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Titanio

Generale
Nome, Simbolo, N° AtomicoTitanio, Ti, 22
Serie chimicametalli del blocco d
Gruppo, Periodo, Blocco4, 4, d
Densità, Durezza4507 kg/m3, 6
Coloreargento metallico
Proprietà atomiche
Peso atomico47,867 amu
Raggio atomico140 pm
Raggio covalente136 pm
Raggio di van der Waalsnd
Configurazione elettronicaAr3d24s2
e- per livello energetico2, 8, 10, 2
Stato di ossidazione4 (amfoterico)
Struttura cristallinaEsagonale
Proprietà fisiche
Stato di aggregazionesolido
Punto di fusione1941 K, (1667,85 °C)
Punto di ebollizione3560 K, (3286,85 °C)
Volume molare10,64 ×10-3 m3/mol
Calore di vaporizzazione421 kJ/mol
Calore di fusione15,45 kJ/mol
Pressione del vapore0,49 Pa a 1933 K
Velocità del suono4140 m/s a 293,15 K
Varie
Elettronegatività1,54 (scala di Pauling)
Capacità calorica specifica520 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica2,34 106/m ohm
Conducibilità termica21,9 W/(m*K)
Prima energia di ionizzazione658,8 kJ/mol
Seconda energia di ionizzazione1309,8 kJ/mol
Terza energia di ionizzazione2652,5 kJ/mol
Quarta energia di ionizzazione4174,6 kJ/mol
Quinta energia di ionizzazione9581 kJ/mol
Sesta energia di ionizzazione11533 kJ/mol
Settima energia di ionizzazione13590 kJ/mol
Ottava energia di ionizzazione16440 kJ/mol
Nona energia di ionizzazione18530 kJ/mol
Decima energia di ionizzazione20833 kJ/mol
Isotopi stabili
isoNATDDMDEDP
44Ti(sintetico)63 annis0,26844Sc
46Ti8,0%Ti stabile con 24 neutroni
47Ti7,3%Ti stabile con 25 neutroni
48Ti73,8%Ti stabile con 26 neutroni
49Ti5,5%Ti stabile con 27 neutroni
50Ti5,4%Ti stabile con 28 neutroni
iso = isotopo
NA = abbondanza in natura
TD = tempo di dimezzamento
DM = modalità di decadimento
DE = energia di decadimento in MeV
DP = prodotto del decadimento

Il Titanio l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha come simbolo Ti e come numero atomico il 22. E' un metallo del blocco d, leggero, resistente, di colore bianco metallico, lucido, resistente alla corrosione. Il titanio viene utilizzato nelle leghe leggere resistenti nei pigmenti bianchi, si trova in numerosi minerali, i principali sono rutile e ilmenite.

Table of contents
1 Caratteristiche
2 Applicazioni
3 Storia
4 Disponibilità
5 Composti
6 Isotopi
7 Precauzioni

Caratteristiche

Il titanio un elemento metallico che ben conosciuto per la sua resistenza alla corrosione (quasi quanto il platino) e per il suo alto rapporto resistenza/peso. E' leggero, duro, con una bassa densità (il 40% di quella dell'acciaio). Quando allo stato puro abbastanza duttile, facilmente lavorabile, lucido, di colore bianco metallico. Il punto di fusione relativamente alto di questo elemento lo rende utile come metallo refrattario. Il titanio resistente come l'acciaio ma il 45% pi leggero, pesa il 60% in pi dell'alluminio ma con una resistenza doppia. Queste proprietà rendono il titanio molto resistente alle forme usuali di fatica dei metalli.

Questo metallo forma una patina di ossido passivo se esposto all'aria, ma quando in un ambiente libero da ossigeno molto duttile. Il titanio, che brucia se riscaldato nell'aria, anche l'unico elemento che brucia in un gas di azoto puro. Il titanio resistente all'acido solforico diluito e all'acido cloridrico, oltre che ai gas di cloro, alle soluzioni di cloruri e alla maggior parte degli acidi organici.

Esperimenti hanno mostrato che il titanio naturale diventa altamente radioattivo se bombardato con nuclei di deuterio, emettendo principalmente positroni e raggi gamma. Il metallo dimorfico con forma alfa esagonale che diventa beta cubica molto lentamente, alla temperatura di circa 880° C. Quando raggiunge il calore rosso il titanio si combina con l'ossigeno e quando raggiunge i 550°C si combina con il cloro.

Applicazioni

All'incirca il 95% del titanio viene consumato in forma di diossido di titanio (TiO2), un pigmento intensamente bianco e permanente con buona capacità coprente, nelle vernici, nella carta e nelle plastiche. Le vernici fatte con il diossido di titanio sono eccellenti riflettrici della radiazione infrarossa e sono quindi usate estensivamente dagli astronomi.

A causa della loro resistenza (anche alla corrosione), leggerezza, e capacità di sopportare temperature estreme, le leghe di titanio vengono utilizzate principlamente nell'industria aeronautica e aerospaziale, anche se il loro utilizzo in prodotti di consumo quali: mazze da golf, biciclette, e computer portatili, sta diventando sempre pi comune. Il titanio viene spesso messo in lega con: alluminio, ferro, manganese, molibdeno e altri metalli. Altri impieghi:

  • Grazie all'eccellente resistenza all'acqua di mare, viene usato per fabbricare parti dei propulsori marini.
  • Viene utilizzato per produrre gemme artificiali relativamente morbide.
  • Il tetracloruro di titanio (TiCl4), un liquido incolore, viene usato per ottenere l'iridescenza del vetro, e poich emette un fumo denso nell'aria umida, viene anche usato per la fabbricazione di fumogeni.
  • In aggiunta ad essere un importante pigmento, il diossido di titanio viene impiegato nei filtri solari a causa della sua capacità di proteggere la pelle.
  • Siccome considerato fisiologicamente inerte, il titanio usato nelle giunture delle protesi artificiali, ad esempio per le teste dei femori.
  • Il suo essere inerte e la colorazione attraente lo rendono un metallo popolare per l'uso nei piercing.

Un uso potenziale del titanio si ha per gli impianti di desalinizzazione.

Storia

Il titanio (dal latino Titans, Titani, i primi figli di Gaia) fu scoperto in Inghilterra nel 1791 dal reverendo William Gregor, che riconobbe la presenza di un nuovo elemento nell'ilmenite. L'elemento venne riscoperto molti anni dopo dal chimico tedesco Heinrich Klaproth nei minerali di rutile. Nel 1795 Klaproth battezzò l'elemento con il nome dei Titani della mitologia greca.

Il titanio metallico puro (99.9%) venne preparato per la prima volta nel 1910 da Matthew A. Hunter tramite riscaldamento di TiCl4 con del sodio a 700-800°C.

Il metallo di titanio non venne usato al di fuori dei laboratori fino al 1946 quando William Justin Kroll dimostro che il titanio poteva essere prodotto commercialmente tramite riduzione del tetracloruro di titanio con il magnesio (un metodo ancora in uso tuttoggi).

Disponibilità

Il titanio non si trova libero in natura, ma il nono elemento per abbondanza nella crosta terrestre (0.6% della massa) ed presente in molte rocce ignee e nei sedimenti da esse derivanti. Si trova principalmente nei seguenti minerali: anatase, brookite, ilmenite, leucoxene, perovskite, rutile, e sphene nonch nei titanati e in molti minerali ferrosi. Di questi minerali solo ilmenite, leucoxene, e rutile hanno un importanza economica significativa. Poich ad alte temperature reagisce facilmente con l'ossigeno e il carbonio difficoltoso preparare il metallo di titanio puro. Significativi depositi di minerali di titanio si trovano in Australia, Scandinavia, Nord America e Malesia.

Il metallo si trova nei meteoriti ed stato rintracciato nel Sole e nelle stelle di tipo M. Le rocce portate dalla Luna durante la missione Apollo 17 erano composte per il 12,1% di TiO2. Il titanio si trova inoltre nelle ceneri di carbone, nelle piante ed anche nel corpo umano.

Produzione

Il metallo di titanio si produce commercialmente tramite riduzione di TiCl4 con il magnesio, un processo sviluppato nel 1946 da William Justin Kroll. Questo processo complicato e costoso, ma un nuovo procedimento, chiamato metodo "FFC-Cambridge" potrebbe rimpiazzarlo. Questo nuovo metodo usa come materiale di base la polvere di diossido di titanio (che una forma raffinata di rutile) per ottenere il prodotto finale, un flusso continuo di titanio fuso adatto all'utilizzo immediato per la manufattura di leghe.

Si spera che il metodo FFC-Cambridge renderà il titanio un materiale meno raro e costoso per l'industria aerospaziale e il mercato dei beni di lusso, e che verra impiegato in molti prodotti attualmente fabbricati con alluminio od acciai speciali.

Composti

Anche se il metallo di titanio relativamente poco comune, a causa dei costi di estrazione, il diossido di titanio economico, facilmente disponibile in grandi quantità, e largamente utilizzato come pigmento bianco in vernici, plastiche e cemento da costruzione. La polvere di TiO2 chimicamente inerte, non svanisce con la luce solare, ed molto opaca, ciò le permette di impartire un colore bianco brillante alle sostanze chimiche grigie o marroni che formano le plastiche normalmete usate. Il diossido di titanio puro ha un indice di rifrazione molto alto, e una dispersione ottica superiore al diamante. Zaffiri e rubini prendono il loro asterismo dal diossido di titanio in essi presente.

Isotopi

Il titanio riscontrabile in natura composto da cinque isotopi stabili; Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49 e Ti-50, di questi il Ti-48 il pi abbondante (73.8%). 11 radioisotopi sono stati prodotti, i pi stabili dei quali sono il Ti-44 con emivita di 63 anni, il Ti-45 ha emivita di 184,8 minuti, il Ti-51 di 5,76 minuti, e il Ti-52 di 1,7 minuti. Tutti i restanti isotopi radioattivi hanno emivita inferiore ai 33 secondi, e la maggior parte di questi ha emivita sotto al mezzo secondo.

Gli isotopi del titanio variano in peso atomico da 39,99 amu (Ti-40) a 57,966 amu (Ti-58). La modalità di decadimento primaria prima dell'isotpopo stabile pi abbondante e la cattura di elettrone, la modalità primaria dopo l'isotopo pi diffuso e l'emissione beta. I prodotti del decadimento prima del Ti-48 sono isotopi di scandio e i prodotti primari dopo il Ti-48 sono isotopi di vanadio.

Precauzioni

Il metallo di titanio in polvere comporta un significativo rischio di incendio, ma i sali di titanio sono spesso considerati relativamente innocui. Composti con il cloro, come il TiCl3 e il TiCl4 dovrebbero essere considerati corrosivi. Il titanio inoltre ha una tendenza al bioaccumulo nei tessuti che contengono silicone, ma non gioca alcun ruolo conosciuto negli esseri umani.


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