Titaani avastas Suurbritannias Cornwallis 1791. aastal William Gregor ja Martin Heinrich Klaproth nimetas selle kreeka mütoloogia titaanide järgi. Element esineb paljudes maakoores ja litosfääris laialdaselt levinud maavarades, peamiselt rutiilis ja ilmeniidis; seda leidub peaaegu kõigis elusolendites, aga ka veekogudes, kivimites ja pinnases. Metalli ekstraheeritakse selle peamistest mineraalmaagidest Krolli ja Hunteri protsesside abil. Kõige tavalisem ühend, titaandioksiid, on populaarne fotokatalüsaator ja seda kasutatakse valgete pigmentide valmistamisel. Teised ühendid hõlmavad titaantetrakloriidi (TiCl4), mis on suitsuekraanide ja katalüsaatorite komponent; ja titaantrikloriid (TiCl3), mida kasutatakse polüpropüleeni tootmisel katalüsaatorina.
Titaani saab legeerida muuhulgas raua, alumiiniumi, vanaadiumi ja molübdeeniga, et toota tugevaid ja kergeid sulameid lennunduses (reaktiivmootorid, raketid ja kosmosesõidukid), sõjalistes ja tööstuslikes protsessides (kemikaalid ja naftakeemiatooted, magestamistehased, tselluloos) ja paber) autotööstus, põllumajandus (põllumajandus), meditsiinilised proteesid, ortopeedilised implantaadid, hambaravi ja endodontilised instrumendid ja failid, hambaimplantaadid, sporditarbed, ehted, mobiiltelefonid ja muud rakendused.
Metalli kaks kõige kasulikumat omadust on korrosioonikindlus ja tugevuse-tiheduse suhe, mis on metallielementidest kõrgeim. Oma legeerimata olekus on titaan sama tugev kui mõned terased, kuid vähem tihe. Sellel elemendil on kaks allotroopset vormi ja viis looduslikult esinevat isotoopi 46Ti kuni 50Ti, kusjuures 48Ti on kõige levinum (73,8 protsenti).
Füüsikalised omadused
Metallina on titaan tunnustatud oma kõrge tugevuse ja kaalu suhte poolest. See on tugev madala tihedusega metall, mis on üsna plastiline (eriti hapnikuvabas keskkonnas), läikiv ja metallikvalge värvusega. Suhteliselt kõrge sulamistemperatuur (1668 kraadi või 3,{8}}34 kraadi F) muudab selle kasulikuks tulekindla metallina. See on paramagnetiline ning teiste metallidega võrreldes suhteliselt madala elektri- ja soojusjuhtivusega. Titaan on ülijuhtiv, kui see jahutatakse alla kriitilise temperatuuri 0,49 K.
Kaubanduslikult puhta (puhtus 99,2 protsenti) titaani tõmbetugevus on ligikaudu 434 MPa (63, 000 psi), mis on võrdne tavaliste madala kvaliteediga terasesulamite omaga, kuid need on vähem tihedad. Titaan on alumiiniumist 60 protsenti tihedam, kuid enam kui kaks korda tugevam kui kõige sagedamini kasutatav 6061-T6 alumiiniumsulam. Teatud titaanisulamid (nt beeta C) saavutavad tõmbetugevuse üle 1400 MPa (200, 000 psi). Titaan kaotab aga tugevuse, kui seda kuumutatakse üle 430 kraadi (806 kraadi F).
Titaan ei ole nii kõva kui mõni kuumtöödeldud teras; see on mittemagnetiline ning halb soojus- ja elektrijuht. Töötlemine nõuab ettevaatusabinõusid, kuna materjal võib sapiseks muutuda, kui ei kasutata teravaid tööriistu ja õigeid jahutusmeetodeid. Nagu teraskonstruktsioonidel, on ka titaanist valmistatud konstruktsioonidel väsimuspiirang, mis tagab mõnes rakenduses pikaealisuse.
Metall on kuusnurkse kujuga dimorfne allotroop, mis muutub 882 kraadi (1620 kraadi F) juures kehakeskseks kuubikujuliseks (võreliseks). Vormi erisoojus suureneb dramaatiliselt, kui seda kuumutatakse selle üleminekutemperatuurini, kuid seejärel langeb ja jääb vormi jaoks üsna konstantseks, olenemata temperatuurist.
Keemilised omadused
Sarnaselt alumiiniumile ja magneesiumile oksüdeerub titaanmetalli ja selle sulamite pind õhuga kokkupuutel koheselt, moodustades õhukese mittepoorse passiveerimiskihi, mis kaitseb puistemetalli edasise oksüdatsiooni või korrosiooni eest. Esialgsel moodustumisel on see kaitsekiht vaid 1–2 nm paksune, kuid kasvab aeglaselt, jõudes nelja aastaga paksuseks 25 nm. See kiht annab titaanile suurepärase korrosioonikindluse, mis on peaaegu samaväärne plaatinaga.
Titaan on võimeline vastu pidama lahjendatud väävel- ja vesinikkloriidhappe, kloriidilahuste ja enamiku orgaaniliste hapete rünnakutele. Titaani aga söövitavad kontsentreeritud happed. Nagu näitab tema negatiivne redokspotentsiaal, on titaan termodünaamiliselt väga reaktsioonivõimeline metall, mis põleb normaalses atmosfääris sulamistemperatuurist madalamal temperatuuril. Sulamine on võimalik ainult inertses atmosfääris või vaakumis. Temperatuuril 550 kraadi (1022 kraadi F) ühineb see klooriga. Samuti reageerib see teiste halogeenidega ja neelab vesinikku.
Titaan reageerib kergesti hapnikuga temperatuuril 1200 kraadi (2190 kraadi F) õhus ja temperatuuril 610 kraadi (1130 kraadi F) puhtas hapnikus, moodustades titaandioksiidi. Titaan on üks väheseid elemente, mis põlevad puhtas lämmastikus, reageerides temperatuuril 800 kraadi (1470 kraadi F), moodustades titaannitriidi, mis põhjustab rabedust. Tänu oma kõrgele reageerimisvõimele hapniku, lämmastiku ja paljude teiste gaasidega on filamentidest aurustunud titaan aluseks titaani sublimatsioonipumpadele, milles titaan toimib nende gaaside püüdjana, seondudes nendega keemiliselt. Sellised pumbad toodavad ülimadalat rõhku ülikõrge vaakumsüsteemides odavalt.
Esinemine
Titaan on maakoore sisalduselt üheksandal kohal (0,63 massiprotsenti) ja seitsmendal kohal metall. See esineb oksiididena enamikes tardkivimites, neist saadud setetes, elusolendites ja looduslikes veekogudes. Ameerika Ühendriikide geoloogiakeskuse analüüsitud 801 tüüpi tardkivimitest sisaldas 784 titaani. Selle osakaal muldades on ligikaudu 0,5-1,5 protsenti.
Levinud titaani sisaldavad mineraalid on anataas, brookiit, ilmeniit, perovskiit, rutiil ja titaniit (sfeen). Akaogiiit on äärmiselt haruldane titaandioksiidist koosnev mineraal. Nendest mineraalidest on majanduslik tähtsus vaid rutiil ja ilmeniit, kuid isegi neid on raske leida suurtes kontsentratsioonides. 2011. aastal kaevandati neid mineraale vastavalt umbes 6.0 ja 0,7 miljonit tonni. Märkimisväärsed titaani sisaldavad ilmeniidimaardlad on Austraalia lääneosas, Kanadas, Hiinas, Indias, Mosambiigis, Uus-Meremaal, Norras, Sierra Leones, Lõuna-Aafrikas ja Ukrainas. 2020. aastal toodeti umbes 210,000 tonni titaanmetallist käsnasid, peamiselt Hiinas (110,000 t), Jaapanis (50,000 t), Venemaal (33,{{). 15}} t) ja Kasahstan (15,000 t). Anataasi, ilmeniidi ja rutiili koguvarud ületavad hinnanguliselt 2 miljardit tonni.
Titaani kontsentratsioon ookeanis on umbes 4 pikomolaarne. 100 kraadi juures on titaani kontsentratsioon vees hinnanguliselt alla 10–7 M pH 7 juures. Titaaniliikide identsus vesilahuses jääb teadmata, kuna see lahustub vähe ja puuduvad tundlikud spektroskoopilised meetodid, kuigi ainult 4 pluss oksüdatsiooniaste on õhus stabiilne. Puuduvad tõendid bioloogilise rolli kohta, kuigi on teada, et haruldased organismid koguvad titaani suures kontsentratsioonis.
Titaani leidub meteoriitides ja seda on leitud Päikesest ja M-tüüpi tähtedest (kõige lahedam tüüp), mille pinnatemperatuur on 3200 kraadi (5790 kraadi F). Apollo 17 missiooni käigus Kuult tagasi toodud kivimid koosnevad 12,1 protsendist TiO2-st. Looduslik titaan (puhas metallik) on väga haruldane.
Kui soovite titaani kohta rohkem uudiseid teada saada,palun klõpsake siin.
Võta meiega ühendust: zhangjixia@bjygti.com
