Titani

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Titani
22Ti
EscandiTitaniVanadi
-

Ti

Zr
Aspecte
Gris-blanc platejat metàl·lic
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Titani, Ti, 22
Categoria d'elements Metalls de transició
Grup, període, bloc 44, d
Pes atòmic estàndard 47,867(1)
Configuració electrònica [Ar] 4s2 3d2
2, 8, 10, 2
Configuració electrònica de Titani
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.)
4,506 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
4,11 g·cm−3
Punt de fusió 1.941 K, 1.668 °C
Punt d'ebullició 3.560 K, 3.287 °C
Entalpia de fusió 14,15 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 425 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 25,060 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 1.982 2.171 (2.403) 2.692 3.064 3.558
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 4, 3, 2, 1[1]
(òxid amfòter)
Electronegativitat 1,54 (escala de Pauling)
Energies d'ionització
(més)
1a: 658,8 kJ·mol−1
2a: 1.309,8 kJ·mol−1
3a: 2.652,5 kJ·mol−1
Radi atòmic 147 pm
Radi covalent 160±8 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Hexagonal
Titani té una estructura cristal·lina hexagonal
Ordenació magnètica Paramagnètic
Resistivitat elèctrica (20 °C) 420 nΩ·m
Conductivitat tèrmica 21,9 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) 8,6 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima) (t. a.) 5.090 m·s−1
Mòdul d'elasticitat 116 GPa
Mòdul de cisallament 44 GPa
Mòdul de compressibilitat 110 GPa
Coeficient de Poisson 0,32
Duresa de Mohs 6,0
Duresa de Vickers 970 MPa
Duresa de Brinell 716 MPa
Nombre CAS 7440-32-6
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del titani
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
44Ti sin 63 a ε - 44Sc
γ 0,07D
0,08D
-
46Ti 8,0% 46Ti és estable amb 24 neutrons
47Ti 7,3% 47Ti és estable amb 25 neutrons
48Ti 73,8% 48Ti és estable amb 26 neutrons
49Ti 5,5% 49Ti és estable amb 27 neutrons
50Ti 5,4% 50Ti és estable amb 28 neutrons

El titani és un element químic de nombre atòmic 22 que se situa en el grup 4 de la taula periòdica dels elements i se simbolitza com Ti.

És un metall de transició abundant en l'escorça terrestre; es troba, en forma d'òxid, en l'escòria de certs minerals de ferro i en cendres d'animals i plantes. El metall és de color gris fosc, de gran duresa, resistent a la corrosió i de propietats físiques semblants a les de l'acer; s'usa en la fabricació d'equips per a la indústria química i, aliat amb el ferro i altres metalls, s'empra en la indústria aeronàutica i aeroespacial.

Característiques principals[modifica | modifica el codi]

El titani és un element metàl·lic que presenta una estructura hexagonal compacta, és dur, refractari i bon conductor de l'electricitat i la calor. Presenta una alta resistència a la corrosió (quasi tan resistent com el platí) i quan és pur, és un metall lleuger, fort, brillant i blanc metàl·lic d'una relativa baixa densitat. Posseix molt bones propietats mecàniques i a més té l'avantatge, enfront d'altres metalls de propietats mecàniques semblants, que és relativament lleuger.

La resistència a la corrosió que presenta és deguda al fenomen de passivació que sofreix (es forma un òxid que el recobreix). És resistent a temperatura ambient a l'àcid sulfúric (SO4H2) diluït i a l'àcid clorhídric (ClH) diluït, així com a altres àcids orgànics; també és resistent a les bases, fins i tot a altes temperatures. No obstant es pot dissoldre en àcids en calent. Així mateix, es dissol bé en àcid fluorhídric (HF), o amb fluorurs en àcids. A temperatures elevades pot reaccionar fàcilment amb el nitrogen, l'oxigen, l'hidrogen, el bor i altres no metalls.

Aplicacions[modifica | modifica el codi]

Rellotges amb coberta de titani.
  • Aproximadament el 95% del titani es consumeix com a diòxid de titani (TiO2), un pigment blanc permanent que s'empra en pintures, paper i plàstics. Aquestes pintures s'utilitzen en reflectors pel fet que reflecteixen molt bé la radiació infraroja.
  • A causa de la seva força, baixa densitat i el que pot aguantar temperatures relativament altes, els aliatges de titani s'empren en avions i míssils. També es troba en distints productes de consum, com a pals de golf, bicicletes, etcètera. El titani es mescla generalment amb alumini, ferro, manganès, molibdè i altres metalls.
  • A causa de la seva gran resistència a la corrosió es pot aplicar en casos en què estarà en contacte amb l'aigua del mar, per exemple, en aparells o hèlices. També es pot emprar en plantes dessalinitzadores.
  • S'empra per a obtenir pedres precioses artificials.
  • El tetraclorur de titani (TiCl4) s'usa per a irisar el vidre i pel fet que en contacte amb l'aire forma molt de fum, s'empra per a formar artificialment pantalles de fum.
  • Es considera que és fisiològicament inert, per la qual cosa el metall s'empra en implants de titani, consistents en caragols de titani pur que han estat tractats superficialment per a millorar la seva oseointegració; per exemple, s'utilitza en la cirurgia maxil·lofacial a causa d'aquestes bones propietats. També pel fet de ser inert i a més poder-se pintar, s'empra com a material de pircings.
  • També s'han emprat làmines primes de titani per a recobrir alguns edificis, com per exemple el Museu Guggenheim de Bilbao.
  • Alguns compostos de titani poden tenir aplicacions en tractaments contra el càncer. Per exemple, el clorur de titanocè en el cas de tumors gastrointestinals i de mama.


Història[modifica | modifica el codi]

El titani (anomenat així pels Titans, fills d'Urà i Gea en la mitologia grega) va ser descobert a Anglaterra per Willian Gregor el 1791, a partir del mineral conegut com a ilmenita (FeTiO3). Aquest element va ser descobert novament anys més tard pel químic alemany Heinrich Klaproth, en aquest cas en el mineral rútil (TiO2) i va ser ell qui el 1795 li va donar el nom de titani.

Matthew A. Hunter va preparar per primera vegada titani metàl·lic pur (amb una puresa del 99.9%) escalfant tetraclorur de titani (TiCl4) amb sodi a 700-800 °C en un reactor d'acer.

El titani com a metall no es va usar fora del laboratori fins que el 1946 William Justin Kroll va desenvolupar un mètode per a poder produir-lo comercialment: per mitjà de la reducció del TiCl4 amb magnesi, i aquest és el mètode utilitzat avui en dia (procés de Kroll).

Abundància i obtenció[modifica | modifica el codi]

Metall de Titani
Mineral concentrat de titani en pols

El titani com a metall no es troba lliure en la naturalesa, però és el nové en abundància en l'escorça terrestre i està present en la majoria de les roques ígnies i sediments derivats d'elles. Es troba principalment en els minerals anatasa (TiO2), brookita (TiO2), ilmenita (FeTiO3), leucoxè, perovskita (CaTiO3), rútil (TiO2) i titanita (CaTiSiO5); també com titanat i en moltes menes de ferro. D'aquests minerals, només la ilmenita, el leucoxè i el rútil tenen una significativa importància econòmica. Es troben dipòsits importants a Austràlia, la regió d'Escandinàvia, Estats Units i Malàisia.

El titani metall es produeix comercialment per mitjà de la reducció de tetraclorur de titani (TiCl4) amb magnesi a uns 800 °C sota atmosfera d'argó (si no reaccionaria amb l'oxigen i el nitrogen de l'aire); aquest procés va ser desenvolupat el 1946 per William Justin Kroll i es continua coneixent com a procés de Kroll. D'aquesta manera s'obté un producte porós conegut com a esponja de titani que posteriorment es purifica i compacta per a obtindre el producte comercial.

A fi de pal·liar el gran consum energètic del procés Kroll (de l'orde d'1,7 vegades el requerit per l'alumini) es troben en desenvolupament procediments d'electròlisi en sals foses (clorurs o òxids) que encara no han trobat aplicació comercial.

Si és necessari obtindre titani més pur es pot emprar un mètode, només aplicable en petites quantitats (a escala de laboratori) per mitjà del mètode de van Arkel-de Boer. Aquest mètode es basa en la reacció de titani amb iode a una determinada temperatura per a donar tetraiodur de titani (TiI4) i la seva posterior descomposició a una temperatura distinta per a tornar a donar el metall.

Isòtops[modifica | modifica el codi]

Es troben 5 isòtops estables en la naturalesa: Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49 i Ti-50, sent el Ti-48 el més abundant (73,8%). S'han caracteritzat 11 radioisòtops, sent els més estables el Ti-44, amb un període de semidesintegració de 5,76 minuts i el Ti-52, d'1,7 minuts. Per a la resta, els seus períodes de semidesintegració són inferiors als 33 segons, i la majoria de menys de mig segon.

El pes atòmic dels isòtops va des de 39,99 uma (Ti-40) fins a 57,966 uma (Ti-58). El primer mode de decaïment abans de l'isòtop més estable, el Ti-48, és la captura electrònica, mentre que després d'aquest és la desintegració beta. Els isòtops de l'element 21 (escandi) són els principals productes de decaïment abans del Ti-48, mentre que després són els isòtops de l'element 23 (vanadi).

Precaucions[modifica | modifica el codi]

La pols metàl·lica és pirofòrica. D'altra banda, es creu que les seves sals no són especialment perilloses. No obstant això, els seus clorurs, com TiCl3 o TiCl4, són considerats corrosius. El titani té també la tendència a acumular-se en els teixits biològics.

En principi, no s'observa que jugui cap paper biològic.

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Andersson, N. et al.. «Emission spectra of TiH and TiD near 938 nm». J. Chem. Phys., vol. 118, 2003, pàg. 10543. Bibcode: 2003JChPh.118.3543A. DOI: 10.1063/1.1539848.

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Titani