خواص فیزیکی و شیمیایی فلز تیتانیم

خواص فیزیکی

همانطور که گفته شد، تیتانیوم فلزی است که استحکام ویژه بالایی دارد. فلزی با چگالی پایین، بادوام، براق و چکش خوار است. به دلیل مقاومت بالای آن در مقابل گرما و آب و همچنین دمای ذوب بالا بیش از 1650 درجه سانتی گراد، در دسته فلزات نسوز قرار می گیرد.

خاصیت پارامغناطیسی دارد و هدایت الکتریکی و حرارتی آن در مقایسه با دیگر فلزات پایین است اما زمانی که به کمتر از دمای بحرانی خود برسد، به ابر رسانا تبدیل خواهد شد.

مقاومت کششی، تیتانیوم با خلوص 99/2 درصد، در حدود 434mpa این مقدار از مقاومت کششی با آلیاژهای فولاد برابری می کند اما چگالی پایین تری در مقایسه با آلیاژهای فولاد دارد.در خصوص چگالی این فلز می توان اشاره کرد که با وجود اینکه این عنصر در حدود 60 درصد چگال تر از آلومینیوم است اما استحکام آن را بیش از دو برابر آلیاژهای معمول آلومینیوم تخمین می زنند.

آلیاژهایی از این فلز موسوم به Beta C وجود دارند که مقاومت کششی آنها تا 1400 mpa نیز می رسد اما به طور کلی این فلز با گرم شدن بیش از 430 درجه سانتی گراد، مقاومت خود را از دست می دهد.در ماشین کاری این فلز باید دقت کافی داشت چراکه به سادگی با ماشین کاری تغییر شکل می دهد و باید از ماشین آلات مرغوب به همراه دستگاه های خنک کننده استفاده کرد.

خواص شیمیایی تیتانیوم

همانند آلومینیوم و منیزیم، این فلز و آلیاژهای آن به سرعت در معرض هوا اکسید می شوند. این عنصر در دمای 1200 درجه سانتی گراد با اکسیژن و 610 درجه سانتی گراد با اکسیژن خالص به سادگی واکنش و تشکیل دی اکسید تیتانیوم می دهد.

در هر صورت همانطور که گفته شد واکنش آن با آب و هوا در دمای محیط بسیار آهسته صورت می گیرد چراکه در اثر این واکنش یک لایه مقاوم در برابر خوردگی تشکیل می شود که در مقابل اکسید شدن مقاوم است. ضخامت این لایه تنها بین 1-2 نانومتر است و به آرامی ضخامت آن افزایش می یابد به طوریکه بعد از گذشت 4 سال، ضخامت آن در نهایت به 25 نانومتر می رسد.

این فلز در برابر سولفوریک اسید رقیق، هیدروکلریک اسید، محلول های کلرید و بیشتر اسیدهای آلی مقاوم است اما در برابر اسیدهای غلیظ دچار خوردگی می شود. به دلیل پتاسیل منفی اکسید و احیا، این فلز از لحاظ ترمودینامیکی به شدت فعال است به طوریکه در فشار اتمسفر و دمای کمتر از نقطه ذوب می سوزد. در نتیجه ذوب آن تنها در محیط های خنثی یا خلأ امکان پذیر است و در دمای 550 درجه سانتی گراد با کلر ترکیب می شود.

همچنین این عنصر با دیگر هالوژن ها واکنش می دهد و هیدروژن جذب می کند.این فلز از معدود عناصری است که در نیتروژن خالص و دمای 800 درجه سانتی گراد می سوزد و تیتانیوم نیترید Tin شکننده تولید می کند. به دلیل واکنش پذیری بالای این عنصر با اکسیژن، نیتروژن و برخی گازهای دیگر، رشته های تیتانیومی این فلز در پمپ های خلا و بمنظور واکنش با این گازها استفاده می شود.

ایزوتوپ های تیتانیوم

این فلز دارای پنج ایزوتوپ طبیعی پایدار از تیتانیوم 46 تا تیتانیوم 49 است. همچنین تیتانیوم 48 با فراوانی 73/8 درصد، فروانترین ایزوتوپ این عنصر محسوب می شود. علاوه بر این، رادیوایزوتوپ هایی با نیم عمر 63 سال نیز شناسایی شده اند، البته رادیوایزوتوپ های این عنصر معمولا نیمه عمرهای بسیار کمتری حتی کمتر از نیم ثانیه دارند.