Titanio
| Generale | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Nome, Simbolo, N° Atomico | Titanio, Ti, 22 | ||||
| Serie chimica | metalli del blocco d | ||||
| Gruppo, Periodo, Blocco | 4, 4, d | ||||
| Densità , Durezza | 4507 kg/m3, 6 | ||||
| Colore | argento metallico | ||||
| Proprietà atomiche | |||||
| Peso atomico | 47,867 amu | ||||
| Raggio atomico | 140 pm | ||||
| Raggio covalente | 136 pm | ||||
| Raggio di van der Waals | nd | ||||
| Configurazione elettronica | Ar3d24s2 | ||||
| e- per livello energetico | 2, 8, 10, 2 | ||||
| Stato di ossidazione | 4 (amfoterico) | ||||
| Struttura cristallina | Esagonale | ||||
| Proprietà fisiche | |||||
| Stato di aggregazione | solido | ||||
| Punto di fusione | 1941 K, (1667,85 °C) | ||||
| Punto di ebollizione | 3560 K, (3286,85 °C) | ||||
| Volume molare | 10,64 ×10-3 m3/mol | ||||
| Calore di vaporizzazione | 421 kJ/mol | ||||
| Calore di fusione | 15,45 kJ/mol | ||||
| Pressione del vapore | 0,49 Pa a 1933 K | ||||
| Velocità del suono | 4140 m/s a 293,15 K | ||||
| Varie | |||||
| Elettronegatività | 1,54 (scala di Pauling) | ||||
| Capacità calorica specifica | 520 J/(kg*K) | ||||
| Conducibilità elettrica | 2,34 106/m ohm | ||||
| Conducibilità termica | 21,9 W/(m*K) | ||||
| Prima energia di ionizzazione | 658,8 kJ/mol | ||||
| Seconda energia di ionizzazione | 1309,8 kJ/mol | ||||
| Terza energia di ionizzazione | 2652,5 kJ/mol | ||||
| Quarta energia di ionizzazione | 4174,6 kJ/mol | ||||
| Quinta energia di ionizzazione | 9581 kJ/mol | ||||
| Sesta energia di ionizzazione | 11533 kJ/mol | ||||
| Settima energia di ionizzazione | 13590 kJ/mol | ||||
| Ottava energia di ionizzazione | 16440 kJ/mol | ||||
| Nona energia di ionizzazione | 18530 kJ/mol | ||||
| Decima energia di ionizzazione | 20833 kJ/mol | ||||
| Isotopi stabili | |||||
| iso | NA | TD | DM | DE | DP |
| 44Ti | (sintetico) | 63 anni | s | 0,268 | 44Sc |
| 46Ti | 8,0% | Ti è stabile con 24 neutroni | |||
| 47Ti | 7,3% | Ti è stabile con 25 neutroni | |||
| 48Ti | 73,8% | Ti è stabile con 26 neutroni | |||
| 49Ti | 5,5% | Ti è stabile con 27 neutroni | |||
| 50Ti | 5,4% | Ti è 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 è 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 è nei pigmenti bianchi, si trova in numerosi minerali, i principali sono rutile e ilmenite.
| Table of contents |
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2 Applicazioni 3 Storia 4 Disponibilità 5 Composti 6 Isotopi 7 Precauzioni |
Caratteristiche
Il titanio è un elemento metallico che è 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 è 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 è resistente come l'acciaio ma il 45% più leggero, pesa il 60% in più 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 è in un ambiente libero da ossigeno è molto duttile. Il titanio, che brucia se riscaldato nell'aria, è anche l'unico elemento che brucia in un gas di azoto puro. Il titanio è 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 è 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.
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 più comune. Il titanio viene spesso messo in lega con: alluminio, ferro, manganese, molibdeno e altri metalli. Altri impieghi:
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).
Il metallo si trova nei meteoriti ed è 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.
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.
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 più abbondante e la cattura di elettrone, la modalità primaria dopo l'isotopo più 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.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.
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.DisponibilitÃ
Il titanio non si trova libero in natura, ma è il nono elemento per abbondanza nella crosta terrestre (0.6% della massa) ed è 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 nonchè nei titanati e in molti minerali ferrosi. Di questi minerali solo ilmenite, leucoxene, e rutile hanno un importanza economica significativa. Poichè ad alte temperature reagisce facilmente con l'ossigeno e il carbonio è difficoltoso preparare il metallo di titanio puro. Significativi depositi di minerali di titanio si trovano in Australia, Scandinavia, Nord America e Malesia. 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 è 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 è 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. Composti
Anche se il metallo di titanio è relativamente poco comune, a causa dei costi di estrazione, il diossido di titanio è economico, facilmente disponibile in grandi quantità , e largamente utilizzato come pigmento bianco in vernici, plastiche e cemento da costruzione. La polvere di TiO2 è chimicamente inerte, non svanisce con la luce solare, ed è 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 è composto da cinque isotopi stabili; Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49 e Ti-50, di questi il Ti-48 è il più abbondante (73.8%). 11 radioisotopi sono stati prodotti, i più 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.
