátummal azeredetibőlarchiválva]. (Hozzáférés: 2018. április 14.)
  43. ↑Truini, Joseph (1988. május 1.). „Drill Bits”.Popular Mechanics165(5), 91. o, Kiadó: Hearst Magazines.ISSN0032-4558.
  44. ↑Titanium carbide product information.H. C. Starck. [2017. szeptember 22-i dátummal azeredetibőlarchiválva]. (Hozzáférés: 2015. november 16.)
  45. ↑Baliga, B. Jayant.Silicon carbide power devices.World Scientific, 91. o. (2005. október 5.).ISBN 981-256-605-8
  46. ↑Seong, S..Titanium: industrial base, price trends, and technology initiatives.Rand Corporation, 10. o. (2009. október 5.).ISBN 0-8330-4575-X
  47. ↑N. N. Greenwood, A. Earnshaw,Az elemek kémiája,Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1999
  48. ↑Johnson, Richard W..The Handbook of Fluid Dynamics.Springer, 38–21. o. (1998. október 5.).ISBN 3-540-64612-4
  49. ↑Coates, Robert M..Handbook of Reagents for Organic Synthesis.John Wiley and Sons, 93. o. (2000. október 5.).ISBN 0-470-85625-4
  50. ↑Hartwig, J. F.(2010)Organotransition Metal Chemistry, from Bonding to Catalysis.University Science Books: New York.ISBN 189138953X
  51. ↑abUnited States Geological Survey:USGS Minerals Information: Titanium
  52. ↑production of titanium minerals worldwide in 2022, by country
  53. ↑Götz Attila:Hová tűnt a magyar titán?.index.hu, 2010. október 24. (Hozzáférés: 2022. október 2.)
  54. ↑(2012) „Bioinorganic Chemistry of Titanium”.Chemical Reviews112(3), 1863. o.DOI:10.1021/cr1002886.PMID22074443.
  55. ↑Titanium(angol nyelven). mindat.org. (Hozzáférés: 2022. október 2.)
  56. ↑Egy különös fémérzékenység: a titán-allergia.egeszsegkalauz.hu, 2016. december 21. (Hozzáférés: 2022. október 2.)

Fordítás

[szerkesztés]

Ez a szócikk részben vagy egészben aTitaniumcímű angol Wikipédia-szócikkezen változatánakfordításán alapul.Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források

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

További információk

[szerkesztés]

A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Titán_(elem)&oldid=27340624”