Tytan został odkryty w Kornwalii w Wielkiej Brytanii przez Williama Gregora w 1791 roku i został nazwany przez Martina Heinricha Klarotha na cześć Tytanów z mitologii greckiej. Pierwiastek występuje w wielu złożach mineralnych, głównie rutylu i ilmenitu, które są szeroko rozpowszechnione w skorupie ziemskiej i litosferze; występuje w prawie wszystkich żywych istotach, a także w zbiornikach wodnych, skałach i glebach. Metal jest wydobywany z głównych rud mineralnych w procesach Krolla i Huntera. Najczęstszy związek, dwutlenek tytanu, jest popularnym fotokatalizatorem i jest stosowany w produkcji białych pigmentów. Inne związki obejmują tetrachlorek tytanu (TiCl4), składnik zasłon dymnych i katalizatorów; oraz trichlorek tytanu (TiCl3), który jest stosowany jako katalizator w produkcji polipropylenu.
Tytan może być stopiony z żelazem, aluminium, wanadem i molibdenem, między innymi, w celu produkcji mocnych, lekkich stopów dla lotnictwa (silniki odrzutowe, pociski i statki kosmiczne), wojskowych, przemysłowych (chemikalia i petrochemia, zakłady odsalania, celuloza i papier) motoryzacja, rolnictwo (rolnictwo), protezy medyczne, implanty ortopedyczne, instrumenty i pilniki dentystyczne i endodontyczne, implanty dentystyczne, artykuły sportowe, biżuteria, telefony komórkowe, i inne aplikacje.
Dwie najbardziej użyteczne właściwości metalu to odporność na korozję i stosunek wytrzymałości do gęstości, najwyższy ze wszystkich elementów metalowych. W stanie niestopowym tytan jest tak samo wytrzymały jak niektóre stale, ale mniej gęsty. Istnieją dwie formy alotropowe i pięć naturalnie występujących izotopów tego pierwiastka, od 46Ti do 50Ti, przy czym 48Ti jest najliczniejsze (73,8%).
Właściwości fizyczne
Jako metal, tytan jest uznawany za wysoki stosunek wytrzymałości do masy. Jest to mocny metal o niskiej gęstości, który jest dość plastyczny (szczególnie w środowisku beztlenowym), lśniący i metaliczno-biały. Stosunkowo wysoka temperatura topnienia (1,668 °C lub 3,034 °F) sprawia, że jest to metal ogniotrwały. Jest paramagnetyczny i ma dość niską przewodność elektryczną i cieplną w porównaniu do innych metali. Tytan jest nadprzewodzący po schłodzeniu poniżej temperatury krytycznej 0,49 K.
Komercyjnie czyste (99,2% czyste) gatunki tytanu mają ostateczną wytrzymałość na rozciąganie około 434 MPa (63 000 psi), co odpowiada zwykłej, niskogatunkowej stopów stali, ale są mniej gęste. Tytan jest o 60% gęstszy niż aluminium, ale ponad dwa razy mocniejszy niż najczęściej stosowany stop aluminium 6061-T6. Niektóre stopy tytanu (np. Beta C) osiągają wytrzymałość na rozciąganie ponad 1 400 MPa (200 000 psi). Jednak tytan traci wytrzymałość po podgrzaniu powyżej 430 ° C (806 ° F).
Tytan nie jest tak twardy jak niektóre gatunki stali poddanej obróbce cieplnej; jest niemagnetyczny i słabo przewodzi ciepło i elektryczność. Obróbka wymaga środków ostrożności, ponieważ materiał może się krzątać, chyba że stosowane są ostre narzędzia i odpowiednie metody chłodzenia. Podobnie jak konstrukcje stalowe, te wykonane z tytanu mają limit zmęczeniowy, który gwarantuje długowieczność w niektórych zastosowaniach.
Metal jest dimorficznym allotropem sześciokątnej formy α, która zmienia się w sześcienną (sieć) β formę ciała w temperaturze 882 ° C (1,620 ° F). Ciepło właściwe formy α dramatycznie wzrasta, gdy jest podgrzewane do tej temperatury przejściowej, ale następnie spada i pozostaje dość stałe dla β formy niezależnie od temperatury.
Właściwości chemiczne
Podobnie jak aluminium i magnez, powierzchnia tytanu i jego stopów utlenia się natychmiast po wystawieniu na działanie powietrza, tworząc cienką nieporowatą warstwę pasywacyjną, która chroni metal luzem przed dalszym utlenianiem lub korozją. Kiedy po raz pierwszy się tworzy, ta warstwa ochronna ma tylko 1-2 nm grubości, ale nadal rośnie powoli, osiągając grubość 25 nm w ciągu czterech lat. Warstwa ta daje tytanowi doskonałą odporność na korozję, prawie równoważną platynie.
Tytan jest w stanie wytrzymać ataki rozcieńczonego kwasu siarkowego i solnego, roztworów chlorków i większości kwasów organicznych. Jednak tytan jest skorodowany przez stężone kwasy. Jak wskazuje jego ujemny potencjał redoks, tytan jest termodynamicznie bardzo reaktywnym metalem, który pali się w normalnej atmosferze w niższych temperaturach niż temperatura topnienia. Topienie jest możliwe tylko w atmosferze obojętnej lub w próżni. W temperaturze 550 °C (1,022 °F) łączy się z chlorem. Reaguje również z innymi halogenami i pochłania wodór.
Tytan łatwo reaguje z tlenem w temperaturze 1 200 °C (2 190 °F) w powietrzu i w temperaturze 610 °C (1 130 °F) w czystym tlenie, tworząc dwutlenek tytanu. Tytan jest jednym z niewielu pierwiastków, które spalają się w czystym gazie azotowym, reagując w temperaturze 800 ° C (1,470 ° F), tworząc azotek tytanu, który powoduje kruchość. Ze względu na wysoką reaktywność z tlenem, azotem i wieloma innymi gazami, tytan odparowywany z włókien jest podstawą tytanowych pomp sublimacyjnych, w których tytan służy jako zmiatacz dla tych gazów poprzez chemiczne wiązanie się z nimi. Takie pompy niedrogo wytwarzają ekstremalnie niskie ciśnienia w systemach o bardzo wysokiej próżni.
Zdarzenie
Tytan jest dziewiątym najobficiej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej (0,63% masy) i siódmym najobficiej występującym metalem. Występuje jako tlenki w większości skał magmowych, w osadach z nich pochodzących, w żywych istotach i w naturalnych zbiornikach wodnych. Spośród 801 rodzajów skał magmowych analizowanych przez United States Geological Survey, 784 zawierało tytan. Jego udział w glebach wynosi około 0,5 do 1,5%.
Powszechnymi minerałami zawierającymi tytan są anataz, brookit, ilmenit, perowskit, rutyl i tytanit (sfen). Akaogiite jest niezwykle rzadkim minerałem składającym się z dwutlenku tytanu. Spośród tych minerałów tylko rutyl i ilmenit mają znaczenie gospodarcze, ale nawet one są trudne do znalezienia w wysokich stężeniach. W 2011 r. wydobyto odpowiednio około 6,0 i 0,7 mln ton tych minerałów. Znaczne złoża ilmenitu tytanu występują w zachodniej Australii, Kanadzie, Chinach, Indiach, Mozambiku, Nowej Zelandii, Norwegii, Sierra Leone, RPA i na Ukrainie. W 2020 r. wyprodukowano około 210 000 ton gąbek tytanowo-metalowych, głównie w Chinach (110 000 t), Japonii (50 000 t), Rosji (33 000 t) i Kazachstanie (15 000 t). Szacuje się, że całkowite rezerwy anatazu, ilmenitu i rutylu przekraczają 2 miliardy ton.
Stężenie tytanu wynosi około 4 pikomolale w oceanie. W temperaturze 100 °C stężenie tytanu w wodzie szacuje się na mniej niż 10−7 M przy pH 7. Tożsamość gatunków tytanu w roztworze wodnym pozostaje nieznana ze względu na jego niską rozpuszczalność i brak czułych metod spektroskopowych, chociaż tylko stan utlenienia 4 + jest stabilny w powietrzu. Nie ma dowodów na rolę biologiczną, chociaż wiadomo, że rzadkie organizmy gromadzą wysokie stężenia tytanu.
Tytan jest zawarty w meteorytach i został wykryty na Słońcu oraz w gwiazdach typu M (najchłodniejszy typ) o temperaturze powierzchni 3 200 °C (5 790 °F). Skały przywiezione z Księżyca podczas misji Apollo 17 składają się w 12,1% z TiO2. Natywny tytan (czysty metaliczny) jest bardzo rzadki.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o Titanium,kliknij tutaj.
Skontaktuj się z nami:zhangjixia@bjygti.com
