Készítette: Tóth Krisztián. Web: http://krissz.hu

Titán

22
47.9
4, 3
Ti
4s2
3d2
Titán
Alapadatok
Név, vegyjel, rendszám titán, Ti, 22
Elemi sorozat átmenetifémek
Csoport, periódus, mező 4, 4, d
Megjelenés ezüstös fémes
Atomtömeg 47,867(1) g/mol
Elektronszerkezet [Ar] 3d2 4s2
Elektronok héjanként 2, 8, 10, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 4,506 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 4,11 g/cm³
Olvadáspont 1941 K
(1668 °C, 3034 °F)
Forráspont 3560 K
(3287 °C, 5949 °F)
Olvadáshő 14,15 kJ/mol
Párolgáshő 425 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 25,060 J/(mol·K)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet hexagonális
Oxidációs állapotok +4
(amfoter oxid)
Elektronegativitás 1,54 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 658,8 kJ/mol
Atomsugár 140 pm
Atomsugár (számított) 176 pm
Kovalens sugár 136 pm
Egyéb jellemzők
Mágnesség paramágneses
Fajlagos ellenállás 1,68·10-8 Ω·m
Hővezetési tényező (300 K) 21,9 W/(m·K)
Hőtágulási tényező (25 °C) 8,6 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (szobahőm.) 5090 m/s
Young-modulus 116 GPa
Nyírási modulus 44 GPa
Bulk modulusz 110 GPa
Poisson-arányszám 0,32
Mohs-keménység 6,0
Vickers-keménység 970 MPa
Brinell-keménység 716 HB
CAS-szám 7440-32-6

A Titán bővebb leírása

A titán a periódusos rendszer egy kémiai eleme. Vegyjele Ti, rendszáma 22, nyelvújításkori magyar neve kemeny[1]. Az átmenetifémek közé tartozik.

Története

Az elemet Martin Heinrich Klaproth német vegyész fedezte fel 1795-ben, és a titánokról nevezte el. Ők a görög mitológiában Gaia és Uranosz gyermekei, az erő megtestesítői voltak, akiket Kronosz bukása után arra kárhoztattak, hogy a Föld mélyének rejtett tüzei között éljenek. A fémet szennyezett formában először Berzelius állította elő 1825-ben, nagy tisztaságú formában azonban csak sokkal később nyerték ki: Hunter 1910-ben a titán-kloridot (TiCl4) nátriummal (Na) redukálva állított elő először tiszta titánt.

\mathrm{TiCl_4 + 4Na \rightarrow Ti + 4NaCl}\,\!

Vegyületei

A titán oxidációs száma a vegyületeiben leggyakrabban +4, ritkábban +2 vagy +3. A +2-es oxidációs számú titánt tartalmazó titánvegyületek ionosak, a magasabb oxidációs fokú titánvegyületek többnyire kovalens vegyületek. A titán(III)-sók redukáló hatásúak, az analitikában redukálószerként használják őket.

Halogénvegyületei

A titán legjelentősebb halogénvegyületei a TiCl2 (titán(II)-klorid) és a TiCl4 (titán(IV)-klorid, titán-tetraklorid). A TiCl2 szilárd halmazállapotú, rétegrácsos szerkezetű ionvegyület. A TiCl4 cseppfolyós halmazállapotú, molekularácsos vegyület. A TiCl4 füstöl, és nedves levegőn teljesen hidrolizál, a reakcióban TiO2 (titán-dioxid, titán(IV)-oxid) keletkezik. Vizes sósavoldatban különböző intermedier hidrolízistermékek, például TiOCl2 (titanil-klorid) is keletkezhetnek.[2]

\mathrm{TiCl_4 + 2 \ H_2O \rightarrow 4 \ HCl + TiO_2}\,\!
\mathrm{TiCl_4 + H_2O \rightarrow 2 \ HCl + TiOCl_2}\,\!

A titán (III)-kloridot az analitikában használják redukálószerként (titanometria).

Oxigénvegyületei

A titán(IV)-oxid vagy titán-dioxid fehér színű, vízben oldhatatlan, atomrácsos jellegű szilárd vegyület. Savakkal, lúgokkal szemben ellenálló, a tömény kénsav oldja, a reakcióban titán(IV)-szulfát (Ti(SO4)2) keletkezik. Savanhidridnek tekinthető, belőle különböző titánsavak származtathatók.

\mathrm{TiO_2 + H_2O \rightarrow H_2TiO_3}\,\! (metatitánsav)
\mathrm{TiO_2 + 2 \ H_2O \rightarrow H_4TiO_4}\,\! (ortotitánsav)

A titánsavak sóinak neve: titanát. A titánsavak szerkezetük alapján inkább kettős oxidoknak tekinthetők.

Előfordulása

A titán, amely a földkéreg 0,63%-át adja, nagyon gyakori elem (a kilencedik leggyakoribb elem). Annak oka, hogy régen kevéssé ismerték, annak tulajdonítható, hogy a tiszta fémet igen nehéz volt előállítani, illetve előfordulása meglehetősen szétszórt.
Két legfontosabb ásványa az ilmenit (FeTiO3) és a rutil (TiO2).

Előállítása és felhasználása

1932-ben a luxemburgi Wilhelm Kroll állította elő a titánt titán-kloridból fémkalciummal (Ca), majd később magnéziummal (Mg), illetve nátriummal. Ezen eljárások költségessége megakadályozta a titán kereskedelmi hasznosítását, azonban kedvező tulajdonságai (kis sűrűség, jó mechanikai szilárdság, előnyös ötvöző tulajdonságok) indokolták felhasználását. Fő felhasználási területe még ma is a repülőgépipar, mind a sugárhajtóművek, mind a repülőgépsárkányok előállításához, de széleskörűen használják vegyipari és hajózási berendezések gyártására is. Gyógyászatban az implantátum anyagaként. A tiszta, ötvözetlen titánt, elfogadja az élő szervezet. Előállítására még ma is a Kroll-módszer a legelterjedtebb: ilmenitet vagy rutilt hevítenek klór (Cl2) és szén (C) jelenlétében 900 °C-on:

\mathrm{2 \ FeTiO_3 + 7 \ Cl_2 + 6 \ C \rightarrow 2 \ TiCl_4 + 2 \ FeCl_3 + 6 \ CO}\,\!

A TiCl4 kinyerhető, majd argonatmoszférában zárt kemencében magnéziumolvadékkal redukálható 900 °C-on:

\mathrm{TiCl_4 + 2 \ Mg \rightarrow Ti + 2 \ MgCl_2}\,\!

Előállítása bővebben: Könnyűfém-kohászat