|
|
|
|
|
Símbol: Ti |
Nombre atòmic: 22 |
|
|
Titani |
Titanio |
Titanium |
Titane |
Grup: 4 |
Període: 4 |
|
|
Família: Metalls de
transició |
Configuració electrònica: 1s1 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 |
|||||
|
Generalitats |
|||||
|
Descobridor/s: William Gregor |
Nacionalitat: Gran Bretanya |
Any: 1791 |
|||
|
Origen del nom: del llatí
titans, que significa la fortaleza dels Titans grecs, fills de la deessa Terra en la
mitologia grega. |
Una mica
d’història: La seva existència fou descoberta en 1791
pel clergue anglès W. Gregor (1761-1817)
quan estudiava minerals. Va separar l’òxid de titani d’una
sorra negra de Cornwall i va anomenar al nou
element menacita. Quatre anys després, el
químic alemàMartin Heinrich Klaproth el va separar del mineral rutil i l’anomenà titani en alusió a la fortaleza dels Titans grecs, fills de la deessa Terra. Es va
preparar en estat pur per primera vegada pel nord-americà M.A.Hunter en 1910. |
||||
|
Estat natural: No es troba mai en estat
pur. Es presenta com un òxid en els minerals ilmenita
(FeTiO3), rutil (TiO2) i titanita (CaO·TiO2·SiO2).
Els dipòsits d’aquests minerals estan localitzats a Nord-Amèrica, Austràlia, Escandinava i
Malàisia. El titani es present en els meteorits i s’ha
detectat al Sol. Algunes roques lunars contenen altes concentracions del diòxid. Les bandes d’òxid de titani
són prominents en els espectres d’estrelles del tipus M. |
Estructura cristal·lina: Sistema Hexagonal |
|
|||
|
Abundància a
l’ésser humà: - |
Abundància
a la Terra: ocupa el 9è lloc en la classificació dels
elements més abundants en l’escorça terrestre. |
Abundància
al Sistema Solar: 3000 ppb (parts per
bilió) en pes. |
|||
|
Propietats |
|||||||
|
Físiques |
Massa
atòmic (u) |
Densitat
(kg/m3) |
Duresa
(escala de Mohs) |
Volum
atòmic (cm3/mol) |
|||
|
47,867 |
4540 |
6 |
10,64 |
||||
|
Tèrmiques |
Estat
d’agregació a 298 K |
Punt de
fusió (K) |
Punt
d’ebullició (K) |
|
|||
|
sòlid |
1933,2 |
3558 |
|
||||
|
Radis |
Radi
atòmic (Å) |
Radi
iònic (Å) |
Radi
covalent (Å) |
|
|||
|
1,47 |
0,90 (Ti+2) 0,79 (Ti+3) 0,68 (Ti+4) |
1,32 |
|
||||
|
Ionització |
Afinitat
electrònica (KJ/mol) |
1a
energia ionització (KJ/mol) |
2a
energia ionització (KJ/mol) |
3a
energia ionització (KJ/mol) |
Estats
d’oxidació |
||
|
7,6 |
658 |
1310,3 |
2652,5 |
-1, +2, +3, +4 |
|||
|
Elèctriques |
Conductivitat
elèctrica (mOhm.cm)-1 |
Electròniques |
Electronegativitat
(Pauling) |
Polaritzabilitat
(Å3) |
|
||
|
23,8 |
1,54 |
14,6 |
|
||||
|
Termodinàmiques |
Calor
d’atomització (KJ/mol d’àtoms) |
Calor de
fusió (KJ/mol) |
Calor de
vaporització (KJ/mol) |
Calor
específica (J/kg K) |
Conductivitat
tèrmica (J/m s ºC) |
||
|
470,0 |
20,9 |
429,00 |
526,68 |
21,90 |
|||
|
Altres |
Potencial
normal de reducció (v) |
Caràcter
metàl·lic |
Precaucions: les
pólvores del metall de titani tenen perill de foc. Els compostos TiCl3 i
TiCl4 són corrosius. Les sals de titani són
relativament inofensives. Una sobre-exposició
a la pols de titani pot causar dolor en el pit, tos i dificultats per
respirar. El contacte amb la pell i els ulls pot provocar irritació. |
||||
|
-0,86 TiO2+/Ti (solució àcida) |
Metall |
||||||
|
Característiques: |
|
||||||
|
En estat compacte és un metall blanc brillant,
molt dur i summament trencadís en fred, però fàcilment
mal·leable i dúctil al roig. Té una densitat baixa i una
resistència a la corrosió excel·lent. És fisiològicament inert. |
|||||||
|
Isòtops |
||||||
|
Isòtop |
Protons |
Neutrons |
Símbol |
Vida mitjana |
Abundància % |
Altres |
|
Titani – 44 |
22 |
22 |
44Ti |
67 anys |
0,00 |
Radioactiu |
|
Titani – 45 |
22 |
23 |
45Ti |
3,078 hores |
0,00 |
Radioactiu |
|
Titani – 46 |
22 |
24 |
46Ti |
Estable |
8,25 |
|
|
Titani – 47 |
22 |
25 |
47Ti |
Estable |
7,44 |
|
|
Titani – 48 |
22 |
26 |
48Ti |
Estable |
73,72 |
|
|
Titani – 49 |
22 |
27 |
49Ti |
Estable |
5,41 |
|
|
Titani – 50 |
22 |
28 |
50Ti |
Estable |
5,18 |
|
|
Titani - 51 |
22 |
29 |
51Ti |
5,76 minuts |
0,00 |
Radioactiu |
|
Titani - 52 |
22 |
30 |
52Ti |
1,7 minuts |
0,00 |
Radioactiu |
|
Reactivitat |
|
|
Descripció |
El metall
de titani es cobreix amb un estrat d’òxid que normalment el
deixa inactiu. Tanmateix, una vegada encès, amb una flama blanca
espectacular, dona diòxid de titani, TiO2,
i nitrur de titani, TiN. Fins i tot
s’encén en nitrogen pur i forma nitrur de titani: Ti (s) + O2
(g) à TiO2 (s)
2Ti (s) + N2 (g) à 2TiN (s) El titani
reacciona amb l’oxigen a 610º C i amb el nitrogen a 800º C. Reacciona
amb el vapor d’aigua i forma el diòxid
de titani, TiO2 i hidrogen, H2: Ti (s) + 2H2O
(g) à TiO2 (s) + 2H2 (g) No
reacciona amb aigua freda. Reacciona
amb els halògens i dóna halurs de
titani (IV). La reacció amb el fluor exigeix 200ºC de
temperatura: Ti (s) + 2F2
(g) à TiF4 (s) de color blanc Ti (s) + 2I2
(g) à TiI4 (s) de color marró fosc Ti (s) + 2Br2
(g) à TiBr4 (s) de color taronja Ti (s) + 2Cl2
(g) à TiCl4 (l) incolor Amb el
clor també forma el triclorur de titani,
TiCl3 i diclorur de titani, TiCl2. Reacciona
amb l’àcid fluorhídric diluït i forma
l’anió complex (TiF6)3- juntament amb
hidrogen: 2Ti (s) + 12HF (aq) à 2(TiF6)3- (aq)
+ 3H2 (g) + 6H+ (aq) No
reacciona amb àcids minerals a temperatura ambient però si amb
àcid clorhídric calent i forma complexos de titani (III). |
|
Amb aire |
Suau; amb
calor; àTiO2; TiN Ti (s) + O2 (g) à TiO2 (s)
2Ti (s) + N2 (g) à 2TiN (s) |
|
Amb H2O |
No reacciona |
|
Amb HCL 6M |
No reacciona |
|
Amb HNO3 15M |
Es torna passiu |
|
Amb NaOH 6M |
No reacciona |
|
Obtenció |
El
mineral de titani es barreja amb carbonat de potassi i àcid
fluorhídric aquós per a formar fluortitanat
de potassi, K2TiF6, que s’extreu amb aigua
calenta i es descompon amb amoníac. El resultat és
l’òxid amoniacal hidratat, que en fer-lo passar per platí al
roig, produeix el diòxid de titani. El titani
pur s’obté tractant primerament l’òxid amb clor per
a formar tetraclorur de titani, un líquid
volàtil, i posteriorment reduint el líquid amb magnesi a
800ºC en una cambra de ferro i en atmosfera inert per a produir titani
metàl·lic: TiO2 + 2C + 2Cl2
àTiCl4 + 2CO TiCl4 + 2Mg
(1100ºC) à Ti + 2MgCl2 El diclorur
de magnesi sobrant es treu per tractament del producte amb aigua i
àcid clorhídric. Un altre mètode
d’extracció del titani és el mètode Kroll, molt utilitzat i que implica l’acció
de clor i carboni sobre la ilmenita, TiFeO3,
o el rutil, TiO2; en resulta TiCl4
que es separa del FeCl3 per destil·lació
fraccionada. El titani pur s’obté llavors pel mateix
mètode anterior, reducció amb magnesi. També s’obté
titani per reducció del tetraclorur amb sodi
fos i per electròlisi del tetraclorur en
banys de sal fosa. El metall que s’obté es refon per a
comercialitzar-lo en lingots. |
|
Degut a les seves propietats, el
titani s’utilitza en aliatges
metàl·lics amb alumini, molibdè, manganès, ferro
i altres metalls i com a substitut de l’alumini. El titani és tan dur com
l’acer, però molt més lleuger. És dues vegades
més dur que l’alumini i gairebé tan resistent a la
corrosió com el platí. Aliat amb alumini i vanadi, el
titani s’utilitza en la indústria aeronàutica i aerospacial on la
consistència lleugera i l’habilitat per resistir temperatures
extremes són importants, en recobriments
contra incendis, pannells exteriors, components dels trens d’aterratge,
tubs hidràulics, suports i allotjaments de motors, ales de les
turbines compressores i discs de fre. Té resistència
excel·lent a l’aigua de mar i s’utilitza per a eixos
d’hèlices, aparells i altres parts dels vaixells exposats a
l’aigua salada. Un ànode de titani cobert
amb platí proporciona protecció catòdica de la
corrosió per aigua salada. S’utilitza extensament en
observatoris solars on la calor provoca condicions de visionament
pobres. En els projectes Mercuri, Gemini, i
Apolo es va utilitzar el titani per fabricar les
càpsules. També s’utilitza en
cirurgia per la col·locació de pròtesis òssies al
no ser rebutjat per l’organisme. S’utilitza en els intercanviadors de calor en les plantes dessalinitzadores a causa de la seva capacitat per
resistir la corrosió de les aigües salades. En la metal·lúrgia,
els aliatges de titani són utilitzades per
treure oxigen i nitrogen dels metalls fosos. El diòxid
de titani, conegut com blanc de titani, és un pigment blanc brillant
utilitzat en pintures, laques, paper, teixits i gomes. El diòxid
pur és relativament clar i té un índex de
refracció extremadament alt amb una dispersió òptica
més alta que el diamant. Es produeix artificialment per a ús
com a pedra preciosa, però és relativament tou. Els safirs
estrella i els robins exhibeixen el seu asterisme
com a resultat de la presència de TiO2. |
|
|
Lleugerament tòxic |