Titanium

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Nuvola single chevron right.svg Zie Titanium (single) voor de single David Guetta en Sia Furler.
Titanium
Periodiek systeem
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Titanium
Titanium
Algemeen
Naam Titanium
Symbool Ti
Atoomnummer 22
Groep Titaangroep
Periode Periode 4
Blok D-blok
Reeks Overgangsmetalen
Kleur Staalgrijs
Chemische eigenschappen
Atoommassa (u) 47,867
Elektronenconfiguratie [Ar]3d2 4s2
Oxidatietoestanden +2, +3, +4
Elektronegativiteit (Pauling) 1,54
Atoomstraal (pm) 147
1e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 658,82
2e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 1309,85
3e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1) 2652,56
Fysische eigenschappen
Dichtheid (kg·m−3) 4540
Hardheid (Mohs) 6,0
Smeltpunt (K) 1940
Kookpunt (K) 3560
Aggregatietoestand Vast
Smeltwarmte (kJ·mol−1) 20,9
Verdampingswarmte (kJ·mol−1) 425,5
Kristalstructuur Hex
Molair volume (m3·mol−1) 10,6
Geluidssnelheid (m·s−1) 4140
Specifieke warmte (J·kg−1·K−1) 520
Elektrische weerstandΩ·cm) 42
Warmtegeleiding (W·m−1·K−1) 21,9
SI-eenheden en standaardtemperatuur en -druk worden gebruikt,
tenzij anders aangegeven
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Titanium of titaan is een scheikundig element met symbool Ti en atoomnummer 22. Het is een grijs metallisch overgangsmetaal, het behoort met zirkonium (Zr), hafnium (Hf) en rutherfordium (Rf) tot de titaangroep.

Ontdekking[bewerken]

In 1791 ontdekte William Gregor een nog onbekend element in het mineraal ilmeniet. In 1795 herontdekte Martin Heinrich Klaproth het element, ditmaal in rutielerts en hij noemde het titanium naar de titanen uit de Griekse mythologie. Doordat het metaal bij hoge temperaturen makkelijk reageert met zuurstof en koolstof, is het moeilijk zuiver titanium te produceren. In 1922 lukte het Anton Eduard van Arkel zuiver metallisch titaan te bereiden (jodideproces of van Arkel-de Boerproces).

Toepassingen[bewerken]

horloge met titaniumkast
Titanium plaatje gebruikt voor fixatie bij een polsbreuk
  • Omdat het metaal sterk, licht en erg corrosiebestendig is, en bovendien bestand tegen extreme temperatuurschommelingen, worden titaniumlegeringen veel toegepast bij de constructie van vliegtuigen en raketten. Daarnaast wordt titanium veel voor sieraden gebruikt. Voornamelijk omdat het sterk, anti-allergeen en goed bewerkbaar is.
  • Titanium wordt hoofdzakelijk (ongeveer 95%) gebruikt in de vorm van titaniumdioxide (TiO2); een intens wit pigment (titaanwit) in verf, papier en kunststoffen. Verf met titaniumdioxide reflecteert infrarood licht zeer goed, waardoor het veel wordt gebruikt in de astronomie.
  • Als legering in fietsen, golfclubs, brilmonturen, laptopbehuizingen en horlogekasten en -banden en huissleutels vanwege de kleine massadichtheid.
  • Als materiaal voor prothesen, bijvoorbeeld voor een heupimplantaat, omdat het biologisch inert is: het menselijk lichaam stoot dit niet af en het is niet giftig.
  • In scheepsschroeven vanwege de goede bestendigheid tegen zeewater.
  • In een platenwarmtewisselaar, bijvoorbeeld wanneer deze wordt toegepast om te koelen door middel van zeewater.
  • Titaniumtetrachloride (TiCl4, een kleurloze vloeistof) wordt gebruikt voor de productie van titanium volgens het chlorideprocedé. Daarbij verhit men TiO2, gemengd met grafiet, in een oven in een stroom chloor. Na afkoeling condenseert het titaniumtetrachloride. Dat kan, bijvoorbeeld door natrium, gereduceerd worden tot titanium. Titaniumtetrachloride is, in tegenstelling tot het dioxide, een uiterst gevaarlijke stof; het veroorzaakt een dichte nevel als het in aanraking komt met vocht uit de lucht.

TiCl4 is een essentieel onderdeel van Ziegler-Natta-katalysatoren.

  • Titaniumdioxide, in nevelvorm, wordt nu ook gebruikt als bedekkende laag op de oppervlakte van gebouwen of als ingrediënt in plastieken, stoffen en keramiektegels. Op deze wijze gebruikt doet het dienst als katalysator om de verontreinigende stoffen van voertuiguitlaten te ontbinden en 'op te eten'. Deze techniek maakt ook de muren schoon en zuivert de lucht ten voordele van de astmapatiënten.
  • Als constructiemateriaal in ontziltingsinstallaties om zeewater via destillatie om te zetten in drinkwater vanwege de corrosiebestendigheid.

Opmerkelijke eigenschappen[bewerken]

Titanium "crystal bar"

Titanium staat bekend om de goede corrosiebestendige eigenschappen (bijna net zo resistent als platina) omdat het bedekt wordt door een dun hard en inert laagje titaniumoxide dat minstens enkele nanometers dik is. Titanium heeft een gunstige sterkte-massaverhouding. Titanium is net zo sterk als staal, maar heeft slechts 60% van de dichtheid. Zoals meer metalen is titanium brandbaar in zuurstof, maar het is het enige metaal dat brandt in een atmosfeer van zuivere stikstof.

Verschijning[bewerken]

Titanium

Titanium komt op aarde in ruime mate voor in mineralen. Het vormt 0,6% van de massa van de aardkorst en is daarmee 9e op de ranglijst van meest voorkomende elementen na O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na en K. De bekendste titaniumhoudende mineralen zijn ilmeniet en rutiel. Belangrijke vindplaatsen van titaniumerts bevinden zich in Australië, Zuid-Afrika, Scandinavië, Noord-Amerika en Maleisië.

In meteorieten worden soms hoge concentraties titanium gemeten. Stenen die Apollo 17 van de Maan terugbracht bestonden voor 12,1% uit titaniumdioxide. In lage concentraties komt titanium ook voor in steenkool, planten en dieren.

Op commerciële schaal wordt titanium tegenwoordig verkregen door TiCl4 te reduceren met magnesium, een ingewikkeld en kostbaar proces dat in 1946 door William Justin Kroll is ontwikkeld. Een andere techniek die sinds het einde van de twintigste eeuw in opkomst is, is de "FFC-Cambridge"-techniek waarbij titaniumdioxide wordt gebruikt.

Isotopen[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Isotopen van titanium voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Stabielste isotopen
Iso RA (%) Halveringstijd VV VE (MeV) VP
44Ti syn 49 j ß+ 3,924 44Sc
46Ti 8,25 stabiel met 24 neutronen
47Ti 7,44 stabiel met 25 neutronen
48Ti 73,72 stabiel met 26 neutronen
49Ti 5,41 stabiel met 27 neutronen
50Ti 5,18 stabiel met 28 neutronen

In de natuur komen vijf stabiele isotopen van titanium voor waarvan 48Ti het meest. Daarnaast is er een aantal radioactieve isotopen bekend met halveringstijden variërend van 63 jaar tot enkele seconden.

Toxicologie en veiligheid[bewerken]

In poedervorm is titanium brandbaar. Daarentegen gedraagt het materiaal zich in het menselijk lichaam inert; de titaniumdeeltjes die afslijten van een eventueel implantaat, reageren niet met het weefsel in het lichaam. Titanium wordt, evenals aluminium, tegen corrosie beschermd door een natuurlijke, afsluitende oxidelaag. Zeer belangrijk is de bestendigheid van deze laag tegen chloride-ionen. Daardoor is het metaal bestendig tegen zeewater en vormt het een alternatief voor roestvast staal in een chloridebevattend milieu. Ook is titanium zeer geschikt voor piercings. Het is volgens de wet zelfs verplicht dat dit sieraad van titanium is.

Geplatineerd titanium[bewerken]

De oxidelaag op een titaniumelektrode in water gedraagt zich als een selectieve geleider. Een kathode van titanium laat een elektrische stroom gemakkelijk door, maar een anode van titanium heeft een veel hogere potentiaalgradiënt in het oxide nodig om dezelfde stroom door te laten. Als men echter titanium platineert door met een kathodisch proces platina op en in het oxide af te scheiden wordt het oxide ook in anodische richting doorlaatbaar voor stroom. Dit systeem wordt veelvuldig toegepast als anodemateriaal bij elektrolyses, bij galvanische processen en bij kathodische bescherming in een chloridebevattende omgeving.

Externe links[bewerken]

Zoek dit woord op in WikiWoordenboek