تیتانیم(1)

تیتانیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Ti و عدد اتمی 22 می باشد. تیتانیم که عنصری است نرم ، سبک، نقره ای براق، درخشان و فلز انتقالی مقاوم در برابر فرسایش، در آلیاژ های محکم و سبک و رنگ دانه های سفید کاربرد دارد. این عنصر در مواد معدنی متعددی وجود دارد ولی منابع اصلی آن روتیل و ایلمنیت هستند.

ویژگی های قابل توجه

تیتانیم عنصر فلزی است که به سبب مقاومت زیاد خود در برابر فرسودگی ( تقریباً به مقاومت پلاتینیم) و استحکامی که نسبت به وزن خود دارد معروف است. فلزی است سبک، محکم، قابل ساخت آسان با جرم حجمی پایین 40% ( هم چگال با فولاد) که به شکل خالص کاملاً چکش خوار، آسان برای کار، براق و به رنگ نقره ای درخشان می باشد. نقطه ذوب نسبتاً زیاد این عنصر آن را به یک فلز دیر گداز مفید تبدیل کرده است.

تیتانیم به سختی فولاد اما 45% سبکتر از آن است و با اینکه 60% سنگین تر از آلومینیم می باشد دو برابر محکم تر از آن است. این خصوصیات، تیتانیم را در برابرانواع معمولی فرسودگی بسیار مقاوم می کند.

این فلز در معرض هوا یک لایه اکسید بی اثری را تولید می کند اما اگر در محیط های بدون اکسیژن قرار گیرد انعطاف پذیر است. این فلز که اگر در هوا گرم شود شروع به سوختن می کند، تنها عنصری است که می تواند در گاز نیتروژن خالص بسوزد. تیتانیم در مقابل اسید سولفوریک رقیق، اسید هیدروکلرید ریک، گاز کلر، محلول های کلرید و بیشتر اسیدهای آلی مقاوم است.

تجربیات نشان داده که تیتانیم بعد از بمباران با دوترون بسیار رادیواکتیو شده و عمدتاً ارسال پوزیترون و اشعه های نیرومند گاما می کند. این عنصر دارای دو گونه است؛ شکل آلفا چهار ضلعی که در دمای 880 درجه سانتیگراد به آرامی به شکل بتا مکعبی تغییر می کند. اگر در اثر حرارت سرخ شود با اکسیژن ترکیب شده و در حرارت 550 درجه سانتیگراد با کلر ترکیب می گردد.

کاربردها

تقریباً 95% تیتانیم به شکل دی اکسید تیتانیم  TiO)2) مصرف می شود که رنگ دانه سفید ثابتی است با قدرت پوشش خوب در رنگ ها، کاغذ و پلاستیک ها.

رنگ هایی که با دی اکسید تیتانیم ساخته می شوند منعکس کننده های بسیار خوب پرتو مادون قرمز هستند و بنابراین منجمان بطور گسترده ای از آن استفاده می کنند.

آلیاژ های تیتانیم به علت استحکام، سبکی، مقاومت بسیار زیاد در برابر فرسودگی و توانایی تحمل حرارت های بسیار زیاد در هواپیما و موشک مورد استفاده قرار می گیرند. اگرچه کاربردهای آن در محصولات مصرفی مثل چوب گلف، دوچرخه و کامپیوتر های laptop  نیز در حال رواج است. تیتانیم بیشتر با آلومینیم آهن، منگنز، مولیبدنم و مواد دیگر آلیاژ می سازد.

سایر کاربردها

• به علت مقاومت زیاد آن در برابر آب دریا از آن برای ساخت میله های پروانه و وسایل کشتی استفاده می شود.
• برای ساخت سنگ جواهر های مصنوعی ظریف بکار می رود.
• مایع بی رنگ تتراکلرید تیتانیم ( TiCl4) برایiridize شیشه مورد استفاده قرار می گیرد و چون در هوای مرطوب شدیداً تولید بخار می کند برای ایجاد پرده دود (جهت استتار) نیز کاربرد دارد.
• علاوه بر اینکه دی اکسید تیتانیم رنگ دانه بسیار مهمی است چون خودش توانایی محافظت از پوست را دارد در کرم های ضد آفتاب به کار برده می شود.
• چون این فلز از نظر فیزیولوژیکی بی اثر محسوب می شود از آن در پیوندهای جایگزینی مفصل مثل لگن مورد استفاده است.
• به علت بی اثری و رنگ های جذاب، استفاده از آن به عنوان زیورآلات بدن رایج شده است.
• یکی از کاربردهای بالقوه تیتانیم در کارخانه های آب شیرین کن است.

تاریخچه

تیتانیم (واژه لاتین Titans اولین فرزند پسر Gaia) در سال 1791 در انگلستان توسط جناب William Gregor که متوجه وجود عنصرجدیدی در ایلمنیت شده بود کشف شد. این عنصر چند سال بعد توسط Heinrich Klaproth شیمیدان آلمانی در کانی روتیل دوباره کشف گردید. در سال 1795 Klaproth این عنصر جدید را بر اساس Titan در اساطیر یونان نامگذاری نمود.

Matthew A. Hunter در سال 1910 بوسیله حرارت دادن TiCl4 با سدیم در بمب فولادی در دمای 800-700 درجه سانتیگراد برای اولین بار تیتانیم فلزی خالص ( 9/99%) تهیه کرد.

فلز تیتانیم تا سال 1946 خارج از آزمایشگاه کاربردی نداشت در این سال William Justin Kroll اثبات نمود که می توان تیتانیم را بوسیله کاهش تتراکلرید تیتانیم با منیزیم به صورت تجاری تولید کرد (این روش امروزه همچنان مورد استفاده است).

مرکز یادگیری سایت تبیان - تنظیم: مریم فروزان کیا