Titanio

Titanioa
22 Eskandioa ← Titanioa → Banadioa
22 Ti                                                                                                                                                                                                                                           Taula periodikoa
Ezaugarri orokorrak
Izena, ikurra, zenbakia	Titanioa, Ti, 22
Serie kimikoa	trantsizio-metalak
Taldea, periodoa, orbitala	4, 4, d
Masa atomikoa	47,867(1) g/mol
Konfigurazio elektronikoa	[Ar] 3d2 4s2
Elektroiak orbitaleko	2, 8, 10, 2
Propietate fisikoak
Egoera	solidoa
Dentsitatea	(0 °C, 101,325 kPa) 4,506 g/L
Urtze-puntua	1.941 K (1.668 °C, 3.034 °F)
Irakite-puntua	3.560 K (3-287 °C, 5.949 °F)
Urtze-entalpia	14,15 kJ·mol−1
Irakite-entalpia	425 kJ·mol−1
Bero espezifikoa	(25 °C) 25,060 J·mol−1·K−1
Lurrun-presioa P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 1.982 2.171 (2.403) 2.692 3.064 3.558
Propietate atomikoak
Kristal-egitura	hexagonala
Oxidazio-zenbakia(k)	6 [1], 4, 3, 2, 1 [2] (oxido anfoterikoa)
Elektronegatibotasuna	1,54 (Paulingen eskala)
Ionizazio-potentziala	1.a: 658,8 kJ/mol 2.a: 1.309,8 kJ/mol 3.a: 2.652,5 kJ/mol
Erradio atomikoa (batezbestekoa)	140 pm
Erradio atomikoa (kalkulatua)	176 pm
Erradio kobalentea	136 pm
Datu gehiago
Eroankortasun termikoa	(300 K) 21,9
Soinuaren abiadura	5.090 m/s
Isotopo egonkorrenak
Titanioaren isotopoak iso UN Sd-P D DE (MeV) DP 44Ti Sintetikoa 63 u ε - 44Sc γ 0,07D, 0,08D - 46Ti %8,0 Ti egonkorra da 24 neutroirekin 47Ti %7,3 Ti egonkorra da 25 neutroirekin 48Ti %73,8 Ti egonkorra da 26 neutroirekin 49Ti %5,5 Ti egonkorra da 27 neutroirekin 50Ti %5,4 Ti egonkorra da 28 neutroirekin

Titanioa elementu kimiko bat da, Ti ikurra eta 22 zenbaki atomikoa dituena. William Gregor-ek aurkitu zuen 1791n, eta izena Martin Heinrich Klaproth-ek eman zion, mitologia greziarreko titanetatik hartuta. Kolore grisa duen trantsizio-metala da, arina, gogorra, distiratsua eta korrosioaren aurrean erresistentea (itsas urarena eta kloruroarena barne). Titanioak aleazio arinak era ditzake beste elementu batzuekin, hala nola burdina, aluminio, banadio eta molibdenoarekin. Aleazio hauek erabilera asko dauzkate: industria aeroespazialean (koheteak, misilak, espaziontziak), prozesu industrialetan (gai kimiko eta petrokimikoak, gatzgabetze-plantak, oreak eta papera), automobilgintzan, nekazaritzan, medikuntzan (protesiak, inplante ortopedikoak, hortz-inplanteak), kirolerako produktuetan, bitxigintzan, eta abar.

Titanioa hainbat metaketa mineraletan ageri da, batez ere Lurrazalean zehar sakabanaturik dagoen errutiloan eta ilmenitan. Izaki bizidun, harkaitz, ur-masa eta lurzoru gehienetan dago. Bere konposaturik arruntena, titanio dioxidoa, pigmentu zurien prestaketan erabiltzen da. Badauzka beste konposatu batzuk ere, hala nola titanio tetrakloruroa (TiCl₄), ke artifiziala sortzeko erabiltzen dena, edo titanio trikloruroa, polipropilenoaren fabrikazioan katalizatzaile gisa erabiltzen dena.

Erabilera

Metal honek oso erabilgarriak diren bi ezaugarri dauzka: korrosioarekiko erresistentzia eta metal guztien arteko sendotasun/pisu erlazio altuena. Aleaziorik osatzen ez duenean, titanioa zenbait altzairu bezain gogorra da, baina %45 arinagoa. Elementu honen bi alotropo eta bost isotopo daude naturan: ⁴⁶Ti formatik hasi eta ⁵⁰Ti formaraino, ugariena ⁴⁸Ti izanik. Titanioaren propietate kimiko eta fisikoak zirkonioaren ezaugarrien antzekoak dira.

Eraikuntzan fatxada-material gisa erabilia izan da inoiz, Bilboko Guggenheim museoan kasu.

Historia

Martin Heinrich Klaprothek jarri zion titanio izena elementuari, Greziar mitologiako pertsonaien omenez.

Titanioa 1791. urtean aurkitu zuen William Gregor apaiz eta geologo amateurrak. Cornwallen, Britainia Handian, beste mineral batean sartuta aurkitu zuen. Gregorrek ilmenita mineralean elementu berri baten presentzia nabaritu zuen erreka batean harea beltza aurkitu zuenean eta harea iman batek erakartzen zuela nabaritu ostean. Harea aztertu ondoren, bi metal oxidoen presentzia zehaztu zuen: alde batetik, burdin oxidoa (imanarekiko erakargarritasuna azaltzen zuena) eta identifikatu ezin zuen oxido metaliko zuri bat, harearen %45,25a suposatzen zuena. Identifikatu gabeko oxidoak ezagutzen ziren elementuetako batekin ere konkordatzen ez zuela ikusterakoan, Gregorrek bere aurkikuntzak Cornwalleko Royal Geological Society elkartean eta Crell's Annalen aldizkari zientifiko alemanean argitaratu zituen.

Gutxi gora behera antzeko garaian, Franz-Joseph Müller von Reichensteinek antzeko substantzia bat sortu zuen, baina ezin izan zuen identifikatu. [8] 1795ean Martin Heinrich Klaproth kimikari prusiarrak oxidoa berriro ere aurkitu zuen era independente batean. Oxidoa Boinik Hungariako herrixkako (gaur egun Bojničky, Eslovakian) errutilo batean topatu zuen. Klaprothek mineralean elementu berri bat zegoela atzeman zuen eta Greziar mitologiako Titanen omenez izendatu zuen. Gregorren aurkikuntza zaharrei buruz entzun ondoren, ilmenita lagin bat lortu zuen eta berretsi zuen hark ere titanioa zuela.

Gaur egun titanioa haren hainbat meatatik erauzteko prozesu ezagunak oso neketsu eta garestiak dira. Ez da posible mea erreduzitzea karbonoarekin berotuz (burdinaren galdaketan bezala). Hau eginez gero, titanioa karbonoarekin konbinatzen da titanio karburoa ekoizteko. Titanio metaliko purua (% 99,9) lehen aldiz 1910. urtean prestatu zuen Matthew Hunter kimikoak Rensselaer Polytechnic Instituten. Horretarako, TiCl₄ sodioarekin berotu zuen 700-800 Cº-ko tenperaturak lortu arte, presio handiaren pean. Prozesu hau gaur egun Hunter prozesua bezala ezagutzen da, bere omenez. Titanio metala ez zen laborategitik kanpo erabili 1932 urtera arte. Orduan, William Justin Krollek frogatu zuen titanio tetrakloruroa (TiCl4) kaltzioarekin erreduzituz titanioa ekoitzi daitekeela frogatu zuen. 45 Zortzi urte geroago prozesu hau findu zuen magnesioarekin eta baita sodioarekin ere. Kroll prozesua izena jaso zuen orduan. Prozesu eraginkor eta merkeagoak lortzeko ikerketek aurrera jarraitzen badute ere (adibidez, FFC Cambridge, Armstrong), Kroll prozesua da oraindik ere merkaturatzeko ekoizpenean erabiltzen den prozesua.

Titanio belakia Kroll prozesuaren bidez lortzen da.

Oso purutasun handiko titanioa kantitate txikietan egin zen Anton Eduard van Arkel eta Jan Hendrik de Boerrek ioduroa edo kristalezko barra 1925ean aurkitu zutenean. Horretarako, iodoarekin erreakzionarazi zuten, eta sortutako lurruna deskonposatu zuten filamentu bero baten gainean metal purua lortzeko.

1950eko eta 1960ko hamarkadetan, Sobietar Batasunak itsaspeko (Alfa klasea eta Mike klasea) eta industria militarreko aplikazioetan titanioaren erabileran aitzindaritza hartu zuen. Gerra Hotzaren erlazionaturiko programen ondorioa izan zen. 1950eko hamarkadaren hasieratik aurrera, titanioa abiazio militarrean era zabalean erabiltzen hasi zen, batez ere errendimendu handiko hegazkinetan, F-100 Super Saber eta Lockheed A-12 eta SR-71 bezalako hegazkinekin hasita.

Titanioaren garrantzi estrategikoa aintzatetsi ostean, Ameriketako Estatu Batuetako Defentsa Sailak titanioa merkaturatzeko egin ziren ahalegin goiztiarrak babestu zituen.

Gerra Hotzaren garaian zehar, AEBtako gobernuak titanioa material estrategiko gisa kontsideratu zuen, eta titaniozko belakiaren biltegi handi bat mantendu zuen Defentsa Nazionalaren zentro batean. Erreserba hauek 2000. urtean, azkenik, agortu egin ziren. 2006ko datuen arabera, Errusian finkatutako VSMPO-AVISMA enpresa zen titanio ekoizle handiena, eta munduko merkatu kuotaren % 29 inguru sortzen zuela kalkulatu zen. 2015. urtean, titanio metal belakia sei herrialdeetan ekoizten zen: Txina, Japonia, Errusia, Kazakhstan, AEB, Ukraina eta India. (ordena sorreraren arabera).

2006. urtean, Estatu Batuetako Defentsa Ikerketa Aurreratuko Proiektuen Agentziak (ingelesez: Defense Advanced Research Projects Agency edo DARPA) 5,7 milioi dolar eman zizkion bi enpresen arteko partzuergo bati, titanio metal hautsa egiteko prozesu berri bat garatzeko. Bero eta presiopean, hauts hau elementu sendo eta arinak sortzeko erabil daiteke. Adibidez, armaduretatik hasi eta aeroespaziorako, garraiorako eta industria kimikoko prozesutarako osagaietaraino erabili daiteke.

Fabrikazio eta produkzioa

Titanioa (mineral kontzentratua)

Titanio metalaren prozesamendua lau pauso garrantzitsuetan gertatzen da: lehen pausoan, titanio mea "belaki" batera murrizten da. Belaki honek forma porotsua du. Bigarrenean, belakia edo belakia gehi beste aleazio bat urtu egiten da lingote bat sortzeko. Ondoren, lehen mailako fabrikazioa dator: bertan lingotea fabriketarako-produktu orokor bihurtzen da; esate baterako, barra, plaka, xafla, banda eta hodia. Azkenik, bigarren mailako fabrikazioa geratuko litzateke. Pausu honetan, aurreko pausuan aipatutako produktuei bukaerako itxura eta forma emango litzaioke.

Kroll prozesua

Bere dioxidotik erreduzituz ezin denez era azkar eta erraz batean titanio metala lortu, titanio metalikoa TiCl₄ magnesio metalikoarekin erreduzituz lortzen da, Kroll prozesuan. Kroll prozesu honetako ekoizpen-sortaren konplexutasunak titanioaren merkatu-balio erlatiboki altuak azaltzen ditu. Hala ere, Kroll prozesua aurretik erabiltzen zen Hunter prozesua baino askoz merkeagoa da. Kroll prozesuan erabili behar den TiCl₄a ekoizteko, dioxidoari erredukzio karbotermiko bat eragiten zaio, kloroaren presentziarekin. Prozesu honetan, kloro gasa gori dagoen errutilo edo ilmenita nahasketa baten gainetik pasatzen da, karbonoaren presentzian beti ere. Frakzionatutako destilazioaren bitartez purifikazio luze bat egiten zaio ondoren. Orduan, TiCl₄ erreduzitu egiten da 800 °C-tako magnesio urtuarekin, argona duen giro batean. Titanio metala Arkel-de Boerren prozesuari esker are gehiago purifikatu daiteke. Prozesu horretan titanio tetraiodoruaren deskonposizio termikoa ematen da. Hauek dira Kroll prozesuaren erreakzio kimiko nagusiak:

${\ce {FeTiO3 + C -> Fe + TiO2 + CO}}$

${\ce {TiO2 + 2C + 2Cl2 -> TiCl4 + 2CO}}$

${\ce {TiCl4 + 2Mg -> Ti + 2MgCl2}}$

FCC Cambridge prozesua

Berriki garatu den beste kate-ekoizpen prozesu batek, FFC Cambridge prozesuak, titanio dioxido hautsa (errutiloaren forma findu bat) kontsumitzen du, eta titanio metala, hauts edo belaki forman, ekoizten du. Prozesu honek Kroll prozesuak baino urrats gutxiago behar ditu eta denbora gutxiago behar da betetzeko. Nahastutako oxido hautsak erabiltzen badira, produktua aleazio bat da.

Armstrong prozesua

Titanio hautsa Armstrong prozesua izena duen fluxu-ekoizpen prozesu baten bidez fabrikatzen da, aurretik aipatutako Hunter prozesuaren antzekoa dena. Titanio tetrakloruro gas korronte bat urtutako sodio-metal korronte bati gehitzen zaio. Prozesu honetan sortutako produktuak (sodio kloruro gatza eta titanio partikulak) iragazi egiten dira gehiegizko sodioa kentzeko. Ondoren, titanioa gatzetik bereizten da ur garbiketa erabiliz. Sodio eta kloroa birziklatzen dira, berriro ere titanio tetrakloruroa ekoizteko eta prozesatzeko.

Produkzioa

Titanioaren oinarrizko produktuak: hodiak, barrak, tutuak eta hautsa

Titanioaren aleazio arruntak erredukzioaren bitartez egiten dira. Adibidez, kuprotalanoa (kobrea duen errutiloa da erredukzioa jasaten duena), ferrokarbonozko titanioa (ilmenita koke batekin erreduzitua, labe elektriko batean) eta manganotitanioa (manganesoa edo manganeso oxidoak dituzten errutiloak) murrizten dira.

Titanio eta titanio aleazioen berrogeita hamar klase ezberdin inguru diseinatu eta erabiltzen dira gaur egun, nahiz eta dozena bat besterik ez daude era azkar batean erabilgarri komertzialki. ASTMk 31 titanioz metal eta aleazio klase aitortzen ditu. Lehen klasetik laugarrenera, komertzialki purua den titanioa definitzeko erabiltzen dira (aleazio gabea). Lau hauek trakzio indarrean ezberdintzen dira, eta hau duten oxigeno edukiaren araberako da. Lehenengo klasea harikorrena da (trakzio indar baxuena du, % 0,18ko oxigeno kantitatea duelarik) eta laugarren klasea harikortasun gutxiena duena da (trakzio indar altuena du, % 0,40ko oxigeno kantitatea duelarik). Gainerako klaseak aleazioak dira. Aleazio hauetako bakoitza harikortasunaren, indarraren, gogortasunaren, erresistentzia elektrikoaren, korrosioarekiko erresistentzia zehatzaren eta hauen arteko konbinazioen propietate espezifikoak lortzeko diseinatuta dago.

ASTM zehaztapenez gain, titanio aleazioak ere zehaztapen aeroespazial eta militarrak (SAE-AMS, MIL-T), ISO estandarrak eta herrialde bakoitzaren zehaztapenak bete ditzaten produzitzen dira. Era berean, azken erabiltzailea izango denaren (industria militarra, aeroespaziala, medikuntzakoa edota produkziokoa) beharrak ere kontuan hartzen dira.

Kanpo estekak

• Datuak: Q716
• Multimedia: Titanium / Q716