فلز تیتانیم

اطلاعات اولیه

تیتانیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Ti و عدد اتمی 22 است. تیتانیم که عنصری است نرم، سبک، نقره ای براق، درخشان و فلز انتقالی مقاوم در برابر فرسایش، در آلیاژهای محکم و سبک و رنگدانه های سفید کاربرد دارد. این عنصر در مواد معدنی متعددی وجود دارد، ولی منابع اصلی آن، روتیل و ایلمنیت هستند.

تاریخچه

تیتانیم در سال 1791 در انگلستان توسط William Gregor که متوجه وجود عنصرجدیدی در ایلمنیت شده بود، کشف شد. این عنصر چند سال بعد توسط Heinrich Klaproth شیمیدان آلمانی در کانی روتیل دوباره کشف گردید. در سال 1795، Klaproth این عنصر جدید را بر اساس Titan در اساطیر یونان نامگذاری نمود.

Matthew A. Hunter در سال 1910 به وسیله حرارت دادن TiCl4 با سدیم در بمب فولادی در دمای 800-700 درجه سانتی گراد برای اولین بار تیتانیم فلزی خالص تهیه کرد.

فلز تیتانیم تا سال 1946 خارج از آزمایشگاه کاربردی نداشت. در این سال، "William Justin Kroll" اثبات نمود که می توان تیتانیم را به وسیله کاهش تتراکلرید تیتانیم با منیزیم به صورت تجاری تولید کرد.

پیدایش

فلز تیتانیم در طبیعت به صورت ترکیب با سایر عناصر وجود دارد و این عنصر، نهمین عنصر فراوان در پوسته زمین محسوب می شود و در بیشتر سنگهای آذرین و رسوبات آنها یافت می شود. بیشتر در مواد معدنی brookite , ilmenite , leucoxene , perovskite , rutile، anatase و sphene وجود داشته و نیز در سنگ معدن آهن و titanates دیده می شود.

از میان این مواد معدنی فقط ilmenite، leucoxene و rutile از نظر اقتصادی اهمیت دارند. چون تیتانیم به راحتی در دماهای زیاد با اکسیژن و کربن واکنش می کند، تهیه فلز تیتانیم خالص مشکل است. منابع مهم تیتانیم در استرالیا، اسکاندیناوی، آمریکای شمالی و مالزی قرار دارند.

این فلز در شهاب سنگها یافت شده و حضور آن در خورشید و ستارگان M-type نیز شناسایی شده است. سنگهایی که در ماموریت آپولو 17 از ماه آورده شده اند، حاوی 1/12% TiO2 هستند. به علاوه تیتانیم در خاکستر ذغال سنگ، گیاهان و حتی بدن انسان یافت شده است.

خصوصیات قابل توجه

تیتانیم، عنصر فلزی است که به سبب مقاومت زیاد خود در برابر فرسودگی و استحکامی که نسبت به وزن خود دارد، معروف است. فلزی است سبک، محکم، قابل ساخت آسان با جرم حجمی پایین 40%  که به شکل خالص کاملا چکش خوار، آسان برای کار، براق و به رنگ نقره ای درخشان می باشد. نقطه ذوب نسبتا زیاد این عنصر، آن را به یک فلز دیر گداز مفید تبدیل کرده است.

تالیم به سختی فولاد اما 45% سبکتر از آن است و با اینکه 60% سنگین تر از آلومینیوم می باشد، دو برابر محکم تر از آن است. این خصوصیات، تیتانیم را در برابر انواع معمولی فرسودگی بسیار مقاوم می کند. این فلز در معرض هوا یک لایه اکسید بی اثری را تولید می کند، اما اگر در محیطهای بدون اکسیژن قرار گیرد، انعطاف پذیر است.

این فلز که اگر در هوا گرم شود، شروع به سوختن می کند، تنها عنصری است که می تواند در گاز نیتروژن خالص بسوزد. تیتانیم در مقابل اسید سولفوریک رقیق، اسید هیدروکلریک، گاز کلر، محلولهای کلرید و بیشتر اسیدهای آلی مقاوم است.

تجربیات نشان داده است که تیتانیم بعد از بمباران با دوترون، بسیار رادیواکتیو شده و عمدتا ارسال پوزیترون و اشعه های نیرومند گاما می کند. این عنصر دارای دو گونه است؛ شکل آلفا چهار ضلعی که در دمای 880 درجه سانتی گراد به آرامی به شکل بتا مکعبی تغییر می کند. اگر در اثر حرارت سرخ شود، با اکسیژن ترکیب شده و در حرارت 550 درجه سانتی گراد با کلر ترکیب می گردد.