Anwendungsgebiete, Hauptmerkmale und Eigenschaften von Titan und seinen Legierungen. Eigenschaften von Titan als Metall mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit

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Geschichte

Die Entdeckung von Titandioxid (TiO 2) erfolgte nahezu gleichzeitig und unabhängig voneinander durch den Engländer W. Gregor und den deutschen Chemiker M. G. Klaproth. W. Gregor, der die Zusammensetzung von magnetischem Eisensand (Creed, Cornwall, England) untersuchte, isolierte eine neue „Erde“ (Oxid) eines unbekannten Metalls, die er Menaken nannte. 1795 entdeckte der deutsche Chemiker Klaproth ein neues Element im Mineral Rutil und nannte es Titan. Zwei Jahre später stellte Klaproth fest, dass Rutil und Menakenerde Oxide desselben Elements sind, was zu der von Klaproth vorgeschlagenen Bezeichnung „Titan“ führte. Zehn Jahre später erfolgte die Entdeckung von Titan zum dritten Mal: ​​Der französische Wissenschaftler L. Vauquelin entdeckte Titan in Anatas und bewies, dass Rutil und Anatas identische Titanoxide sind.

Die erste Probe von Titanmetall wurde 1825 vom Schweden J. J. Berzelius gewonnen. Aufgrund der hohen chemischen Aktivität von Titan und der Schwierigkeit seiner Reinigung wurde 1925 von den Niederländern A. van Arkel und I. de Boer eine reine Ti-Probe durch thermische Zersetzung von Titaniodiddampf TiI 4 gewonnen.

Industrielle Verwendung fand Titan erst durch den Luxemburger G. Kroll (Englisch) Russisch patentierte 1940 kein einfaches Magnesium-Thermalverfahren zur Reduktion von Titanmetall aus Tetrachlorid; diese Methode (Kroll-Verfahren). (Englisch) Russisch) ist bis heute einer der wichtigsten in der industriellen Titanproduktion.

Herkunft des Namens

Das Metall erhielt seinen Namen zu Ehren der Titanen, Figuren aus der antiken griechischen Mythologie, den Kindern von Gaia. Der Name des Elements wurde von Martin Klaproth in Übereinstimmung mit seinen Ansichten zur chemischen Nomenklatur vergeben, im Gegensatz zur französischen Schule der Chemie, wo man versuchte, das Element nach seinen chemischen Eigenschaften zu benennen. Da der deutsche Forscher selbst feststellte, dass es unmöglich war, die Eigenschaften eines neuen Elements nur aus seinem Oxid zu bestimmen, wählte er einen Namen dafür aus der Mythologie, in Anlehnung an das zuvor entdeckte Uran.

In der Natur sein

Titan liegt hinsichtlich der Häufigkeit in der Natur an zehnter Stelle. Der Gehalt in der Erdkruste beträgt 0,57 Gew.-%, im Meerwasser 0,001 mg/l. In ultrabasischem Gestein 300 g/t, in basischem Gestein 9 kg/t, in saurem Gestein 2,3 kg/t, in Ton und Schiefer 4,5 kg/t. In der Erdkruste ist Titan fast immer vierwertig und kommt nur in Sauerstoffverbindungen vor. Nicht in freier Form gefunden. Unter Witterungs- und Niederschlagsbedingungen weist Titan eine geochemische Affinität zu Al 2 O 3 auf. Es ist in Bauxiten der Verwitterungskruste und in marinen Tonsedimenten konzentriert. Titan wird in Form mechanischer Mineralfragmente und in Form von Kolloiden transportiert. In einigen Tonen reichern sich bis zu 30 Gewichtsprozent TiO 2 an. Titanmineralien sind witterungsbeständig und bilden in Seifen große Konzentrationen. Es sind mehr als 100 titanhaltige Mineralien bekannt. Die wichtigsten davon sind: Rutil TiO 2, Ilmenit FeTiO 3, Titanomagnetit FeTiO 3 + Fe 3 O 4, Perowskit CaTiO 3, Titanit (Sphen) CaTiSiO 5. Es gibt primäre Titanerze – Ilmenit-Titan-Magnetit und Placer-Erze – Rutil-Ilmenit-Zirkon.

Geburtsort

Große primäre Titanvorkommen befinden sich in Südafrika, Russland, der Ukraine, Kanada, den USA, China, Norwegen, Schweden, Ägypten, Australien, Indien, Südkorea und Kasachstan; Seifenvorkommen gibt es in Brasilien, Indien, den USA, Sierra Leone und Australien. In den GUS-Staaten belegen die Russische Föderation (58,5 %) und die Ukraine (40,2 %) die führenden Plätze bei den erkundeten Reserven an Titanerzen. Die größte Lagerstätte in Russland ist Yaregskoye.

Reserven und Produktion

Im Jahr 2002 wurden 90 % des abgebauten Titans zur Herstellung von Titandioxid TiO 2 verwendet. Die weltweite Produktion von Titandioxid betrug 4,5 Millionen Tonnen pro Jahr. Die bestätigten Reserven an Titandioxid (ohne Russland) belaufen sich auf etwa 800 Millionen Tonnen. Nach Angaben des US Geological Survey beliefen sich die Reserven an Ilmenit-Erzen und Rutil-Erzen im Jahr 2006 in Bezug auf Titandioxid und ohne Russland auf 603-673 Millionen Tonnen - 49,7-52,7 Millionen Tonnen. Somit reichen die weltweit nachgewiesenen Titanreserven (mit Ausnahme Russlands) bei der derzeitigen Förderrate für mehr als 150 Jahre.

Russland verfügt nach China über die zweitgrößten Titanreserven der Welt. Die Mineralressourcenbasis von Titan in Russland besteht aus 20 Vorkommen (davon 11 primär und 9 alluvial), die ziemlich gleichmäßig über das ganze Land verteilt sind. Die größte der erforschten Lagerstätten (Jaregskoje) liegt 25 km von der Stadt Uchta (Republik Komi) entfernt. Die Reserven der Lagerstätte werden auf 2 Milliarden Tonnen Erz mit einem durchschnittlichen Titandioxidgehalt von etwa 10 % geschätzt.

Der weltweit größte Titanproduzent ist das russische Unternehmen VSMPO-AVISMA.

Quittung

Ausgangsmaterial für die Herstellung von Titan und seinen Verbindungen ist in der Regel Titandioxid mit relativ geringen Verunreinigungen. Insbesondere kann es sich um ein Rutilkonzentrat handeln, das aus der Anreicherung von Titanerzen gewonnen wird. Allerdings sind die Rutilreserven weltweit sehr begrenzt, und häufiger wird der sogenannte synthetische Rutil oder Titanschlacke verwendet, der bei der Verarbeitung von Ilmenitkonzentraten anfällt. Zur Gewinnung von Titanschlacke wird Ilmenitkonzentrat in einem Elektrolichtbogenofen reduziert, dabei wird Eisen in die Metallphase (Gusseisen) getrennt und nicht reduzierte Titanoxide und Verunreinigungen bilden die Schlackenphase. Die Aufbereitung reicher Schlacken erfolgt im Chlorid- oder Schwefelsäureverfahren.

Titanerzkonzentrat wird einer Schwefelsäure- oder pyrometallurgischen Verarbeitung unterzogen. Das Produkt der Schwefelsäurebehandlung ist Titandioxidpulver TiO 2. Bei der pyrometallurgischen Methode wird das Erz mit Koks gesintert und mit Chlor behandelt, wodurch Titantetrachloriddampf TiCl 4 entsteht:

Die entstehenden TiCl 4 -Dämpfe werden mit Magnesium bei 850 °C reduziert:

Darüber hinaus erfreut sich das sogenannte FFC-Cambridge-Verfahren, benannt nach seinen Entwicklern Derek Fray, Tom Farthing und George Chen von der Universität Cambridge, wo es entwickelt wurde, zunehmender Beliebtheit. Dieser elektrochemische Prozess ermöglicht die direkte, kontinuierliche Reduktion von Titan aus seinem Oxid in einer geschmolzenen Mischung aus Calciumchlorid und Branntkalk (Calciumoxid). Bei diesem Verfahren wird ein mit einer Mischung aus Calciumchlorid und Kalk gefülltes Elektrolytbad mit einer Graphit-Opferanode (oder Neutralanode) und einer Kathode aus einem reduzierbaren Oxid verwendet. Wenn Strom durch das Bad fließt, erreicht die Temperatur schnell ~1000–1100 °C und die Calciumoxidschmelze zerfällt an der Anode in Sauerstoff und Calciummetall:

Der entstehende Sauerstoff oxidiert die Anode (bei Verwendung von Graphit) und Kalzium wandert in der Schmelze zur Kathode, wo es Titan aus seinem Oxid reduziert:

Das entstehende Kalziumoxid zerfällt wieder in Sauerstoff und metallisches Kalzium, und der Vorgang wird wiederholt, bis die Kathode vollständig in einen Titanschwamm umgewandelt ist oder das Kalziumoxid aufgebraucht ist. Bei diesem Verfahren wird Calciumchlorid als Elektrolyt verwendet, um der Schmelze elektrische Leitfähigkeit und die Beweglichkeit aktiver Calcium- und Sauerstoffionen zu verleihen. Bei Verwendung einer inerten Anode (z. B. Zinndioxid) wird an der Anode anstelle von Kohlendioxid molekularer Sauerstoff freigesetzt, der die Umwelt weniger belastet, der Prozess wird in diesem Fall jedoch weniger stabil und darüber hinaus unter bestimmten Bedingungen , wird die Zersetzung von Chlorid energetisch günstiger als die von Calciumoxid, was zur Freisetzung von molekularem Chlor führt.

Der entstandene Titan-„Schwamm“ wird eingeschmolzen und gereinigt. Titan wird mithilfe der Jodidmethode oder Elektrolyse raffiniert, wobei Ti von TiCl 4 getrennt wird. Um Titanbarren zu erhalten, wird Lichtbogen-, Elektronenstrahl- oder Plasmabearbeitung eingesetzt.

Physikalische Eigenschaften

Titan ist ein leichtes silberweißes Metall. Bei Normaldruck liegt es in zwei kristallinen Modifikationen vor: Tieftemperatur-α-Ti mit hexagonal dicht gepacktem Gitter (hexagonales System, Raumgruppe). C 6mmc, Zellparameter A= 0,2953 nm, C= 0,4729 nm, Z = 2 ) und Hochtemperatur-β-Ti mit kubisch-raumzentrierter Packung (kubisches System, Raumgruppe). Ich bin 3M, Zellparameter A= 0,3269 nm, Z = 2 ), Übergangstemperatur α↔β 883 °C, Übergangswärme Δ H=3,8 kJ/mol (87,4 kJ/kg). Die meisten Metalle stabilisieren, wenn sie in Titan gelöst sind, die β-Phase und senken die Temperatur des α↔β-Übergangs. Bei Drücken über 9 GPa und Temperaturen über 900 °C wandelt sich Titan in die hexagonale Phase (ω-Ti) um. Die Dichten von α-Ti und β-Ti betragen 4,505 g/cm³ (bei 20 °C) bzw. 4,32 g/cm³ (bei 900 °C). Die Atomdichte von α-Titan beträgt 5,67⋅10 22 at/cm³.

Der Schmelzpunkt von Titan bei Normaldruck beträgt 1670 ± 2 °C oder 1943 ± 2 K (als einer der sekundären Kalibrierungspunkte der ITS-90-Temperaturskala übernommen). (Englisch) Russisch). Siedepunkt 3287 °C. Bei ausreichend niedrigen Temperaturen (-80 °C) wird Titan ziemlich spröde. Molare Wärmekapazität bei Normalbedingungen C p= 25,060 kJ/(mol K), was einer spezifischen Wärmekapazität von 0,523 kJ/(kg K) entspricht. Schmelzwärme 15 kJ/mol, Verdampfungswärme 410 kJ/mol. Die charakteristische Debye-Temperatur beträgt 430 K. Wärmeleitfähigkeit 21,9 W/(mK) bei 20 °C. Der Temperaturkoeffizient der Längenausdehnung beträgt im Bereich von −120 bis +860 °C 9,2·10 −6 K −1. Molare Entropie von α-Titan S 0 = 30,7 kJ/(mol K). Für Titan in der Gasphase beträgt die Bildungsenthalpie Δ H0
F= 473,0 kJ/mol, Gibbs-Energie Δ G0
F= 428,4 kJ/mol, molare Entropie S 0 = 180,3 kJ/(mol K), Wärmekapazität bei konstantem Druck C p= 24,4 kJ/(mol K)

Kunststoff, in inerter Atmosphäre schweißbar. Die Festigkeitseigenschaften hängen kaum von der Temperatur ab, hängen jedoch stark von der Reinheit und Vorbehandlung ab. Für technisches Titan beträgt die Vickers-Härte 790–800 MPa, der normale Elastizitätsmodul 103 GPa und der Schermodul 39,2 GPa. Hochreines Titan, vorgeglüht im Vakuum, hat eine Streckgrenze von 140–170 MPa, eine relative Dehnung von 55–70 % und eine Brinellhärte von 716 MPa.

Es hat eine hohe Viskosität, neigt während der Bearbeitung dazu, am Schneidwerkzeug festzukleben und erfordert daher das Aufbringen spezieller Beschichtungen auf das Werkzeug und verschiedener Schmiermittel.

Bei normalen Temperaturen ist es mit einem schützenden Passivierungsfilm aus TiO 2 -Oxid bedeckt, wodurch es in den meisten Umgebungen (außer alkalisch) korrosionsbeständig ist.

Chemische Eigenschaften

Es reagiert leicht auch mit schwachen Säuren in Gegenwart von Komplexbildnern, beispielsweise interagiert es mit Flusssäure unter Bildung eines komplexen Anions 2−. Titan ist in organischen Umgebungen am anfälligsten für Korrosion, da sich in Gegenwart von Wasser ein dichter passiver Film aus Titanoxiden und -hydriden auf der Oberfläche eines Titanprodukts bildet. Der deutlichste Anstieg der Korrosionsbeständigkeit von Titan macht sich bemerkbar, wenn der Wassergehalt in einer aggressiven Umgebung von 0,5 auf 8,0 % ansteigt, was durch elektrochemische Untersuchungen der Elektrodenpotentiale von Titan in Lösungen von Säuren und Laugen in gemischten wässrig-organischen Stoffen bestätigt wird Medien.

Beim Erhitzen an der Luft auf 1200 °C leuchtet Ti mit einer hellweißen Flamme auf, wobei sich Oxidphasen variabler Zusammensetzung TiO x bilden. TiO(OH) 2 ·xH 2 O-Hydroxid wird aus Lösungen von Titansalzen ausgefällt und durch sorgfältige Kalzinierung entsteht TiO 2 -Oxid. Hydroxid TiO(OH) 2 xH 2 O und Dioxid TiO 2 sind amphoter.

Wenn Titan mit Kohlenstoff interagiert, entsteht Titancarbid Ti x C x (x = Ti 20 C 9 - TiC).

• Titan in Form von Legierungen ist der wichtigste Strukturwerkstoff im Flugzeug-, Raketen- und Schiffbau.
• Das Metall wird in der chemischen Industrie (Reaktoren, Rohrleitungen, Pumpen, Rohrleitungsarmaturen), der Militärindustrie (Körperpanzerung, Flugpanzerung und Brandschutzwände, U-Boot-Rümpfe), industriellen Prozessen (Entsalzungsanlagen, Zellstoff- und Papierprozesse), der Automobilindustrie usw. verwendet. Agrarindustrie, Lebensmittelindustrie, Sportartikel, Schmuck, Mobiltelefone, Leichtmetalllegierungen usw.
• Titan ist physiologisch inert und wird daher in der Medizin (Prothesen, Osteoprothesen, Zahnimplantate), in zahnärztlichen und endodontischen Instrumenten sowie in Piercingschmuck verwendet.
• Der Titanguss erfolgt in Vakuumöfen in Graphitformen. Es wird auch Vakuum-Wachsausschmelzguss verwendet. Aufgrund technologischer Schwierigkeiten wird es im Kunstguss nur begrenzt eingesetzt. Die weltweit erste monumentale Gussskulptur aus Titan ist das Denkmal für Juri Gagarin auf dem nach ihm benannten Platz in Moskau.
• Titan ist ein Legierungszusatz in vielen legierten Stählen und den meisten Speziallegierungen [ welche?] .
• Nitinol (Nickel-Titan) ist eine Formgedächtnislegierung, die in Medizin und Technik eingesetzt wird.
• Titanaluminide sind sehr oxidationsbeständig und hitzebeständig, was wiederum ihren Einsatz als Strukturwerkstoffe in der Luftfahrt und im Automobilbau bestimmte.
• Titan ist eines der häufigsten

– Element 4 der Gruppe 4 der Periode. Übergangsmetall, das sowohl basische als auch saure Eigenschaften aufweist, ist in der Natur weit verbreitet – Platz 10. Am interessantesten für die Volkswirtschaft ist die Kombination aus hoher Metallhärte und Leichtigkeit, die es zu einem unverzichtbaren Element für den Flugzeugbau macht. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Markierungen, Legierungen und andere Eigenschaften von Titanmetall, geben eine allgemeine Beschreibung und interessante Fakten dazu.

Im Aussehen ähnelt das Metall am meisten Stahl, seine mechanischen Eigenschaften sind jedoch höher. Gleichzeitig ist Titan leicht – Molekulargewicht 22. Die physikalischen Eigenschaften des Elements sind recht gut untersucht, hängen jedoch stark von der Reinheit des Metalls ab, was zu erheblichen Abweichungen führt.

Darüber hinaus sind seine spezifischen chemischen Eigenschaften wichtig. Titan ist beständig gegen Alkalien und Salpetersäure und reagiert gleichzeitig heftig mit trockenen Halogenen und bei höheren Temperaturen mit Sauerstoff und Stickstoff. Schlimmer noch: Es beginnt bereits bei Raumtemperatur Wasserstoff zu absorbieren, wenn eine aktive Oberfläche vorhanden ist. Und in der Schmelze nimmt es Sauerstoff und Wasserstoff so stark auf, dass das Schmelzen im Vakuum erfolgen muss.

Ein weiteres wichtiges Merkmal, das die physikalischen Eigenschaften bestimmt, ist das Vorhandensein von zwei Zustandsphasen.

• Niedrige Temperatur– α-Ti hat ein hexagonal dicht gepacktes Gitter, die Dichte der Substanz beträgt 4,55 g/Kubik. cm (bei 20 °C).
• Hohe Temperatur– β-Ti zeichnet sich durch ein kubisch raumzentriertes Gitter aus, die Phasendichte ist entsprechend geringer – 4,32 g/Kubik. siehe (bei 900C).

Die Phasenübergangstemperatur beträgt 883 °C.

Unter normalen Bedingungen ist das Metall mit einem schützenden Oxidfilm bedeckt. In seiner Abwesenheit stellt Titan eine große Gefahr dar. So kann Titanstaub explodieren, die Temperatur einer solchen Explosion beträgt 400 °C. Titanspäne sind ein feuergefährliches Material und werden in einer besonderen Umgebung gelagert.

Das folgende Video erklärt die Struktur und Eigenschaften von Titan:

Eigenschaften und Merkmale von Titan

Titan ist heute das stärkste aller existierenden technischen Materialien und wird daher trotz der Schwierigkeit seiner Beschaffung und der hohen Sicherheitsanforderungen recht häufig verwendet. Die physikalischen Eigenschaften des Elements sind recht ungewöhnlich, hängen jedoch stark von der Reinheit ab. So werden reines Titan und Legierungen aktiv im Raketen- und Flugzeugbau eingesetzt, technisches Titan ist jedoch ungeeignet, da es aufgrund von Verunreinigungen bei hohen Temperaturen an Festigkeit verliert.

Metalldichte

Die Dichte eines Stoffes variiert je nach Temperatur und Phase.

• Bei Temperaturen von 0 bis zum Schmelzpunkt sinkt er von 4,51 auf 4,26 g/Kubikmeter. cm, und während des Phasenübergangs nimmt sie um 0,15 % zu und nimmt dann wieder ab.
• Die Dichte von flüssigem Metall beträgt 4,12 g/Kubik. cm und nimmt dann mit steigender Temperatur ab.

Schmelz- und Siedepunkte

Der Phasenübergang unterteilt alle Eigenschaften des Metalls in Qualitäten, die die α- und β-Phase aufweisen können. So bezieht sich die Dichte bis 883 °C auf die Eigenschaften der α-Phase und Schmelz- und Siedepunkte auf die Parameter der β-Phase.

• Der Schmelzpunkt von Titan (in Grad) beträgt 1668+/-5 °C;
• Der Siedepunkt erreicht 3227 °C.

Die Verbrennung von Titan wird in diesem Video besprochen:

Mechanische Merkmale

Titan ist etwa 2-mal stärker als Eisen und 6-mal stärker als Aluminium, was es zu einem so wertvollen Strukturmaterial macht. Die Indikatoren beziehen sich auf die Eigenschaften der α-Phase.

• Die Zugfestigkeit des Stoffes beträgt 300–450 MPa. Der Indikator kann durch Zugabe einiger Elemente sowie durch den Rückgriff auf eine spezielle Verarbeitung – Härten und Altern – auf 2000 MPa erhöht werden.

Interessant ist, dass Titan auch bei niedrigsten Temperaturen seine hohe spezifische Festigkeit behält. Darüber hinaus steigt mit sinkender Temperatur die Biegefestigkeit: Bei +20 °C beträgt der Indikator 700 MPa und bei -196 – 1100 MPa.

• Die Elastizität des Metalls ist relativ gering, was einen wesentlichen Nachteil des Stoffes darstellt. Der Elastizitätsmodul beträgt unter Normalbedingungen 110,25 GPa. Darüber hinaus zeichnet sich Titan durch Anisotropie aus: Die Elastizität in verschiedene Richtungen erreicht unterschiedliche Werte.
• Die Härte des Stoffes auf der HB-Skala beträgt 103. Darüber hinaus ist dieser Indikator durchschnittlich. Abhängig von der Reinheit des Metalls und der Art der Verunreinigungen kann die Härte höher sein.
• Die Nennstreckgrenze beträgt 250–380 MPa. Je höher dieser Indikator ist, desto besser sind die aus dem Stoff hergestellten Produkte belastungs- und verschleißbeständiger. Der Index von Titan übertrifft den von Aluminium um das 18-fache.

Im Vergleich zu anderen Metallen mit dem gleichen Gitter weist das Metall eine sehr gute Duktilität und Formbarkeit auf.

Wärmekapazität

Das Metall weist eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf und kommt daher in den relevanten Bereichen – beispielsweise zur Herstellung von Thermoelektroden – nicht zum Einsatz.

• Seine Wärmeleitfähigkeit beträgt 16,76 l, W/(m × Grad). Das ist 4-mal weniger als Eisen und 12-mal weniger als Eisen.
• Allerdings ist der Wärmeausdehnungskoeffizient von Titan bei normalen Temperaturen vernachlässigbar und steigt mit steigender Temperatur.
• Die Wärmekapazität des Metalls beträgt 0,523 kJ/(kg K).

Elektrische Eigenschaften

Wie so oft führt eine niedrige Wärmeleitfähigkeit auch zu einer geringen elektrischen Leitfähigkeit.

• Der elektrische Widerstand des Metalls ist sehr hoch – 42,1·10 –6 Ohm·cm unter normalen Bedingungen. Wenn wir davon ausgehen, dass die Leitfähigkeit von Silber 100 % beträgt, beträgt die Leitfähigkeit von Titan 3,8 %.
• Titan ist ein Paramagnet, das heißt, es kann in einem Feld nicht magnetisiert werden, wie Eisen, aber es kann nicht aus einem Feld gedrückt werden, da dies nicht der Fall ist. Diese Eigenschaft nimmt mit sinkender Temperatur linear ab, steigt aber nach Durchschreiten eines Minimums leicht an. Die spezifische magnetische Suszeptibilität beträgt 3,2 · 10 -6 G -1 . Es ist zu beachten, dass die Suszeptibilität ebenso wie die Elastizität eine Anisotropie bildet und je nach Richtung variiert.

Bei einer Temperatur von 3,8 K wird Titan zum Supraleiter.

Korrosionsbeständigkeit

Unter normalen Bedingungen weist Titan sehr hohe Korrosionsschutzeigenschaften auf. An der Luft ist es mit einer 5–15 Mikrometer dicken Titanoxidschicht bedeckt, die eine hervorragende chemische Inertheit gewährleistet. Das Metall korrodiert nicht in Luft, Seeluft, Meerwasser, feuchtem Chlor, Chlorwasser und zahlreichen anderen technologischen Lösungen und Reagenzien, was das Material in der Chemie-, Papier- und Ölindustrie unersetzlich macht.

Wenn die Temperatur steigt oder das Metall stark zerkleinert wird, ändert sich das Bild dramatisch. Das Metall reagiert mit fast allen Gasen, aus denen die Atmosphäre besteht, und nimmt diese im flüssigen Zustand auch auf.

Sicherheit

Titan ist eines der biologisch inerten Metalle. In der Medizin wird es zur Herstellung von Prothesen verwendet, da es korrosionsbeständig, leicht und langlebig ist.

Titandioxid ist nicht so sicher, obwohl es viel häufiger eingesetzt wird – beispielsweise in der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie. Nach einigen Daten – UCLA, Forschung des Pathologieprofessors Robert Schiestle – beeinflussen Titandioxid-Nanopartikel den genetischen Apparat und können zur Entstehung von Krebs beitragen. Darüber hinaus dringt der Stoff nicht in die Haut ein, so dass die Verwendung von dioxidhaltigen Sonnenschutzmitteln keine Gefahr darstellt, aber ein Stoff, der in den Körper gelangt – mit Lebensmittelfarbstoffen, biologischen Zusatzstoffen – kann gefährlich sein.

Titan ist ein einzigartig starkes, hartes und leichtes Metall mit sehr interessanten chemischen und physikalischen Eigenschaften. Diese Kombination ist so wertvoll, dass selbst die Schwierigkeiten beim Schmelzen und Reinigen von Titan die Hersteller nicht davon abhalten.

In diesem Video erfahren Sie, wie Sie Titan von Stahl unterscheiden können:

Titan– eines der mysteriösen, wenig erforschten Makroelemente in der Wissenschaft und im menschlichen Leben. Obwohl es nicht umsonst als „kosmisches“ Element bezeichnet wird, denn... Es wird aktiv in fortgeschrittenen Bereichen der Wissenschaft, Technologie, Medizin und vielen anderen Bereichen eingesetzt – es ist ein Element der Zukunft.

Dieses Metall hat eine silbergraue Farbe (siehe Foto) und ist in Wasser unlöslich. Es hat eine geringe chemische Dichte und zeichnet sich daher durch Leichtigkeit aus. Gleichzeitig ist es aufgrund seiner Schmelzbarkeit und Duktilität sehr langlebig und leicht zu verarbeiten. Aufgrund des Vorhandenseins eines Schutzfilms auf der Oberfläche ist das Element chemisch inert. Titan ist nicht brennbar, sein Staub ist jedoch explosiv.

Die Entdeckung dieses chemischen Elements gehört dem großen Mineralienliebhaber, dem Engländer William McGregor. Doch seinen Namen verdankt Titan noch immer dem Chemiker Martin Heinrich Klaproth, der es unabhängig von McGregor entdeckte.

Spekulationen über die Gründe, warum dieses Metall „Titan“ genannt wurde, sind romantisch. Einer Version zufolge wird der Name mit den antiken griechischen Göttern Titanen in Verbindung gebracht, deren Eltern der Gott Uranus und die Göttin Gaia waren, doch einer zweiten zufolge stammt er vom Namen der Feenkönigin Titania.

Wie dem auch sei, dieser Makronährstoff ist der neunthäufigste in der Natur. Es ist Teil der Gewebe von Flora und Fauna. Im Meerwasser kommt es in großer Menge vor (bis zu 7 %), im Boden sind es jedoch nur 0,57 %. China ist das reichste Titanvorkommen, gefolgt von Russland.

Titan-Action

Die Wirkung eines Makroelements auf den Körper wird durch seine physikalisch-chemischen Eigenschaften bestimmt. Seine Partikel sind sehr klein, sie können in die Zellstruktur eindringen und deren Funktion beeinträchtigen. Es wird angenommen, dass das Makroelement aufgrund seiner Trägheit nicht chemisch mit Reizstoffen reagiert und daher nicht toxisch ist. Allerdings kommt es durch physikalische Einwirkung mit den Zellen von Geweben, Organen, Blut und Lymphe in Kontakt, was zu deren mechanischer Schädigung führt. So kann das Element durch seine Wirkung zu Schäden an einzel- und doppelsträngiger DNA sowie zu Schäden an Chromosomen führen, was zu einem Krebsrisiko und einer Fehlfunktion des genetischen Codes führen kann.

Es stellte sich heraus, dass Makronährstoffpartikel nicht in der Lage sind, die Haut zu passieren. Daher gelangen sie nur über Nahrung, Wasser und Luft in den Menschen.

Titan wird besser über den Magen-Darm-Trakt aufgenommen (1-3 %), aber nur etwa 1 % wird über die Atemwege aufgenommen, sein Gehalt im Körper ist jedoch wie in der Lunge konzentriert (30 %). Womit hängt das zusammen? Nach der Analyse aller oben genannten Zahlen können wir zu mehreren Schlussfolgerungen kommen. Erstens wird Titan vom Körper im Allgemeinen nur schlecht aufgenommen. Zweitens wird Titan über den Magen-Darm-Trakt über Kot (0,52 mg) und Urin (0,33 mg) ausgeschieden, in der Lunge ist ein solcher Mechanismus jedoch schwach oder fehlt vollständig, da mit zunehmendem Alter die Titankonzentration in diesem Organ praktisch zunimmt 100 mal. Was ist der Grund für eine so hohe Konzentration bei so schwacher Absorption? Dies ist höchstwahrscheinlich auf den ständigen Angriff auf unseren Staubkörper zurückzuführen, der immer einen Titananteil enthält. Darüber hinaus ist es in diesem Fall notwendig, unsere Ökologie und das Vorhandensein von Industrieanlagen in der Nähe von besiedelten Gebieten zu berücksichtigen.

Im Vergleich zur Lunge bleibt der Gehalt an Makronährstoffen in anderen Organen wie Milz, Nebennieren und Schilddrüse ein Leben lang unverändert. Das Vorhandensein des Elements wird auch in Lymphe, Plazenta, Gehirn, menschlicher Muttermilch, Knochen, Nägeln, Haaren, Augenlinsen und Epithelgewebe beobachtet.

Da es sich in den Knochen befindet, ist Titan an deren Fusion nach Frakturen beteiligt. Ein positiver Effekt wird auch bei den Wiederherstellungsprozessen beobachtet, die in beschädigten beweglichen Knochengelenken bei Arthritis und Arthrose auftreten. Dieses Metall ist ein starkes Antioxidans. Durch die Abschwächung der Wirkung freier Radikale auf Haut und Blutzellen schützt es den gesamten Körper vor vorzeitiger Alterung und Abnutzung.

Durch die Konzentration in den Teilen des Gehirns, die für das Sehen und Hören verantwortlich sind, wirkt es sich positiv auf deren Funktion aus. Das Vorhandensein des Metalls in den Nebennieren und der Schilddrüse deutet auf seine Beteiligung an der Produktion von Hormonen hin, die am Stoffwechsel beteiligt sind. Es ist auch an der Produktion von Hämoglobin und der Produktion roter Blutkörperchen beteiligt. Durch die Reduzierung des Cholesterin- und Harnstoffgehalts im Blut wird dessen normale Zusammensetzung überwacht.

Die negative Wirkung von Titan auf den Körper beruht auf der Tatsache, dass es ist ein Schwermetall. Im Körper angekommen, spaltet oder zersetzt es sich nicht, sondern setzt sich in den Organen und Geweben eines Menschen ab, vergiftet ihn und stört Lebensprozesse. Es ist nicht korrosionsanfällig und beständig gegen Laugen und Säuren, sodass Magensaft ihm nichts anhaben kann.

Titanverbindungen haben die Fähigkeit, kurzwellige ultraviolette Strahlung zu blockieren und werden nicht durch die Haut absorbiert, sodass sie zum Schutz der Haut vor ultravioletter Strahlung verwendet werden können.

Es ist erwiesen, dass Rauchen die Aufnahme von Metallen aus der Luft in die Lunge um ein Vielfaches erhöht. Ist das nicht ein Grund, diese schlechte Angewohnheit aufzugeben?

Tagesnorm – was braucht ein chemisches Element?

Die tägliche Norm eines Makroelements ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der menschliche Körper etwa 20 mg Titan enthält, davon 2,4 mg in der Lunge. Täglich nimmt der Körper 0,85 mg der Substanz mit der Nahrung, 0,002 mg mit Wasser und 0,0007 mg mit der Luft auf. Die tägliche Norm für Titan ist sehr willkürlich, da die Folgen seines Einflusses auf Organe nicht vollständig untersucht sind. Es entspricht ungefähr 300–600 µg pro Tag. Es liegen keine klinischen Daten zu den Folgen einer Überschreitung dieser Norm vor – alles befindet sich im Stadium experimenteller Studien.

Titanmangel

Bedingungen, unter denen ein Metallmangel beobachtet werden würde, wurden nicht identifiziert, sodass Wissenschaftler zu dem Schluss kamen, dass sie in der Natur nicht existieren. Bei den meisten schweren Krankheiten wird jedoch ein Mangel beobachtet, der den Zustand des Patienten verschlechtern kann. Dieser Nachteil kann mit titanhaltigen Präparaten behoben werden.

Die Wirkung von überschüssigem Titan auf den Körper

Ein Überschuss des Makroelements einer einmaligen Aufnahme von Titan in den Körper wurde nicht festgestellt. Wenn beispielsweise eine Person eine Titannadel verschluckt, besteht offenbar kein Grund, von einer Vergiftung zu sprechen. Aufgrund seiner Trägheit kommt das Element höchstwahrscheinlich nicht in Kontakt, sondern wird auf natürliche Weise entfernt.

Die größte Gefahr geht von einem systematischen Anstieg der Konzentration von Makroelementen in den Atmungsorganen aus. Dies führt zu einer Schädigung des Atmungs- und Lymphsystems. Es besteht auch ein direkter Zusammenhang zwischen dem Grad der Silikose und dem Gehalt des Elements in den Atmungsorganen. Je höher der Gehalt, desto schwerer verläuft die Erkrankung.

Bei Menschen, die in Chemie- und Metallurgiebetrieben arbeiten, wird ein Überschuss an Schwermetallen beobachtet. Titanchlorid ist am gefährlichsten – innerhalb von 3 Arbeitsjahren beginnt die Manifestation schwerer chronischer Krankheiten.

Solche Erkrankungen werden mit speziellen Medikamenten und Vitaminen behandelt.

Was sind die Quellen?

Das Element gelangt hauptsächlich über Nahrung und Wasser in den menschlichen Körper. Das meiste davon kommt in Hülsenfrüchten (Erbsen, Bohnen, Linsen, Bohnen) und Getreide (Roggen, Gerste, Buchweizen, Hafer) vor. Sein Vorkommen wurde in Milch- und Fleischgerichten sowie in Eiern nachgewiesen. Dieses Element ist in Pflanzen stärker konzentriert als in Tieren. Besonders hoch ist sein Gehalt in der Alge – der buschigen Cladophora.

Alle Lebensmittelprodukte, die den Lebensmittelfarbstoff E171 enthalten, enthalten Dioxid dieses Metalls. Es wird zur Herstellung von Soßen und Gewürzen verwendet. Der Schaden dieses Nahrungsergänzungsmittels ist fraglich, da Titanoxid in Wasser und Magensaft praktisch unlöslich ist.

Hinweise zur Verwendung

Es gibt Hinweise auf die Verwendung des Elements, obwohl dieses kosmische Element wenig erforscht ist und in allen Bereichen der Medizin aktiv eingesetzt wird. Aufgrund seiner Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und biologischen Inertheit wird es in der Prothetik häufig zur Herstellung von Implantaten eingesetzt. Es wird in der Zahnmedizin, Neurochirurgie und Orthopädie eingesetzt. Aufgrund seiner Haltbarkeit wird es zur Herstellung chirurgischer Instrumente verwendet.

Das Dioxid dieser Substanz wird zur Behandlung von Hauterkrankungen wie Cheilitis, Herpes, Akne und Entzündungen der Mundschleimhaut eingesetzt. Sie entfernen Gesichtshämangiome.

Metallnickelid ist an der Beseitigung von lokal fortgeschrittenem Kehlkopfkrebs beteiligt. Es wird zum Endoprothesenersatz des Kehlkopfes und der Luftröhre eingesetzt. Es wird auch zur Behandlung infizierter Wunden in Kombination mit Antibiotikalösungen eingesetzt.

Der Makroelement-Glycerosolvat-Aqua-Komplex fördert die Heilung ulzerativer Wunden.

Wissenschaftlern auf der ganzen Welt stehen viele Möglichkeiten offen, das Element der Zukunft zu untersuchen, da seine physikalischen und chemischen Eigenschaften hoch sind und der Menschheit unbegrenzte Vorteile bringen können.

Titan - Metall Feen Zumindest ist das Element nach der Königin dieser Fabelwesen benannt. Titania zeichnete sich wie alle ihre Verwandten durch ihre Leichtigkeit aus.

Nicht nur die Flügel ermöglichen den Feen das Fliegen, sondern auch ihr geringes Gewicht. Titan ist außerdem leicht. Das Element hat die niedrigste Dichte unter den Metallen. Hier endet die Ähnlichkeit mit Feen und die reine Wissenschaft beginnt.

Chemische und physikalische Eigenschaften von Titan

Titan - Element Von silbrig-weißer Farbe, mit ausgeprägtem Glanz. In den Reflexionen des Metalls sind Rosa, Blau und Rot zu erkennen. Das Schimmern in allen Farben des Regenbogens ist ein charakteristisches Merkmal des 22. Elements.

Seine Strahlen sind immer hell, denn Titan ist beständig zu Korrosion. Das Material wird durch einen Oxidfilm davor geschützt. Es bildet sich bei Standardtemperaturen an der Oberfläche.

Daher ist Metallkorrosion beispielsweise weder in der Luft noch im Wasser oder in den meisten aggressiven Umgebungen gefährlich. So nannten Chemiker die Mischung aus konzentrierten und sauren Verbindungen.

Element 22 schmilzt bei 1.660 Grad Celsius. Es stellt sich heraus, Titan – Nichteisenmetall feuerfeste Gruppe. Das Material beginnt zu brennen, bevor es weich wird.

Bei 1.200 Grad entsteht eine weiße Flamme. Die Substanz siedet bei 3.260 Grad Celsius. Durch das Schmelzen eines Elements wird es viskos. Es ist notwendig, spezielle Reagenzien zu verwenden, die ein Anhaften verhindern.

Ist die flüssige Masse des Metalls zähflüssig und klebrig, dann ist Titan im Pulverzustand explosiv. Um die „Bombe“ auszulösen, reicht eine Erwärmung auf bis zu 400 Grad Celsius. Während das Element Wärmeenergie aufnimmt, überträgt es diese schlecht.

Titan wird auch nicht als elektrischer Leiter verwendet. Aber das Material wird wegen seiner Festigkeit geschätzt. In Kombination mit seiner geringen Dichte und seinem geringen Gewicht ist es in vielen Branchen nützlich.

Titan ist chemisch gesehen recht aktiv. Auf die eine oder andere Weise interagiert Metall mit den meisten Elementen. Ausnahmen: - Inertgase, Natrium, Kalium, Calcium und.

Eine so geringe Menge an gegenüber Titan indifferenten Substanzen erschwert die Gewinnung eines reinen Elements. Nicht einfach herzustellen und Titanmetalllegierungen. Allerdings haben die Industriellen gelernt, dies zu tun. Der praktische Nutzen von Mischungen auf Basis des 22. Stoffes ist zu hoch.

Anwendung von Titan

Flugzeuge und Raketen zusammenbauen – da kommt es in erster Linie zum Einsatz. Titan. Metall kaufen notwendig, um die Hitzebeständigkeit und Hitzebeständigkeit von Schränken zu erhöhen. Hitzebeständigkeit – Beständigkeit gegen hohe Temperaturen.

Sie sind beispielsweise bei der Beschleunigung einer Rakete in der Atmosphäre unvermeidlich. Unter Hitzebeständigkeit versteht man die Erhaltung der meisten mechanischen Eigenschaften der Legierung unter „feurigen“ Bedingungen. Das heißt, bei Titan ändern sich die Leistungsmerkmale der Teile nicht in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen.

Die Korrosionsbeständigkeit des 22. Metalls ist ebenfalls nützlich. Diese Eigenschaft ist nicht nur bei der Herstellung von Autos wichtig. Das Element wird für Kolben und andere Glasgeräte in Chemielaboren verwendet und wird zu einem Rohstoff für Schmuck.

Rohstoffe sind nicht billig. Aber in allen Branchen werden die Kosten durch die Lebensdauer von Titanprodukten und ihre Fähigkeit, ihr ursprüngliches Aussehen beizubehalten, wettgemacht.

So eine Reihe von Gerichten einer Firma aus St. Petersburg „Neva“ „Metal Titan“„PC“ ermöglicht die Verwendung von Metalllöffeln beim Braten. Sie würden das Teflon zerstören und zerkratzen. Der Titanbeschichtung sind die Angriffe von Stahl und Aluminium egal.

Das gilt übrigens auch für Schmuck. Ein Ring aus Gold kann leicht zerkratzt werden. Titanmodelle bleiben jahrzehntelang glatt. Daher begann man, das 22. Element als Rohstoff für Eheringe zu betrachten.

Bratpfanne „Titanium Metal“ Leicht, wie Geschirr mit Teflon. Element 22 ist nur geringfügig schwerer als Aluminium. Dies inspirierte nicht nur Vertreter der Leichtindustrie, sondern auch Automobilspezialisten. Es ist kein Geheimnis, dass Autos viele Aluminiumteile haben.

Sie werden benötigt, um das Transportgewicht zu reduzieren. Aber Titan ist stärker. Bei Oberklassefahrzeugen ist die Automobilindustrie bereits fast vollständig auf den Einsatz von 22. Metall umgestiegen.

Teile aus Titan und seinen Legierungen reduzieren das Gewicht des Verbrennungsmotors um 30 %. Auch die Karosserie wird leichter, allerdings steigt der Preis. Aluminium ist immer noch günstiger.

Firma „Neva Metal Titan“, Rezensionen was meist mit einem Pluszeichen versehen ist, ergibt Gerichte. Automobilmarken verwenden Titan für Autos. Geben Sie dem Element die Form von Ringen, Ohrringen und Armbändern. In dieser Auflistung sind nicht genügend medizinische Unternehmen aufgeführt.

Das 22. Metall ist ein Rohstoff für Prothesen und chirurgische Instrumente. Das Produkt hat nahezu keine Poren und kann daher problemlos sterilisiert werden. Darüber hinaus hält Titan aufgrund seines geringen Gewichts enormen Belastungen stand. Was ist sonst noch nötig, wenn beispielsweise anstelle der Kniebänder ein Fremdteil eingesetzt wird?

Die Porenfreiheit des Materials wird von erfolgreichen Gastronomen geschätzt. Die Sauberkeit der Skalpelle eines Chirurgen ist wichtig. Aber auch die Sauberkeit der Arbeitsflächen der Köche ist wichtig. Um die Sicherheit der Lebensmittel zu gewährleisten, werden sie auf Titantischen geschnitten und gedämpft.

Sie kratzen nicht und sind leicht zu reinigen. Mittelständische Betriebe verwenden in der Regel Stahlutensilien, die jedoch von minderer Qualität sind. Daher ist die Ausstattung in Restaurants mit Michelin-Sternen aus Titan.

Titanabbau

Das Element gehört zu den 20 häufigsten auf der Erde und liegt genau in der Mitte der Rangliste. Bezogen auf die Masse der Planetenkruste beträgt der Titangehalt 0,57 %. Pro Liter Meerwasser sind 0,001 Milligramm des 24. Metalls enthalten. Schiefer und Ton enthalten 4,5 Kilogramm des Elements pro Tonne.

In sauren, also kieselsäurereichen Gesteinen macht Titan 2,3 Kilogramm pro Tausend aus. In den Hauptvorkommen, die aus Magma entstanden sind, beträgt der Anteil des 22. Metalls etwa 9 Kilo pro Tonne. Am wenigsten Titan steckt in ultramafischen Gesteinen mit 30 Prozent Kieselsäureanteil – 300 Gramm pro 1.000 Kilogramm Rohstoff.

Obwohl es in der Natur weit verbreitet ist, kommt reines Titan darin nicht vor. Das Material zur Gewinnung von 100 Prozent Metall war Jodit. Die thermische Zersetzung der Substanz wurde von Arkel und De Boer durchgeführt. Das sind niederländische Chemiker. Das Experiment war 1925 ein Erfolg. In den 1950er Jahren begann die Massenproduktion.

Zeitgenossen extrahieren Titan in der Regel aus seinem Dioxid. Dies ist ein Mineral namens Rutil. Es enthält die geringste Menge an Fremdverunreinigungen. Sieht aus wie Titanit und .

Bei der Verarbeitung von Ilmenit-Erzen bleibt Schlacke zurück. Dies dient als Material zur Gewinnung des 22. Elements. Der Ausstoß ist porös. Es ist notwendig, ein Nachschmelzen in Vakuumöfen unter Zusatz von durchzuführen.

Wenn mit Titandioxid gearbeitet wird, werden diesem Magnesium und Chlor zugesetzt. Die Mischung wird in Vakuumöfen erhitzt. Die Temperatur wird erhöht, bis alle überschüssigen Elemente verdampft sind. Verbleibt am Boden der Behälter reines Titan. Die Methode heißt Magnesium-Thermo.

Auch die Calciumhydrid-Methode wurde entwickelt. Es basiert auf Elektrolyse. Der hohe Strom ermöglicht die Trennung des Metallhydrids in Titan und Wasserstoff. Die 1925 entwickelte Jodit-Methode zur Gewinnung des Elements wird weiterhin verwendet. Im 21. Jahrhundert ist es jedoch das arbeitsintensivste und teuerste und gerät daher allmählich in Vergessenheit.

Titanpreis

An Metall-Titan-Preis wird pro Kilogramm festgelegt. Anfang 2016 lag er bei etwa 18 US-Dollar. Der Weltmarkt für das 22. Element erreichte im vergangenen Jahr 7.000.000 Tonnen. Die größten Lieferanten sind Russland und China.

Dies ist auf die Reserven zurückzuführen, die sie erkundet haben und die für eine Entwicklung geeignet sind. Im zweiten Halbjahr 2015 begann die Nachfrage nach Titan und Blechen zu sinken.

Metall wird auch in Form von Draht und verschiedenen Teilen, beispielsweise Rohren, verkauft. Sie sind viel günstiger als Wechselkurse. Sie müssen jedoch berücksichtigen, was in Barren geliefert wird reines Titan und darauf basierende Legierungen werden in Produkten verwendet.

Titan in Form von Oxid (IV) wurde 1791 vom englischen Amateurmineralogen W. Gregor in den magnetischen Eisensanden der Stadt Menacan (England) entdeckt; 1795 stellte der deutsche Chemiker M. G. Klaproth fest, dass das Mineral Rutil ein natürliches Oxid desselben Metalls ist, das er „Titan“ nannte [in der griechischen Mythologie sind die Titanen die Kinder von Uranus (Himmel) und Gaia (Erde)]. Titan konnte lange Zeit nicht in reiner Form isoliert werden; erst 1910 erhielt der amerikanische Wissenschaftler M.A. Hunter das Metall Titan, indem er sein Chlorid mit Natrium in einer versiegelten Stahlbombe erhitzte; Das von ihm gewonnene Metall war nur bei erhöhten Temperaturen duktil und bei Raumtemperatur aufgrund des hohen Gehalts an Verunreinigungen spröde. Die Gelegenheit, die Eigenschaften von reinem Titan zu untersuchen, ergab sich erst 1925, als die niederländischen Wissenschaftler A. Van Arkel und I. de Boer durch die thermische Dissoziation von Titaniodid ein hochreines Metall, Kunststoff bei niedrigen Temperaturen, erhielten.

Verbreitung von Titan in der Natur. Titan ist eines der häufigsten Elemente, sein durchschnittlicher Gehalt in der Erdkruste (Clarke) beträgt 0,57 Gew.-% (unter den Strukturmetallen liegt es an vierter Stelle, hinter Eisen, Aluminium und Magnesium). Der größte Teil des Titans befindet sich in den Grundgesteinen der sogenannten „Basaltschale“ (0,9 %), weniger in den Gesteinen der „Granitschale“ (0,23 %) und noch weniger in ultrabasischen Gesteinen (0,03 % usw.). Zu den mit Titan angereicherten Gesteinen zählen Pegmatite aus Grundgesteinen, alkalische Gesteine, Syenite und zugehörige Pegmatite und andere. Es sind 67 Titanmineralien bekannt, die größtenteils magmatischen Ursprungs sind; Die wichtigsten sind Rutil und Ilmenit.

Titan ist größtenteils in der Biosphäre verstreut. Meerwasser enthält 10 -7 % davon; Titan ist ein schwacher Migrant.

Physikalische Eigenschaften von Titan. Titan existiert in Form von zwei allotropen Modifikationen: Unterhalb einer Temperatur von 882,5 °C ist die α-Form mit einem hexagonal dicht gepackten Gitter (a = 2,951 Å, c = 4,679 Å) stabil, oberhalb dieser Temperatur die β-Form -Form mit kubisch raumzentriertem Gitter a = 3,269 Å. Verunreinigungen und Legierungszusätze können die α/β-Umwandlungstemperatur erheblich verändern.

Die Dichte der α-Form beträgt bei 20 °C 4,505 g/cm 3 und bei 870 °C 4,35 g/cm 3 ; β-Form bei 900 °C 4,32 g/cm 3 ; Atomradius Ti 1,46 Å, Ionenradien Ti + 0,94 Å, Ti 2+ 0,78 Å, Ti 3+ 0,69 Å, Ti 4+ 0,64 Å; Schmelzpunkt 1668 °C, Siedepunkt 3227 °C; Wärmeleitfähigkeit im Bereich 20-25°C 22,065 W/(m·K); Temperaturkoeffizient der linearen Ausdehnung bei 20°C 8,5·10 -6, im Bereich 20-700°C 9,7·10 -6; Wärmekapazität 0,523 kJ/(kg K); elektrischer Widerstand 42,1·10 -6 Ohm·cm bei 20 °C; Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands 0,0035 bei 20 °C; hat Supraleitung unter 0,38 K. Titan ist paramagnetisch, spezifische magnetische Suszeptibilität 3,2·10 -6 bei 20 °C. Zugfestigkeit 256 MN/m2 (25,6 kgf/mm2), relative Dehnung 72 %, Brinellhärte weniger als 1000 MN/m2 (100 kgf/mm2). Normaler Elastizitätsmodul 108.000 MN/m2 (10.800 kgf/mm2). Metall von hoher Reinheit ist bei normalen Temperaturen formbar.

In der Industrie verwendetes technisches Titan enthält Verunreinigungen von Sauerstoff, Stickstoff, Eisen, Silizium und Kohlenstoff, die seine Festigkeit erhöhen, die Duktilität verringern und die Temperatur der polymorphen Umwandlung beeinflussen, die im Bereich von 865–920 °C stattfindet. Für die technischen Titansorten VT1-00 und VT1-0 beträgt die Dichte etwa 4,32 g/cm 3, die Zugfestigkeit 300–550 MN/m 2 (30–55 kgf/mm 2), die Dehnung nicht weniger als 25 %, die Brinellhärte 1150–1650 Mn/m 2 (115–165 kgf/mm 2). Die Konfiguration der äußeren Elektronenhülle des Ti-Atoms ist 3d 2 4s 2.

Chemische Eigenschaften von Titan. Reines Titan ist ein chemisch aktives Übergangselement; in Verbindungen hat es eine Oxidationsstufe von +4, seltener +3 und +2. Bei normalen Temperaturen und bis zu 500–550 °C ist es korrosionsbeständig, was durch das Vorhandensein eines dünnen, aber haltbaren Oxidfilms auf seiner Oberfläche erklärt wird.

Bei Temperaturen über 600 °C reagiert es merklich mit Luftsauerstoff zu TiO 2 . Bei unzureichender Schmierung können sich dünne Titanspäne bei der Bearbeitung entzünden. Wenn in der Umgebung eine ausreichende Sauerstoffkonzentration vorhanden ist und der Oxidfilm durch Stöße oder Reibung beschädigt wird, kann sich das Metall bei Raumtemperatur und in relativ großen Stücken entzünden.

Der Oxidfilm schützt Titan im flüssigen Zustand nicht vor weiterer Wechselwirkung mit Sauerstoff (anders als beispielsweise Aluminium), weshalb das Schmelzen und Schweißen im Vakuum, in einer neutralen Gasatmosphäre oder im Unterpulverlichtbogen erfolgen muss. Titan hat die Fähigkeit, atmosphärische Gase und Wasserstoff zu absorbieren und so spröde Legierungen zu bilden, die für den praktischen Einsatz ungeeignet sind; In Gegenwart einer aktivierten Oberfläche erfolgt die Wasserstoffaufnahme bereits bei Raumtemperatur mit geringer Geschwindigkeit, die ab 400 °C deutlich zunimmt. Die Löslichkeit von Wasserstoff in Titan ist reversibel und dieses Gas kann durch Glühen im Vakuum fast vollständig entfernt werden. Bei Temperaturen über 700 °C reagiert Titan mit Stickstoff und es entstehen Nitride vom Typ TiN; In Form eines feinen Pulvers oder Drahtes kann Titan in einer Stickstoffatmosphäre brennen. Die Diffusionsgeschwindigkeit von Stickstoff und Sauerstoff in Titan ist viel geringer als die von Wasserstoff. Die durch die Wechselwirkung mit diesen Gasen entstehende Schicht zeichnet sich durch erhöhte Härte und Sprödigkeit aus und muss durch Ätzen oder mechanische Behandlung von der Oberfläche von Titanprodukten entfernt werden. Titan interagiert stark mit trockenen Halogenen und ist gegenüber feuchten Halogenen stabil, da Feuchtigkeit die Rolle eines Inhibitors spielt.

Das Metall ist in Salpetersäure aller Konzentrationen stabil (mit Ausnahme von roter rauchender Säure, die Korrosionsrisse bei Titan verursacht und die Reaktion manchmal mit einer Explosion erfolgt), in schwachen Schwefelsäurelösungen (bis zu 5 Gew.-%). . Salzsäure, Flusssäure, konzentrierte Schwefelsäure sowie heiße organische Säuren: Oxalsäure, Ameisensäure und Trichloressigsäure reagieren mit Titan.

Titan ist korrosionsbeständig in atmosphärischer Luft, Meerwasser und Meeresatmosphäre, in feuchtem Chlor, Chlorwasser, heißen und kalten Chloridlösungen, in verschiedenen technologischen Lösungen und Reagenzien, die in der Chemie-, Öl-, Papier- und anderen Industrie sowie in verwendet werden Hydrometallurgie. Titan bildet mit C, B, Se, Si metallähnliche Verbindungen, die sich durch Feuerfestigkeit und hohe Härte auszeichnen. TiC-Carbid (Fp. 3140 °C) wird durch Erhitzen einer Mischung aus TiO 2 und Ruß auf 1900–2000 °C in einer Wasserstoffatmosphäre erhalten; TiN-Nitrid (Fp. 2950 °C) – durch Erhitzen von Titanpulver in Stickstoff auf Temperaturen über 700 °C. Bekannt sind die Silizide TiSi 2, TiSi und die Boride TiB, Ti 2 B 5, TiB 2. Bei Temperaturen von 400–600 °C absorbiert Titan Wasserstoff und bildet feste Lösungen und Hydride (TiH, TiH 2). Beim Schmelzen von TiO 2 mit Alkalien entstehen Titansäuresalze: Meta- und Orthotitanate (zum Beispiel Na 2 TiO 3 und Na 4 TiO 4) sowie Polytitanate (zum Beispiel Na 2 Ti 2 O 5 und Na 2 Ti 3 O 7). Zu den Titanaten gehören die wichtigsten Mineralien des Titans, zum Beispiel Ilmenit FeTiO 3, Perowskit CaTiO 3. Alle Titanate sind in Wasser schwer löslich. Titan(IV)-oxid, Titansäuren (Niederschläge) und Titanate lösen sich in Schwefelsäure und bilden Lösungen, die Titanylsulfat TiOSO 4 enthalten. Beim Verdünnen und Erhitzen von Lösungen wird durch Hydrolyse H 2 TiO 3 abgeschieden, aus dem Titan(IV)-oxid gewonnen wird. Bei Zugabe von Wasserstoffperoxid zu sauren Lösungen, die Ti(IV)-Verbindungen enthalten, entstehen Peroxidsäuren (Supratitansäuren) der Zusammensetzung H 4 TiO 5 und H 4 TiO 8 und deren entsprechende Salze; Diese Verbindungen sind gelb oder orangerot gefärbt (abhängig von der Titankonzentration), was zur analytischen Bestimmung von Titan verwendet wird.

Titan bekommen. Die gebräuchlichste Methode zur Herstellung von Titanmetall ist die Magnesium-Thermo-Methode, also die Reduktion von Titantetrachlorid mit Magnesiummetall (seltener Natrium):

TiCl 4 + 2Mg = Ti + 2MgCl 2.

In beiden Fällen sind die Ausgangsrohstoffe Titanoxiderze – Rutil, Ilmenit und andere. Bei Ilmenit-Erzen wird Titan in Form von Schlacke durch Schmelzen in Elektroöfen vom Eisen getrennt. Die Schlacke (sowie Rutil) wird in Gegenwart von Kohlenstoff zu Titantetrachlorid chloriert, das nach der Reinigung in einen Reduktionsreaktor mit neutraler Atmosphäre gelangt.

Titan wird bei diesem Verfahren in Schwammform gewonnen und nach dem Mahlen in Vakuum-Lichtbogenöfen unter Zugabe von Legierungszusätzen, sofern eine Legierung erforderlich ist, zu Barren geschmolzen. Das Magnesium-Thermal-Verfahren ermöglicht die großtechnische Produktion von Titan mit einem geschlossenen Technologiekreislauf, da das bei der Reduktion entstehende Nebenprodukt Magnesiumchlorid der Elektrolyse zur Herstellung von Magnesium und Chlor zugeführt wird.

In manchen Fällen ist es vorteilhaft, pulvermetallurgische Verfahren zur Herstellung von Produkten aus Titan und seinen Legierungen einzusetzen. Um besonders feine Pulver zu erhalten (z. B. für die Radioelektronik), kann die Reduktion von Titan(IV)-oxid mit Calciumhydrid eingesetzt werden.

Anwendung von Titan. Die Hauptvorteile von Titan gegenüber anderen Strukturmetallen: eine Kombination aus Leichtigkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Titanlegierungen sind den meisten Legierungen auf Basis anderer Metalle (z. B. Eisen oder Nickel) bei Temperaturen von -250 bis 550 ° C in absoluter und noch mehr in spezifischer Festigkeit (d. h. Festigkeit im Verhältnis zur Dichte) überlegen Sie sind hinsichtlich ihrer Korrosion mit Legierungen aus Edelmetallen vergleichbar. Die Verwendung von Titan als eigenständiges Strukturmaterial begann jedoch erst in den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts aufgrund der großen technischen Schwierigkeiten bei der Gewinnung aus Erzen und der Verarbeitung (weshalb Titan herkömmlicherweise als seltenes Metall eingestuft wurde). Der Hauptteil von Titan wird für den Bedarf der Luft- und Raketentechnik sowie des Schiffbaus ausgegeben. Legierungen aus Titan und Eisen, bekannt als „Ferrotitan“ (20–50 % Titan), dienen als Legierungszusatz und Desoxidationsmittel in der Metallurgie hochwertiger Stähle und Sonderlegierungen.

Technisches Titan wird zur Herstellung von Behältern, chemischen Reaktoren, Rohrleitungen, Armaturen, Pumpen und anderen Produkten verwendet, die in aggressiven Umgebungen eingesetzt werden, beispielsweise in der Chemietechnik. In der Hydrometallurgie von Nichteisenmetallen werden Geräte aus Titan eingesetzt. Es wird zur Beschichtung von Stahlprodukten verwendet. Der Einsatz von Titan bietet in vielen Fällen einen großen technischen und wirtschaftlichen Effekt, nicht nur aufgrund der erhöhten Lebensdauer der Anlagen, sondern auch der Möglichkeit der Prozessintensivierung (wie zum Beispiel in der Nickel-Hydrometallurgie). Die biologische Sicherheit von Titan macht es zu einem hervorragenden Material für die Herstellung von Geräten für die Lebensmittelindustrie und die rekonstruktive Chirurgie. Unter tiefen Kältebedingungen erhöht sich die Festigkeit von Titan bei gleichzeitiger Beibehaltung einer guten Duktilität, was den Einsatz als Strukturmaterial für die Kryotechnik ermöglicht. Titan eignet sich gut zum Polieren, Farbeloxieren und für andere Oberflächenveredelungsmethoden und wird daher für die Herstellung verschiedener künstlerischer Produkte, einschließlich monumentaler Skulpturen, verwendet. Ein Beispiel ist das Denkmal in Moskau, das zu Ehren des Starts des ersten künstlichen Erdsatelliten errichtet wurde. Unter den Titanverbindungen sind Oxide, Halogenide und auch Silizide, die in der Hochtemperaturtechnik eingesetzt werden, von praktischer Bedeutung; Boride und ihre Legierungen werden aufgrund ihrer Feuerfestigkeit und ihres großen Neutroneneinfangquerschnitts als Moderatoren in Kernkraftwerken eingesetzt. Titankarbid mit hoher Härte ist Bestandteil von Werkzeughartlegierungen, die zur Herstellung von Schneidwerkzeugen und als Schleifmaterial verwendet werden.

Titan(IV)-oxid und Bariumtitanat bilden die Basis der Titankeramik, wobei Bariumtitanat das wichtigste Ferroelektrikum ist.

Titan im Körper. Titan ist im Gewebe von Pflanzen und Tieren ständig vorhanden. In Landpflanzen beträgt seine Konzentration etwa 10 -4 %, in Meerespflanzen - von 1,2 · 10 -3 bis 8 · 10 -2 %, im Gewebe von Landtieren - weniger als 2 · 10 -4 %, in Meerespflanzen - von 2 · 10 -4 bis 2·10 -2 %. Akkumuliert sich bei Wirbeltieren hauptsächlich in Hornformationen, Milz, Nebennieren, Schilddrüse, Plazenta; schlecht aus dem Magen-Darm-Trakt resorbiert. Beim Menschen beträgt die tägliche Aufnahme von Titan über Nahrung und Wasser 0,85 mg; im Urin und Kot ausgeschieden (0,33 bzw. 0,52 mg).