Titanium

Titaan
	Titaan
Algemeen
Naam	Titaan
Symbool	Ti
Atoomnummer	22
Groep	Titaangroep
Periode	Periode 4
Blok	D-blok
Reeks	Overgangsmetalen
Kleur	Staalgrijs
Chemische eigenschappen
Atoommassa(u)	47,867
Elektronenconfiguratie	[Ar]3d24s2
Oxidatietoestanden	+2, +3, +4
Elektronegativiteit(Pauling)	1,54
Atoomstraal(pm)	147
1eionisatiepotentiaal(kJ·mol−1)	658,82
2eionisatiepotentiaal(kJ·mol−1)	1309,85
3eionisatiepotentiaal(kJ·mol−1)	2652,56
Fysische eigenschappen
Dichtheid(kg·m−3)	4540
Hardheid(Mohs)	6,0
Smeltpunt(K)	1940
Kookpunt(K)	3560
Aggregatietoestand	Vast
Smeltwarmte(kJ·mol−1)	20,9
Verdampingswarmte(kJ·mol−1)	425,5
Kristalstructuur	Hex
Molair volume(m3·mol−1)	10,6
Geluidssnelheid(m·s−1)	4140
Specifieke warmte(J·kg−1·K−1)	520
Elektrische weerstand(μΩ·cm)	42
Warmtegeleiding(W·m−1·K−1)	21,9
	SI-eenheden enstandaardtemperatuur en -drukworden gebruikt,; tenzij anders aangegeven
Portaal	Scheikunde

Titaniumoftitaanis eenscheikundig elementmet symboolTienatoomnummer22. Het is een grijs metallischovergangsmetaal,het behoort metzirkonium (Zr),hafnium (Hf)enrutherfordium (Rf)tot detitaangroep.

Ontdekking

In1791ontdekteWilliam Gregoreen nog onbekend element in hetmineraal ilmeniet.In 1795 herontdekteMartin Heinrich Klaprothhet element, ditmaal inrutielertsen hij noemde hettitaniumnaar detitanenuit deGriekse mythologie.Doordat het metaal bij hoge temperaturen makkelijk reageert metzuurstofenkoolstof,is het moeilijk zuiver titanium te produceren. In 1922 lukte hetAnton Eduard van Arkelzuiver metallisch titaan te bereiden (jodideproces ofVan Arkel-de Boerproces).

Toepassingen

Omdat het metaal sterk, licht en ergcorrosiebestendigis, en bovendien bestand tegen extreme temperatuurschommelingen, worden titaniumlegeringenveel toegepast bij de constructie vanvliegtuigenenraketten.Daarnaast wordt titanium veel voor sieraden gebruikt. Voornamelijk omdat het sterk, anti-allergeen en goed bewerkbaar is.
Titanium wordt hoofdzakelijk (ongeveer 95%) gebruikt in de vorm vantitaniumdioxide(TiO₂); een intens witpigment(titaanwit) inverf,papier,kauwgomenkunststoffen.Verf met titaniumdioxidereflecteert infraroodlicht zeer goed, waardoor het veel wordt gebruikt in deastronomie.
Als legering infietsen,golfclubs,brilmonturen,laptopbehuizingenenhorlogekastenen -banden enhuissleutelsvanwege de kleinemassadichtheid.
Als materiaal voorprothesen,bijvoorbeeld voor eenheupimplantaat,omdat het biologisch inert is: het menselijk lichaam stoot dit niet af en het is niet giftig.
In scheepsschroeven vanwege de goede bestendigheid tegen zeewater.
In eenplatenwarmtewisselaar,bijvoorbeeld wanneer deze wordt toegepast om te koelen door middel van zeewater.
Titaantetrachloride(TiCl₄,een kleurloze vloeistof) wordt gebruikt voor de productie van titaan volgens het chlorideprocedé. Daarbij verhit men TiO₂,gemengd met grafiet, in een oven in een stroom chloor. Na afkoeling condenseert het titaantetrachloride. Dat kan, bijvoorbeeld door natrium, gereduceerd worden tot titaan. Titaantetrachloride is, in tegenstelling tot het dioxide, een uiterst gevaarlijke stof; het veroorzaakt een dichte nevel als het in aanraking komt met vocht uit de lucht.

TiCl₄is een essentieel onderdeel vanZiegler-Natta-katalysatoren.

Titaandioxide,in nevelvorm, wordt nu ook gebruikt als bedekkende laag op de oppervlakte van gebouwen of als ingrediënt in plastieken, stoffen en keramiektegels. Op deze wijze gebruikt doet het dienst als katalysator om de verontreinigende stoffen van voertuiguitlaten te ontbinden en 'op te eten'. Deze techniek maakt ook de muren schoon en zuivert de lucht ten voordele van de astmapatiënten.
Als constructiemateriaal in ontziltingsinstallaties om zeewater via destillatie om te zetten in drinkwater vanwege de corrosiebestendigheid.

Titaniumnitride(TiN) is een extreem hard (Vickershardheid1800–2100)keramischmateriaal, veel gebruikt alscoatingom de oppervlakte-eigenschappen te verbeteren van titaniumlegeringen enstalenenaluminiumonderdelen. Onbewerkt is TiN een bruin poeder. TiN wordt aangebracht als een dunne laag van meestal minder dan 5µmen wordt gebruikt voor het beschermen van snij- en glijoppervlakken, of - vanwege hetgoudkleurigeuiterlijk - voor decoratieve doeleinden en als een niet-toxischebuitenlaag voor medischeimplantaten.
Titaniumcarbide(TiC) is een extreem hard (Mohshardheid9-9.5) vuurvastkeramischmateriaal, vergelijkbaar metwolfraamcarbide.Onbewerkt is TiC een zwart poeder. TiC wordt gebruikt in cermets^[1],die gebruikt worden om met hoge snijsnelheidstaalte bewerken. TiC wordt ook gebruikt als een slijtvastecoatingopmetalenvoorwerpen zoals bv.gereedschappenen alshitteschildvoorruimtevaartuigen.

Opmerkelijke eigenschappen

Titaan staat bekend om de goede corrosiebestendige eigenschappen (bijna net zo resistent alsplatina) omdat het bedekt wordt door een dunhardeninertlaagjetitaanoxidedat minstens enkelenanometersdik is. Titanium heeft een gunstige sterkte-massaverhouding. Titaan is net zo sterk alsstaal,maar heeft slechts 60% van de dichtheid. Zoals meer metalen is titaan brandbaar inzuurstof,maar het is het enige metaal dat brandt in eenatmosfeervan zuiverestikstof.

Verschijning

Titaan komt opaardein ruime mate voor in mineralen. Het vormt 0,6% van de massa van de aardkorst en is daarmee 9e op de ranglijst van meest voorkomende elementen naO,Si,Al,Fe,Mg,Ca,NaenK.De bekendste titaanhoudende mineralen zijnilmenietenrutiel.Belangrijke vindplaatsen van titaanerts bevinden zich inAustralië,Zuid-Afrika,Scandinavië,Noord-AmerikaenMaleisië.

Inmeteorietenworden soms hoge concentraties titaan gemeten. Stenen dieApollo 17van deMaanterugbracht bestonden voor 12,1% uit titaandioxide. In lage concentraties komt titanium ook voor in steenkool, planten en dieren.

Op commerciële schaal wordt titaan tegenwoordig verkregen door TiCl₄te reduceren metmagnesium,een ingewikkeld en kostbaar proces dat in1946doorWilliam Justin Krollis ontwikkeld. Een andere techniek die sinds het einde van de twintigste eeuw in opkomst is, is de "FFC-Cambridge" -techniek waarbij titaandioxide wordt gebruikt.

Isotopen

Stabielste isotopen
Iso	RA(%)	Halveringstijd	VV	VE(MeV)	VP
⁴⁴Ti	syn	49j	β⁺	3,924	⁴⁴Sc
⁴⁶Ti	8,25	stabiel met 24 neutronen
⁴⁷Ti	7,44	stabiel met 25 neutronen
⁴⁸Ti	73,72	stabiel met 26 neutronen
⁴⁹Ti	5,41	stabiel met 27 neutronen
⁵⁰Ti	5,18	stabiel met 28 neutronen

In de natuur komen vijf stabiele isotopen van titaan voor waarvan⁴⁸Ti het meest. Daarnaast is er een aantal radioactieve isotopen bekend methalveringstijdenvariërend van 63 jaar tot enkele seconden.

Toxicologie en veiligheid

In poedervorm is titaan brandbaar. Daarentegen gedraagt het materiaal zich in het menselijk lichaam inert; de titaandeeltjes die afslijten van een eventueelimplantaat,reageren niet met het weefsel in het lichaam. Objecten van titaan worden, evenals die van aluminium, tegen corrosie beschermd door een natuurlijke, afsluitende oxidelaag. Zeer belangrijk is de bestendigheid van deze laag tegen chloride-ionen. Daardoor is het metaal bestendig tegen zeewater en vormt het een alternatief voorroestvast staalin een chloridebevattend milieu. Ook is titaan zeer geschikt voor piercings.

Geplatineerd titanium

De oxidelaag op een titaanelektrode in water gedraagt zich als een selectieve geleider. Eenkathodevan titaan laat een elektrische stroom gemakkelijk door, maar eenanodevan titaan heeft een veel hogere potentiaalgradiënt in het oxide nodig om dezelfde stroom door te laten. Als men echter titaan platineert door met een kathodisch proces platina op en in het oxide af te scheiden wordt het oxide ook in anodische richting doorlaatbaar voor stroom. Dit systeem wordt veelvuldig toegepast als anodemateriaal bij elektrolyses, bij galvanische processen en bijkathodische beschermingin een chloridebevattende omgeving.

Externe links

Bronnen, noten en/of referenties

↑Cermets zijncomposietmaterialen gemaakt vankeramiek(eng.:ceramic) (‘cer’) en metaal (eng.:metal) (‘met’).

Zie de categorieTitaniumvanWikimedia Commonsvoor mediabestanden over dit onderwerp.

[1] Cermets zijncomposietmaterialen gemaakt vankeramiek(eng.:ceramic) (‘cer’) en metaal (eng.:metal) (‘met’).

[1]

Periodiek systeem:	standaard·alternatief·elektronenconfiguratie·ezelsbruggetje eerste 20 elementen·geschiedenis
Isotopentabel:	op element (compleet / in delen)·op atoommassa
Zie ook:	lijst van chemische elementen·abundantie