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Chemische und physikalische Eigenschaften von Titan

Wissenschaft
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Titan ist ein starkes Metall, das in menschlichen Implantaten, Flugzeugen und vielen anderen Produkten verwendet wird. Hier sind Fakten zu diesem nützlichen Element:

Grundfakten

  • Titanium Atomic Number: 22
  • Symbol: Ti
  • Atomares Gewicht: 47,88
  • Entdeckung: William Gregor 1791 (England)
  • Elektronenkonfiguration: [Ar] 4s2 3d2
  • Wortherkunft: Lateinische Titanen: In der Mythologie die ersten Söhne der Erde

Isotope

Es sind 26 Titanisotope bekannt, die von Ti-38 bis Ti-63 reichen. Titan hat fünf stabile Isotope mit den Atommassen 46-50. Das am häufigsten vorkommende Isotop ist Ti-48, das 73,8% des gesamten natürlichen Titans ausmacht.

Eigenschaften

Titan hat einen Schmelzpunkt von 1660 +/- 10 ° C, einen Siedepunkt von 3287 ° C, ein spezifisches Gewicht von 4,54 mit einer Wertigkeit von 2, 3 oder 4. Reines Titan ist ein glänzendes Weißmetall mit geringer Dichte und hoher Festigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit. Es ist beständig gegen verdünnte Schwefel- und Salzsäure, feuchtes Chlorgas, die meisten organischen Säuren und Chloridlösungen. Titan ist nur duktil, wenn es frei von Sauerstoff ist. Titan brennt in der Luft und ist das einzige Element, das in Stickstoff brennt.

Titan ist dimorph, wobei sich die hexagonale a-Form bei 880 ° C langsam in die kubische b-Form ändert. Das Metall verbindet sich mit Sauerstoff bei roten Temperaturen und mit Chlor bei 550 ° C. Titan ist so fest wie Stahl, aber 45% leichter. Das Metall ist 60% schwerer als Aluminium, aber doppelt so stark.

Titanmetall gilt als physiologisch inert. Reines Titandioxid ist ziemlich klar mit einem extrem hohen Brechungsindex und einer optischen Dispersion, die höher ist als die eines Diamanten. Natürliches Titan wird beim Beschuss mit Deuteronen hochradioaktiv.

Verwendet

Titan ist wichtig für das Legieren mit Aluminium, Molybdän, Eisen, Mangan und anderen Metallen. Titanlegierungen werden in Situationen verwendet, in denen eine leichte Festigkeit und die Fähigkeit, extremen Temperaturen standzuhalten, erforderlich sind (z. B. Luft- und Raumfahrtanwendungen). Titan kann in Entsalzungsanlagen eingesetzt werden. Das Metall wird häufig für Bauteile verwendet, die Meerwasser ausgesetzt sein müssen. Eine mit Platin beschichtete Titananode kann verwendet werden, um einen kathodischen Korrosionsschutz gegen Meerwasser bereitzustellen.

Titanmetall hat chirurgische Anwendungen, da es im Körper inert ist. Aus Titandioxid werden künstliche Edelsteine ​​hergestellt, obwohl der entstehende Stein relativ weich ist. Der Asterismus von Sternsaphiren und Rubinen ist auf die Anwesenheit von TiO zurückzuführen2. Titandioxid wird in Haus- und Künstlerfarben verwendet. Die Farbe ist dauerhaft und deckt gut ab. Es ist ein ausgezeichneter Reflektor für Infrarotstrahlung. Die Farbe wird auch in Solarobservatorien verwendet.

Titanoxidpigmente machen die größte Verwendung des Elements aus. Titanoxid wird in einigen Kosmetika verwendet, um Licht zu zerstreuen. Titantetrachlorid wird zum Iridisieren von Glas verwendet. Da die Verbindung in der Luft stark raucht, wird sie auch zur Herstellung von Rauchschutzmitteln verwendet.

Quellen

Titan ist das neunthäufigste Element in der Erdkruste. Es kommt fast immer in magmatischen Gesteinen vor. Es kommt in Rutil, Ilmenit, Sphen und vielen Eisenerzen und Titanaten vor. Titan kommt in Kohlenasche, Pflanzen und im menschlichen Körper vor. Titan kommt in der Sonne und in Meteoriten vor. Steine ​​von der Apollo 17-Mission zum Mond enthielten bis zu 12,1% TiO2. Gesteine ​​früherer Missionen wiesen geringere Anteile an Titandioxid auf. Titanoxidbanden sind in Spektren von M-Sternen zu sehen. 1946 zeigte Kroll, dass Titan durch Reduktion von Titantetrachlorid mit Magnesium kommerziell hergestellt werden kann.

Physische Daten

  • Elementklassifizierung: Übergangsmetall
  • Dichte (g / cm³): 4.54
  • Schmelzpunkt (K): 1933
  • Siedepunkt (K): 3560
  • Aussehen: Glänzendes, dunkelgraues Metall
  • Atomradius (pm): 147
  • Atomvolumen (cm³ / mol): 10.6
  • Kovalenter Radius (pm): 132
  • Ionenradius: 68 (+ 4e) 94 (+ 2e)
  • Spezifische Wärme (bei 20 ° C J / g Mol): 0,523
  • Fusionswärme (kJ / mol): 18.8
  • Verdampfungswärme (kJ / mol): 422,6
  • Debye-Temperatur (K): 380,00
  • Pauling-Negativitätszahl: 1,54
  • Erste ionisierende Energie (kJ / mol): 657,8
  • Oxidationszustände: 4, 3
  • Gitterstruktur: 1,588
  • Gitterkonstante (Å): 2,950
  • CAS Registrierungsnummer: 7440-32-6

Trivia

  • Titan wurde in einem schwarzen Sand entdeckt, der als Ilmenit bekannt ist. Ilmenit ist eine Mischung aus Eisenoxiden und Titanoxiden.
  • William Gregor war der Pastor der Gemeinde Mannacan, als er Titan entdeckte. Er nannte sein neues Metall "Manaccanit".
  • Der deutsche Chemiker Martin Klaproth entdeckte Gregors neues Metall wieder und nannte es Titan nach den Titanen, griechischen mythologischen Wesen der Erde. Der Name "Titan" wurde von anderen Chemikern bevorzugt und letztendlich übernommen, doch Gregor wurde als der ursprüngliche Entdecker anerkannt.
  • Reines Titanmetall wurde erst 1910 von Matthew Hunter - 119 Jahre nach seiner Entdeckung - isoliert.
  • Ca. 95% des gesamten Titans werden zur Herstellung von Titandioxid TiO verwendet2. Titandioxid ist ein extrem helles weißes Pigment, das in Farben, Kunststoffen, Zahnpasta und Papier verwendet wird.
  • Titan wird in medizinischen Verfahren verwendet, da es im Körper nicht toxisch und nicht reaktiv ist.

Verweise

  • Nationales Labor von Los Alamos (2001)
  • Crescent Chemical Company (2001)
  • Langes Handbuch der Chemie (1952)
  • CRC Handbook of Chemistry & Physics (18. Aufl.)
  • Internationale Datenbank der Atomenergiebehörde ENSDF (Okt 2010)
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