Titanium: The Element

Dalle protesi ortopediche, costruzione di aerei artigianato e veicoli spaziali ai designer di gioielli, il titanio trova molteplici usi, che lo rende uno dei metalli più versatili utilizzate dall'uomo. In questo articolo Buzzle, mi raccontano la storia del titanio dalla sua scoperta, estrazione alle sue note proprietà e applicazioni. Prima di entrare nei dettagli, ecco un tabulato informazioni su Titanium bambini 'statistiche vitali'.

Titanio (Ti) Proprietà

Numero atomico

22

Peso atomico

47,867

Configurazione elettronica

1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3d2

Densità allo stato solido

4,506 gm/cm3

Punto di fusione

1668 C (3034 F)

Punto di ebollizione

3287 C (5949 F)

Calore molare

25,060 J / mol K

Isotopi

Titanio 44, 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti, 50Ti

La scoperta di Titanio

La scoperta del titanio è stata fatta da un prete inglese e mineralogista William Gregor nel 1791, mentre studiava giacimenti minerari della Valle Manaccan in Cornovaglia, in Inghilterra. Si rese conto che aveva isolato il residuo di un metallo completamente nuovo da un minerale grigio acciaio chiamato 'ilmenite' noto come forma cristallina del ferro ossido di titanio (O3 FeTi) ora. Lo prende il nome dal luogo di scoperta, come, 'Manaccanite'.

Ancora questo nome non ha attaccato, perché nello stesso anno, un chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth, scoperto lo stesso elemento metallico da un altro minerale chiamato 'rutilo', ormai noto per essere composta principalmente da biossido di titanio (TiO2). Ha chiamato il nuovo metallo più fantasioso come 'titanio' dopo le famose 'Titani della mitologia greca. Come Klaproth era un popolare, ben radicata chimico che era ben collegata, il nome rimase, anche se Gregory è accreditato per scoprire prima.

Processi di estrazione di titanio

Ancora nessuno è riuscito a isolare un campione di elevata purezza del titanio nel 18 ° secolo o 19. Negli anni successivi, questo risultato è stato raggiunto da alcuni chimici intraprendenti.

Hunter Process

Flash in avanti al 1910, Matthew Hunter, un chimico Kiwi raffinato e modificato un processo chimico sviluppato nel 1887 da Nilsen e Pettersen con sodio che estratto puro titanio 99,9% metallico che aveva la proprietà di duttilità. Ciò ha reso disponibile in titanio per una serie di applicazioni per la prima volta.

Il primo passo nel processo di Hunter, come è noto oggi, consiste nel riscaldare una miscela di cloro, coke e rutilo che dà un prodotto costituito da tetracloruro di titanio (TiCl4) e biossido di carbonio a una temperatura molto elevata:

TiO2 (solido) + 2Cl2 (solido) + C (solido) → TiCl4 + CO2 (gassoso)

La seconda fase è riscaldando il tetracloruro di titanio dal passaggio precedente con sodio liquido (Na) in una elevata temperatura di custodia resistente acciaio a 700-800 gradi Celsius. In questo processo, noto come 'riduzione', la riduzione di tetracloruro di titanio con sodio cede 99,9% di titanio metallico puro insieme con il sale (NaCl):

TiCl4 (liquido) + 4Na (liquido) → 4NaCl (liquido) + Ti (continua)

Kroll Process

Sebbene il processo di Hunter era il processo di estrazione pionieristico titanio, è stato sostituito dal processo Kroll seguito. È stato sviluppato da William Kroll nel 1940 durante la Seconda Guerra Mondiale. Il primo passo del processo consiste nel ridurre o della ilmenite titanio rutilo minerali o con coke ad una temperatura di 1000 gradi centigradi. La miscela così formata viene poi sottoposto al cloro e tetracloruro di titanio. Poi, attraverso il processo di distillazione frazionata molti dei componenti in eccesso del minerale vengono rimossi. Nell'ultima fase TiCl4 è ridotto magnesio in forma liquida ad una temperatura di 800-850 gradi Celsius nuovamente in una elevata temperatura resistente custodia in acciaio per dare titanio:

2mg (liquido) + TiCl4 (gassoso) → 2MgCl2 (liquido) + Ti (continua)

L'ulteriore elaborazione è necessario per estrarre il titanio dalla miscela di prodotti che ne derivano. Ciò può essere ottenuto mediante distillazione sotto vuoto. Titanium acquisite attraverso questo processo è molto puro e duttile. Questo è il processo definito commerciale per la produzione di titanio in tutto il mondo ora.

Proprietà fisiche e chimiche di Titanio

Titanio (Ti) è un elemento fondamentale chimico con numero atomico 22 e medio 47.9gm peso atomico. La sua configurazione elettronica è 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3d2 con 2 elettroni spaiati nel d-shell. Nella sua forma pura, il titanio è un color argento metallo di transizione. Il punto di fusione e il punto di ebollizione di titanio sono Celsius 1668 e 3287 rispettivamente Celsius.

Titanio puro ha una densità molto bassa (4,506 gm/cm3 a temperatura ambiente) rispetto ad altri metalli e conta più di forza media. La sua proprietà più importante è che è altamente resistente alla corrosione rispetto ad altri metalli. Può resistere diluire gli acidi solforico e cloridrico, acqua di mare, composti di cloro e cloro gassoso e acidi organici senza corrosione. Titanio forma forti, leghe leggere con alluminio, ferro, vanadio e molibdeno. Rispetto al acciaio, titanio è paragonabile in forza tuttavia è leggero del 45%!

Si trova nella crosta terrestre sotto forma di composti ed è classificato nono in termini di abbondanza. Gli studi moderni hanno rivelato che la Terra e la storia geologica parti luna. Non sorprende, campioni di roccia dalla luna raccolti attraverso le missioni Apollo mostrano una grande varietà di composti di titanio. In futuro, la Luna può essere estratto per il titanio. Tracce di composti di titanio sono stati trovati anche nella composizione del Sole attraverso studi spettroscopici. In realtà composti di titanio si trovano nella maggior parte delle stelle di tipo M-nane come il sole. Tracce di titanio sono anche presenti nel corpo umano e piante, ma è non reattivo e svolge quindi un ruolo biologico. Questa struttura stessa e la sua duttilità lo rende un elemento ideale per la costruzione di impianti chirurgici.

Titanio ha un peso atomico perché ha 5 isotopi con pesi atomici che vanno da 46 a 50 di cui 48Ti è il più abbondante. È noto per essere dimorphic, il che significa che si verifica in due forme cristalline. Sotto 880 gradi Celsius, essa esiste nella forma alfa esagonale e soprattutto che la temperatura esiste nella forma beta cubica. Si tratta di uno dei metalli più costosi oggi.

Usi di Titanio

Grazie alla sua elevata resistenza a trazione, bassa densità e il peso leggero, il titanio è la prima scelta del metallo per aicrafts, veicoli spaziali e dei programmi missilistici. La sua capacità di formare leghe ad alta resistenza con altri metalli migliora l'usabilità per rendere gli strumenti chirurgici e protesi. Grazie alla sua versatilità, gli usi di titanio sono molti.

Viene utilizzato nella produzione di acciaio e trova impiego in forma di numerose leghe, dopo essere stato miscelato con altri metalli come ferro, vanadio, manganese e rame. È più ampiamente usato in forma di biossido di titanio (TiO2), usato come pigmento in plastica, vernici, carta e pelle come agente di protezione in filtri solari. Oltre a questo, il titanio è utilizzato nella produzione di fuochi d'artificio, articoli sportivi, gioielli, biciclette, automobili, armi da fuoco, computer portatili e molti altri beni.

Grazie alle sue proprietà anticorrosive in acqua di mare, è utilizzato per le parti cruciali di nuovi impianti di distillazione di età costruiti in riva al mare. Il biossido di titanio è ampiamente usato in vernici utilizzate per artisti e anche in pitture murali. Vernice titanio riflette radiazione infrarossa in quanto non rientra nella sua banda di assorbimento. Questa proprietà viene sfruttata per creare scudi resistenti al calore per gli edifici.

Così giustifica la propria denominazione in titanio dopo i Titani in quanto rende costruzione di veicoli spaziali robusti possibile. Rende salto del genere umano nello spazio possibile!