Titan, Vous, Numéro atomique 22

Général

Le titane est un élément chimique avec le symbole de l'élément Ti et de numéro atomique 22. Il appartient aux métaux de transition dans le tableau périodique dans l' 4. Sous-groupe (Groupe 4) groupe ou titane. Le métal est blanc, brillant métallique, légèrement, fixé, flexible, corrosion- et résistant à la température. Il est donc particulièrement adapté pour les applications, qui nécessite une haute résistance à la corrosion, Résistance et à faible poids arrive. En raison du processus de production compliqué, le titane est dix fois plus cher que l'acier classique.

Titane a été 1791 découvert en Angleterre par le pasteur et amateur chimiste William Gregor en ilménite. 1795 découverte, le chimiste allemand Heinrich Klaproth dans le minerai de rutile aussi et a donné l'élément - sur la base des dieux grecs sexe des Titans - son nom actuel.

Cependant, ce ne fut que dans l'année 1831 Justus von Liebig, pour gagner du minerai, le titane métallique. Titane pur métal (99,9 %) présenté 1910 première fois Matthew A. Hunter son, pointant dans une bombe en acier tétrachlorure de titane mitNatrium 700 à 800 chauffée ° C.

Seulement dans les années 1940 ont réussi William Justin Kroll avec le processus Kroll en introduisant la réduction à grande échelle de tétrachlorure de titane avec du magnésium pour développer le titane pour des applications commerciales.

Apparition

Le titane est utilisé dans la croûte de la terre que dans les composés avec de l'oxygène que l'oxyde de. Il n'est pas rare, il ne titrant cependant 0,565 % un 9. Placez l'élément le plus abondant dans la croûte continentale de la Terre. La plupart du temps, cependant, il est uniquement présent à faible concentration.

Minéraux importants sont:

  • Ilménite (Ilménite), FeTiO3
  • Leucoxène, une ilménite pauvre en fer
  • Perovskite, CaTiO3
  • Rutile, TiO2
  • Titanesque (Sphen), Comment[SiO4]La
  • Titanate wie Bariumtitanat, (BaTiO3)
  • Compagnon de minerai de fer.

Les principaux gisements sont en Australie, Scandinavie, Amérique du Nord, l'Oural et de la Malaisie. Dans 2010 ont été découverts des dépôts au Paraguay, À ce jour, cependant, leur exploitation est prévu que.

Météorites peut contenir du titane. Dans le soleil et les étoiles de type spectral M titane également été détectée. Sur les occurrences de la lune de la Terre sont également disponibles. Les échantillons de roches de la mission lunaire Apollo 17 contenaient jusqu'à 12,1 % TiO2. Il y a des considérations pour l'exploitation minière d'astéroïdes.

Même dans les cendres de charbon, Plantes et dans le corps humain est contenue.

La production de titane en milliers de tonnes
Classement Terre 2003 2004 2005
1 Australien Australie 1 300 2 110 2 230
2 Südafrika Afrique du Sud 1 070 1 130 1 130
3 Kanada Canada 810 870 870
4 China Chine 400 840 820
5 Norwegen Norvège 380 370 420

Extraction

Le titane pur est dans le sol presque avant. Le titane est récupéré à partir d'ilménite ou de rutile. Le procédé de fabrication utilisé ici est très cher, quel est le prix élevé de titane se traduit. Soleil en coût 2008 une moyenne d'une tonne de titane éponge 12.000 Euro.

Le processus de production est presque inchangée depuis la découverte du processus Kroll. La plupart du démarrage de l'ilménite ou de rutile, est enrichi en dioxyde de titane dans la chaleur avec du chlore et du carbone au titane(IV)-le chlorure et le monoxyde de carbone, on fait réagir. Par la suite, la réduction se produit du titane par du magnésium fondu,. Pour produire des alliages réalisables d'éponge de titane ainsi obtenu doit être refondu dans un four à arc sous vide.

Le plus grand producteur de titane et alliages de titane, le VSMPO-AVISMA ou basée à Verkhnyaya Salda. Ekaterinbourg dans l'Oural, qui, depuis 12. Septembre 2006 est indirectement via l'Rosoboronexport tenant en russe détenue par l'État.

Purest Titan pour gagner après le processus de barre de cristal.

Propriétés

Formes de titane de l'air une couche d'oxyde protectrice extrêmement résistant, ce qui le rend résistant à la corrosion dans de nombreux milieux. Il convient de noter est la haute résistance est à une densité relativement faible. Au-dessus de la température de 400 C. Aller les propriétés de résistance, mais rapidement retourné. De haute pureté titane est ductile. À des températures plus élevées, il est fragilisé par l'absorption d'oxygène, L'azote et l'hydrogène très rapidement. A noter également la forte réactivité du titane avec de nombreux médias à des températures élevées ou une pression élevée, lorsque la couche passive est pas de match pour l'attaque chimique. Ici, la vitesse de réaction peut augmenter jusqu'à l'explosion. En oxygène pur à 25 ° C et 25 bar brûle Titan d'une arête de coupe frais de départ complètement pour le dioxyde de titane. Malgré la couche de passivation réagit à des températures supérieures 880 ° C avec de l'oxygène, à des températures de 550 ° C avec du chlore,. Titane réagit ("Burns") également avec de l'azote pur, ce qui doit être strictement observé, par exemple, lors du burinage le matériau due à la chaleur.

Contre l'acide sulfurique dilué, acide chlorhydrique, le chlorure de solutions contenant, l'acide nitrique à froid et des acides organiques et des bases les plus tels que l'hydroxyde de sodium, de titane est résistant. En revanche, l'acide sulfurique concentré, il se dissout lentement dans, avec la formation de sulfate de titane du violet. En raison du danger d'explosion Pour les applications dans le chlore gazeux, les conditions de fonctionnement doivent être strictement respectées.

Les propriétés mécaniques et le comportement corrosif peuvent être décrits par des additions d'alliage d'aluminium pour la plupart mineures, Vanadium, Mangan, Molybdène, Palladium, Cuivre, améliorer considérablement le zirconium et l'étain.

À une température inférieure 0,4 K est le titane supraconducteur.

Au-dessous 880 ° C est le titane dans un emballage près hexagonal avant. Au-dessus de 880 ° C forme une structure de réseau cubique centré.

Les alliages de titane

Les alliages de titane sont souvent la norme ASTM US Standard Qualité 1 à 35 caractérisé. Qualité 1 à 4 appelé titane pur de différentes qualités.

Le titane pur a le numéro d'article 3.7034; l'importante économiquement la plus (pour les lames de turbocompresseur) Matériau utilisé Ti-6Al-4V (6 % Aluminium, 4 % Vanadium, ASTM:Qualité 5) a le nombre 3.7165 (application industrielle) et 3.7164 (Luftfahrtanwendungen).

D'autres alliages de titane importants, qui sont principalement utilisés dans l'industrie aérospatiale:

désignation chem. composition Un module en GPa Densité en g·cm-3
Ti6246 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo 125,4 4,51
Ti6242 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo 4,50

Nitinol (Nickel-Titan) est une forme que l'on appelle un alliage à mémoire.

Utiliser

Le titane est utilisé principalement en tant que composant de micro-alliage pour l'acier. Il donne à l'acier à des concentrations de 0,01 au 0,1 pour cent en poids d'une haute ténacité, force undDuktilität. Dans les aciers inoxydables titane empêche la corrosion intergranulaire.

Titanbasislegierungen sind mit ca. 45 € / kg plus cher que superalliages. Ils sont donc utilisés que pour les plus hautes exigences:

Applications dans les milieux d'eau de mer et de chlorure

  • pièces de l'hélice de navires tels que les arbres, et de tension pour les applications maritimes
  • Pièces de montage dans le dessalement d'eau de mer
  • Des composants pour l'évaporation de solutions de chlorure de potassium
  • Anodes de HVDC Seekabelübertragungen
  • Appareil chez les plantes de la chimie du chlore

De plein air- et articles de sport

  • pour les vélos de haute qualité en combinaison avec de l'aluminium et du vanadium en tant que matériau de cadre
  • (plongeur)Couteau de titane,- ou des lames en alliage de titane, que des couverts
  • comme des piquets de tente (haute résistance, malgré un faible poids)
  • avec les clubs de golf comme clubhead
  • avec des raquettes de tennis sous
  • quand le curling comme tige extrêmement stable lorsque le curling tige
  • comme vis de glace particulièrement léger dans l'alpinisme
  • comme arbre de la crosse pour une plus grande force avec moins de poids
  • comme morsure rig résistant lors de la pêche des carnassiers aux dents acérées

Utilisez sous la forme de composés

  • Produire des pierres précieuses artificielles relativement douces
  • Titane saphir dopé monocristaux sont utilisés comme milieu actif dans le laser titane saphir pour des impulsions ultracourtes dans la plage de femtosecondes
  • que le tétrachlorure de titane pour produire des miroirs en verre et brouillard artificiel
  • Formation de phases intermétalliques (Ou3Vous) en résistant à la chaleur des alliages de nickel
  • supraconducteurs alliages niobium-titane (DE. B. que les câbles supraconducteurs dans l'électro-aimant de HERA à DESY)
  • en pyrotechnie
  • sur 90 % le Titanerzförderung principalement par le chlorure de- le dioxyde de titane et traité dans une moindre mesure par le procédé au sulfate.
  • comme nitrites de titane pour les revêtements d'inserts et fraises dans l'ingénierie de production

Les composés de titane avec du bore, Carbone ou l'azote sont utilisés comme matériaux durs. En outre, pour la préparation de cermets, Composites de céramique et de métal, Les composés de titane sont utilisés.

Konstruktionsteile

  • Les pièces d'usure dans les équipements de soudure, direct Contacter avec Elektrolot up 500 ° C
  • Des ressorts dans le châssis des véhicules à moteur
  • dans les avions et les vaisseaux spatiaux pour les pièces fortement sollicitées, la nécessité de rester la lumière (Peau à des vitesses supersoniques, lames de compresseurs et d'autres pièces de moteur)
  • dans les turbines à vapeur pour les lames les plus chargées de la partie basse pression
  • en armure: Certains avaient types de l'ex-pression coque d'un alliage de titane Union soviétique sous-marins (DE. B. Mike classe, Alfa-Klasse, Papa-classe ou Sierra-classe). En outre vient Titan, plus que dans le secteur de l'aviation civile, dans l'aviation militaire utilisé. Il en est résulté, qui était aux mariages de la production militaire soviétique, une grande partie du monde promu Titans à la fois produit et installé à nouveau en Russie.
  • en raison de sa faible densité au cours de la production des indicateurs de niveau et les nageurs

Médecine

  • comme biomatériau pour les implants dans le domaine médical et dentaire (Les implants dentaires, chaque année ca. 200.000 Pièces en Allemagne seule) en raison de son excellente résistance à la corrosion, contrairement à d'autres métaux. Une réponse de rejet immunologique (Implantatallergie) ne sont pas là. Même avec des couronnes dentaires et des bridges dentaires, il est utilisé en raison du coût nettement inférieur par rapport aux alliages d'or. Dans l'orthopédie chirurgicale avec des prothèses de jambes métalliques (arthroplasties de la hanche) et Hüftkopfersatz, Genou de remplacement par l'arthrose est-il utilisé en masse. La couche d'oxyde de titane solide permet la croissance de l'os à l'implant (ostéointégration) et permet ainsi l'installation permanente de l'implant artificiel dans le corps humain.
  • Dans l'oreille moyenne chirurgie titane est utilisé comme matériau pour prothèses Gehörknöchelchenersatz et pour l'utilisation de tubes de tympanotomie préférés.
  • En neurochirurgie ont des clips de titane (pour la chirurgie de l'anévrisme) Un tel déplacé en grande partie en acier inoxydable en raison de ses propriétés RMN favorables.

Électronique

  • Dans 2002 amené la société téléphone mobile Nokia 8910 et un an plus tard, le 8910i de téléphone sur le marché, qui présentent un boîtier en titane.
  • Im Avril 2002 amené la société Apple Inc. l'ordinateur portable "PowerBook G4 Titanium" sur le marché. Une grande partie de l'enveloppe ont été en titane et le portable avait en 15.2″-Version d'écran à une épaisseur de 1″ un poids de seulement 2,4 kg.
  • Certaines séries ThinkPad de Lenovo (anciennement IBM) un boîtier en titane renforcé en matière plastique ou un cadre de logement fait d'un composite de titane-magnésium.

Autres domaines d'application

  • Bijoux, Des montres et des montures de lunettes en titane
  • Münzen mit Titankern (DE. B. Austrian 200 pièces Schilling)
  • Pompe à sublimation de titane pour produire ultravide
  • Galvanoplastie en tant que cadre de support pour l'oxydation anodique de l'aluminium (ELOXAL)
  • Dans le cadre de l'normalisé selon CRISAT balle résistant à l'ouest

Preuve

TiO2+ forme avec le peroxyde d'hydrogène a un complexe jaune-orangée caractéristique (Triaquohydroxooxotitan(IV)-complexe), qui est également adapté pour la détection photospectrometric.

standardiser

Titane et alliages de titane sont normalisés, entre autres,:

  • DE 17850, Sortie:1990-11 Titan; composition chimique,
  • ASTM B 348: Spécification standard pour Titane et alliage de titane, Bars et billettes
  • ASTM B 265: Spécification standard pour Titane et alliage de titane, Feuilles et plaques
  • ASTM F 67: Spécification standard pour titane non allié, pour chirurgicaux Applications Implant
  • ASTM F 136: Spécification standard pour Forgé Titanium-6Aluminum-4Vanadium ELI (Extra Low interstitielle) Alliage pour chirurgicaux Applications Implant
  • ASTM B 338: Spécification standard pour sans soudure et soudés en titane et Tubes en alliage de titane pour condenseurs et échangeurs de chaleur
  • ASTM B 337: Spécification pour sans soudure et soudés en titane et en alliage de tuyaux en titane

Sécurité

Titan est inflammable sous forme de poudre, coffre-fort compact. La plupart des sels de titane sont considérés comme inoffensifs. des composés volatils tels que le trichlorure de titane sont très corrosifs, car ils forment avec des traces d'acide chlorhydrique à de l'eau.

Le tétrachlorure de titane est utilisé dans des grenades fumigènes et grenades fumigènes; il réagit avec l'humidité atmosphérique et forme une fumée blanche de dioxyde de titane, également brouillard d'acide chlorhydrique.

inconvénients biologiques de titane dans le corps humain ne sont pas connus à l'heure actuelle. Donc, brisé les articulations de la hanche ou des implants de la mâchoire actuellement fabriqués à partir de titane, Par contraste avec le nickel, pas d'allergies.

Liens

Bien que le titane métallique réservé en raison des coûts de production élevés que les applications exigeantes techniques reste, est devenu un compagnon de la vie quotidienne, le pigment de dioxyde de titane relativement peu coûteux et non toxique. La quasi-totalité des matières plastiques et des peintures blanches d'aujourd'hui, également des colorants alimentaires contenant du dioxyde de titane (il est dans les aliments E 171 pour trouver). Mais aussi dans le électrique- et la technologie des matériaux, et plus récemment dans la fabrication de batteries de haute performance pour l'entraînement du véhicule (Lithium-Titanat-Akku) Les composés de titane sont utilisés.

  • Bariumtitanat, patio3
  • Lithiumtitanat
  • Titan(III)-chlorure, TiCl3
  • Titanborid, tube
  • Titancarbid, Tic
  • Titannitrid, TiN
  • Titan(IV)-chlorure, TiCl4
  • Titan(II)-oxyde TiO
  • Titan(III)-oxyde de Ti2La3
  • Titan(IV)-oxyde (le blanc de titane), TiO2
  • des sous-oxydes de titane ayant une composition de Ti en TiO2La
  • Titan(IV)-oxidsulfat (Titanylsulfat), TiOSO4
  • Ferrotitan
  • Nitinol, un métal à mémoire
  • Titanhydrid, calme2

Général
Nom, Symbole,Numéro atomique Titan, Vous, 22
Série Les métaux de transition
Groupe, Période, Bloquer 4, 4, d
Apparence métallique argenté
CAS-Nummer 7440-32-6
Fraction massique de derErdhülle 0,41 %
Atomique
De masse atomique 47,867 vous
Atomradius (calculé) 140 (176) h
Rayon Kovalenter 160 h
Configuration électronique [Il] 3d2 4s2
Austrittsarbeit 4,33 eV
1. Ionisation 658,8 kJ / mol
2. Ionisation 1309,8 kJ / mol
3. Ionisation 2652,5 kJ / mol
4. Ionisation 4174,6 kJ / mol
Physiquement
État physique fixé
Crystal structure hexagonal (à 882 ° C, à propos de krz)
Densité 4,50 g / cm3 (25 ° C)
Mohs 6
Magnétisme paramagnetisch (\chi_{m} = 1,8 · 10-4)
Point de fusion 1941 K (1668 ° C)
Point d'ébullition 3560 K (3287 ° C)
Volume molaire 10,64 · 10-6 m3/mol
Chaleur de vaporisation 425 kJ / mol
Schmelzwärme 18,7 kJ / mol
Vitesse du son 4140 m / s à 293,15 K
Capacité thermique spécifique 523 J /(kg · K)
La conductivité électrique 2,5 · 106 Un /(Dans · m)
La conductivité thermique 22 W /(m · K)
mécaniquement
E-Modul 105 GPa (= 105 kN / mm2)
Poissonzahl 0,34
Chimique
États d'oxydation +2, +3, +4
Oxyde (Basizität) TiO2 (amphoter)
Normalpotential -0,86 V (TiO2+ + 2 H+ + 4 et-
→ Ti + H2La)
Électronégativité 1,54 (Pauling-rock)
Isotope
Isotope NH t1/2 POUR ZE (MeV) ZP
44Vous {un fils.} 49 un e 0,268 44Sc
45Vous {un fils.} 184,8 min e 2,062 45Sc
46Vous 8,0 % Stable
47Vous 7,3 % Stable
48Vous 73,8 % Stable
49Vous 5,5 % Stable
50Vous 5,4 % Stable
51Vous {un fils.} 5,76 min b- 2,471 51Dans
52Vous {un fils.} 1,7 min b- 1,973 52Dans
Propriétés RMN
Tourner γ in
roue·T-1·s-1
Ilr(1H) fL à
B = 4,7 T
in MHz
47Vous -5 / 2 1,508· 107 0,00209 11,3
49Vous −7/2 1,508· 107 0,00376 11,3
Sécurité
Poudre SGH Identification des dangers
02 – Leicht-/Hochentzündlich

GefahrH- et P-SätzeH: 250EUH: EUH pas fixeP: 222-231- 422 Informations dangereux (Poudre)Poudre

Leichtentzündlich Reizend
Légèrement-
inflammable
Charmant
(F) (Xi)

R- et S-SätzeR: 17-36/37/38S: 26 (Poudre)


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