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Titan (Element)


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Titan ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ti und der Ordnungszahl 22. Es gehört zu den Übergangsmetallen. fest dehnbar weiß-metallisch glänzend und korrosionsbeständig ist besonders für hochmobile und korrosive Anwendungen geeignet.

Eigenschaften
Scandium - Titan - Vanadium
Ti
Zr   
 
 
Allgemein
Name Symbol Ordnungszahl Titan Ti 22
Serie Übergangsmetalle
Gruppe Periode Block 4 4 d
Dichte Mohshärte 4507 kg/m 3 6
Aussehen silbrig metallisch
Atomar
Atomgewicht 47.867 amu
Atomradius (berechnet) 140 (176) pm
Kovalenter Radius 136 pm
van der Waals-Radius k.A.
Elektronenkonfiguration [Ar]3d 2 4 s 2
e - 's pro Energieniveau 2 8 10 2
Oxidationszustände ( Oxid ) 4 ( amphoter )
Kristallstruktur hexagonal
Physikalisch
Aggregatzustand ( Magnetismus ) fest ( __ )
Schmelzpunkt 1941 K (1668° C )
Siedepunkt 3560 K (3287°C)
Molares Volumen 10.64 × 10 -3 m 3 /mol
Verdampfungswärme 421 kJ/mol
Schmelzwärme 15.45 kJ/mol
Dampfdruck 0.49 Pa bei 1933 K
Schallgeschwindigkeit 4140 m/s bei 293.15 K
Verschiedenes
Elektronegativität 1.54 ( Pauling-Skala )
Spezifische Wärmekapazität 520 J/(kg*K)
Elektrische Leitfähigkeit 2.34 10 6 /m Ohm
Wärmeleitfähigkeit 21.9 W/(m*K)
1. Ionisierungsenergie 658.8 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1309.8 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 2652.5 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie 4174.6 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie 9581 kJ/mol
6. Ionisierungsenergie 11533 kJ/mol
7. Ionisierungsenergie 13590 kJ/mol
8. Ionisierungsenergie 16440 kJ/mol
9. Ionisierungsenergie 18530 kJ/mol
10. Ionisierungsenergie 20833 kJ/mol
Stabilste Isotope
Isotop NH t 1/2 ZM ZE M eV ZP
44 Ti {syn.} 63 y ε 0.268 44 Sc
46 Ti 8.0% Ti ist stabil mit 24 Neutronen
47 Ti 7.3% Ti ist stabil mit 25 Neutronen
48 Ti 73.8% Ti ist stabil mit 26 Neutronen
49 Ti 5.5% Ti ist stabil mit 27 Neutronen
50 Ti 5.4% Ti ist stabil mit 28 Neutronen
NMR-Eigenschaften
47 Ti 49 Ti
Kernspin -5/2 -7/2
gamma / rad / T 1.508e7 1.508e7
Empfindlichkeit 0.00209 0.00376
Larmorfrequenz bei B=4.7 T 11.3 M Hz 11.3 M Hz
SI -Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt
sofern nicht anders angegeben.

Inhaltsverzeichnis

Bemerkenswerte Eigenschaften

Titan bildet an Luft eine äußerst oxidische Schutzschicht aus die es in vielen korrosionsbeständig macht. Bemerkenswert ist die hohe Festigkeit einer relativ geringen Dichte. Oberhalb einer Temperatur 400°C gehen die Festigkeitseigenschaften aber schnell zurück. Titan ist duktil . Bei höheren Temperaturen versprödet es durch von Sauerstoff Stickstoff und Wasserstoff sehr schnell. beachten ist auch die hohe Reaktivität von mit vielen Medien bei erhöhten Temperaturen oder Druck wenn die Passivschicht dem korrosiven Angriff gewachsen ist. Hier kann die Korrosionsgeschwindigkeit bis Explosion anwachsen. In reinem Sauerstoff bei 25°C 25 bar verbrennt Titan von einer frischen ausgehend vollständig zum Titandioxid. Bei Temperaturen oberhalb 880°C reagiert es mit Sauerstoff bei Temperaturen 550°C reagiert es mit Chlor.

Titan ist das einzige Element das Stickstoff brennen kann. In verdünnter Schwefelsäure Salzsäure Lösungen und den meisten organischen Säuren ist beständig. Wegen der Explosionsgefahr sind bei Anwendungen Chlorgas die Betriebsbedingungen strikt einzuhalten. Die mechanischen und das korrosive Verhalten lassen sich durch geringfügige Legierungszusätze von Aluminium Vanadium Mangan Molybdän Kupfer Zirkonium und Zinn erheblich steigern.

Durch Beschuss mit Deuterium wird Titan Es emmittiert dann Positronen und gamma-Strahlung. Unterhalb 880°C liegt Titan in einer hexagonal dichtesten vor. Oberhalb von 880°C bildet sich eine Gitterstruktur aus.

Besondere Erwähnung muß Titandioxid als Farbpigment finden. Es zeichnet sich eine extrem hohe "Weißkraft" aus und ist seiner Ungiftigkeit als Lebensmittelzusatz E171 zugelassen. Titanverbindungen Kohlenstoff Bor und Stickstoff werden aufgrund ihrer Festigkeit als Hartstoffe eingesetzt.

Anwendungen

Ungefähr 95% des Titans werden als verbraucht. Es zeichnet sich als Farbpigment durch hohe Deckkraft in Farben in Papier und aus. Farben mit Titandioxid als Weißpigment reflektieren Infrarotstrahlung.

Wegen der Summe der Eigenschaften bezüglich Dichte und Beständigkeit werden Titanlegierungen in kleinen in so unterschiedlichen Erzeugnissen wie Raketenbau Golfschlägern Gehäuse für Lap Tops Verdampferanlagen und Wärmetauschern chloridhaltige Medien eingesetzt. Da Titan sehr teuer aber gleichzeitig eine geringen Dichte und äußerst Materialeigenschaften aufweisen lohnt sich die Verwendung von vorallem im Bau von militärischen Flugzeugen und

Eine Besonderheit stellen die Shape-Memory-Metalle dar. längerer Zeit bekannt ist Nitinol eine binäre Verformte Shape-Memory-Metalle nehmen durch Erwärmung ihre ursprüngliche wieder an.

Titan verhält sich inert zum Körpergewebe. verursacht es keine allergischen Reaktionen. In den Jahren wird es daher vermehrt für Schmuck Brillen) Körperschmuck (Body Piercing) und medizinischen Implantaten beispielsweise künstlichen Hüftgelenken genutzt.

Weitere Anwendungen :

  • Anwendungen in Seewasser und chloridhaltigen Medien :
    • Propellerteile wie Wellen sowie Verspannungen für maritime
    • Einbauteile in Meerwasserentsalzungsanlagen
    • Bauteile für die Eindampfung von Kaliumchlorid-Lösungen
  • Herstellung relativ weicher künstlicher Edelsteine (gemstones)
  • Als Titantetrachlorid zur Herstellung von Glasspiegeln und Nebel
  • Als Ferrotitan Zusatz in Stählen als Karbidbildner
  • Bildung von intermetallischen Phasen (Ni 3 Ti) in hochwarmfesten Nickellegierungen
  • Supraleitende Niob-Titan-Legierungen
  • in der Pyrotechnik

Verbindungen des Titans mit Bor Kohlenstoff Stickstoff finden Verwendung als Hartstoffe. Auch zur von Cermets Verbundwerkstoffen aus Keramik und Metall Titanverbindungen eingesetzt.

Geschichte

Titan ( lat. Titan ; nach "Titanen" den riesenhaften Gestalten der Mythologie welche von Zeus besiegt wurden) wurde in England durch den Geistlichen und Amateurchemiker Gregor im Ilmenit bemerkt. Mehrere Jahre später es der deutsche Chemiker Heinrich Klapproth im Rutilerz erneut. 1795 benannte er neue Element Titan.

Reines Titanmetall (99 9%) stellte erstmals A. Hunter 1910 durch Erhitzen von Titantetrachlorid Natrium in einer Stahlbombe auf 700-800°C her.

Erst die Einführung der großtechnisch durchgeführten von Titantetrachlorid mit Magnesium (Kroll-Prozess durch William Kroll;1946) erschloss dem Titan kommerzielle Anwendungen.

Quellen

Titan kommt in der Lithossphäre nur Verbindungen mit Sauerstoff als Oxid vor. Es keineswegs selten steht es doch an 9. der Elementhäufigkeit. Meist ist es aber nur geringer Konzentrationen vorhanden. Wichtige Mineralien sind :
  • Ilmenit (Titaneisenerz) FeTiO 3
  • Leukoxen ein eisenarmes Ilmenit
  • Rutil TiO 2
  • Anatas TiO 2
  • Brookit TiO 2
  • Titanit (Sphen) CaTi[SO 4 ]O
  • Perowskit CaTiO 3
  • Titanate wie Bariumtitanat (BaTiO 4 )
  • Begleiter in Eisenerzen

Die Hauptvorkommen liegen in Australien Skandinavien Nordamerika Australien und Malaysia .

Meteoriten können Titan enthalten. In der und in Sternen des M-Typs (?) wurde Titan nachgewiesen. Gesteinsproben der Apollo 17 Mission bis zu 12 1% TiO 2 . Auch in Kohlenaschen Pflanzen und im Körper ist es enthalten.

Herstellung

Meist vom Ilmenit oder Rutil ausgehend angereichertes Titandioxid mit Chlor zu Titantetrachlorid in Hitze umgesetzt. Anschließend erfolgt eine Reduktion zum durch flüssiges Magnesium (Kroll Prozess nach William Kroll). Zur Herstellung von bearbeitbaren Legierungen muß erhaltene Titanschwamm im Vakuum-Lichtbogenofen umgeschlozen werden.

Verbindungen

Während metallisches Titan wegen der Herstellkosten technischen Anwendungen vorbehalten bleibt ist das preiswerte ungiftige Farbpigment Titandioxid (Titanweiß) ein Begleiter des Lebens geworden. Praktisch alle heutigen weissen Kunststoffe Farben auch Lebensmittelfarben enthalten es. Aber auch Bereich der Elektro- und Werkstofftechnik werden Titanverbindungen

  • Bariumtitanat BaTiO 3
  • Titan(III)-chlorid TiCl 3
  • Titanborid TiB
  • Titancarbid TiC
  • Titannitrid TiN
  • Titan(IV)-chlorid TiCl 4
  • Titan(IV)-oxid (Titanweiß) TiO 2
  • Titan(IV)-oxidsulfat (Titanylsulfat) TiOSO 4
  • Ferrotitan
  • Memory Metall NiTi (Nitinol)

Vorsichtsmaßnahmen

Titanpulver ist feuergefährlich. Die meisten Titansalze als harmlos. Unbeständige Verbindungen wie Titantrichlorid oder sind stark korrosiv da sie mit Spuren Wasser Salzsäure bilden. In siliziumhaltigem (silica?) (könnte Übersetzungsfehler sein da "silica" im technischen Bereich Quarz (SiO2) steht!) Körpergewebe neigt Titan zur Eine biologische Rolle des Titans im menschlichen ist zur Zeit nicht bekannt.

Weblinks



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