טיטניום התגלה בקורנוול, בריטניה, על ידי ויליאם גרגור בשנת 1791 ונקרא על ידי מרטין היינריך קלפרות' על שם הטיטאנים של המיתולוגיה היוונית. היסוד מתרחש בתוך מספר מרבצי מינרלים, בעיקר רוטיל ואילמניט, המופצים באופן נרחב בקרום כדור הארץ ובליתוספירה; הוא נמצא כמעט בכל היצורים החיים, כמו גם בגופי מים, סלעים וקרקעות. המתכת מופקת מהעפרות המינרליות העיקריות שלה בתהליכי קרול והאנטר. התרכובת הנפוצה ביותר, טיטניום דו חמצני, היא זרז פוטו פופולרי ומשמשת לייצור פיגמנטים לבנים. תרכובות אחרות כוללות טיטניום טטרכלוריד (TiCl4), מרכיב של מסכי עשן וזרזים; וטיטניום טריכלוריד (TiCl3), המשמש כזרז בייצור פוליפרופילן.
טיטניום יכול להיות סגסוגת עם ברזל, אלומיניום, ונדיום ומוליבדן, בין היתר, לייצור סגסוגות חזקות וקלות משקל עבור תעופה וחלל (מנועי סילון, טילים וחלליות), תהליכים צבאיים, תעשייתיים (כימיקלים ופטרוכימיים, מתקני התפלה, עיסה, ונייר) רכב, חקלאות (חקלאיות), תותבות רפואיות, שתלים אורטופדיים, מכשירים וקבצים דנטליים ואנדודונטיים, שתלים דנטליים, מוצרי ספורט, תכשיטים, טלפונים ניידים ויישומים אחרים.
שני המאפיינים השימושיים ביותר של המתכת הם עמידות בפני קורוזיה ויחס חוזק לצפיפות, הגבוה ביותר מכל אלמנט מתכתי. במצבו הלא-מגוגתי, טיטניום חזק כמו פלדות מסוימות אך פחות צפוף. ישנן שתי צורות אלוטרופיות וחמישה איזוטופים המופיעים באופן טבעי של יסוד זה, 46Ti עד 50Ti, כאשר 48Ti הוא הנפוץ ביותר (73.8 אחוז).
תכונות גשמיות
כמתכת, טיטניום מוכר בזכות יחס החוזק-משקל הגבוה שלו. זוהי מתכת חזקה עם צפיפות נמוכה שהיא די רקיעה (במיוחד בסביבה נטולת חמצן), מבריקה וצבעה מתכתי-לבן. נקודת ההיתוך הגבוהה יחסית (1,668 מעלות או 3,034 מעלות F) הופכת אותו לשימושי כמתכת עקשנית. הוא פרמגנטי ובעל מוליכות חשמלית ותרמית נמוכה למדי בהשוואה למתכות אחרות. טיטניום מוליך-על כשהוא מקורר מתחת לטמפרטורה הקריטית שלו של 0.49 K.
טיטניום טהור מסחרי (99.2 אחוז טהור) חוזק מתיחה אולטימטיבי של כ-434 MPa (63, 000 psi), שווה לזה של סגסוגות פלדה נפוצות בדרגה נמוכה, אך הן פחות צפופות. טיטניום צפוף יותר ב-60 אחוז מאלומיניום, אך חזק יותר מפי שניים מסגסוגת האלומיניום הנפוץ ביותר 6061-T6. סגסוגות טיטניום מסוימות (למשל, בטא C) משיגות חוזק מתיחה של מעל 1,400 MPa (200, 000 psi). עם זאת, טיטניום מאבד כוח כאשר הוא מחומם מעל 430 מעלות (806 מעלות F).
טיטניום אינו קשה כמו כמה דרגות פלדה מטופלת בחום; הוא לא מגנטי ומוליך גרוע של חום וחשמל. עיבוד שבבי מצריך אמצעי זהירות מכיוון שהחומר עלול להתפרץ אלא אם כן נעשה שימוש בכלים חדים ושיטות קירור מתאימות. בדומה למבני פלדה, לאלו העשויים מטיטניום יש מגבלת עייפות המבטיחה אריכות ימים ביישומים מסוימים.
המתכת היא אלוטרופית דימורפית בצורת משושה המשתנה לצורה קובית (סריג) במרכז הגוף ב-882 מעלות (1,620 מעלות F). החום הספציפי של הצורה גדל באופן דרמטי כאשר הוא מחומם לטמפרטורת מעבר זו אך לאחר מכן יורד ונשאר די קבוע עבור הצורה ללא קשר לטמפרטורה.
תכונות כימיות
כמו אלומיניום ומגנזיום, פני השטח של מתכת טיטניום וסגסוגותיה מתחמצנים מיד בחשיפה לאוויר ויוצרים שכבת פסיבציה דקה שאינה נקבוביות המגנה על המתכת בתפזורת מפני חמצון או קורוזיה נוספים. כאשר היא נוצרת לראשונה, שכבת הגנה זו עובי 1-2 ננומטר בלבד, אך היא ממשיכה לגדול לאט, ומגיעה לעובי של 25 ננומטר תוך ארבע שנים. שכבה זו מעניקה לטיטניום עמידות מצוינת בפני קורוזיה, כמעט שווה ערך לפלטינה.
טיטניום מסוגל לעמוד בפני התקפות של חומצות גופרתיות והידרוכלוריות מדוללות, תמיסות כלוריד ורוב החומצות האורגניות. עם זאת, טיטניום נפגע על ידי חומצות מרוכזות. כפי שמצוין על ידי פוטנציאל החיזור השלילי שלו, טיטניום הוא מבחינה תרמודינמית מתכת תגובתית מאוד שנשרפת באטמוספרה רגילה בטמפרטורות נמוכות מנקודת ההיתוך. התכה אפשרית רק באווירה אינרטית או בוואקום. ב-550 מעלות (1,022 מעלות פרנהייט), הוא משתלב עם כלור. הוא גם מגיב עם ההלוגנים האחרים וסופח מימן.
טיטניום מגיב בקלות עם חמצן ב-1,200 מעלות (2,190 מעלות F) באוויר, וב-610 מעלות (1,130 מעלות F) בחמצן טהור, ויוצר טיטניום דו-חמצני. טיטניום הוא אחד היסודות הבודדים שנשרפים בגז חנקן טהור, המגיבים ב-800 מעלות (1,470 מעלות פרנהייט) ליצירת טיטניום ניטריד, הגורם להתפרקות. בגלל התגובתיות הגבוהה שלו עם חמצן, חנקן וגזים רבים אחרים, טיטניום שמתאדה מחוטים הוא הבסיס למשאבות סובלימציה של טיטניום, שבהן הטיטניום משמש כסולק לגזים אלו על ידי קשירה כימית אליהם. משאבות כאלה מייצרות לחצים נמוכים במיוחד במערכות ואקום גבוהות במיוחד.
הִתרַחֲשׁוּת
טיטניום הוא היסוד התשיעי בשכיחותו בקרום כדור הארץ (0.63 אחוז במסה) והמתכת השביעית בשכיחותה. הוא קיים כתחמוצות ברוב הסלעים המעתיים, במשקעים שמקורם בהם, ביצורים חיים ובגופי מים טבעיים. מתוך 801 סוגים של סלעים אמיתיים שנותחו על ידי המכון הגיאולוגי של ארצות הברית, 784 הכילו טיטניום. שיעורו בקרקעות הוא כ-0.5 עד 1.5 אחוזים.
מינרלים נפוצים המכילים טיטניום הם אנטאז, ברוקיט, אילמניט, פרוסקיט, רוטיל וטיטניט (ספפן). Akaogiite הוא מינרל נדיר ביותר המורכב מטיטניום דו חמצני. מבין המינרלים הללו, רק לרוטיל ולאילמניט יש חשיבות כלכלית, אך אפילו אותם קשה למצוא בריכוזים גבוהים. כ-6.0 ו-0.7 מיליון טונות של מינרלים אלו נכרו ב-2011, בהתאמה. מרבצי אילמניט משמעותיים הנושאים טיטניום קיימים במערב אוסטרליה, קנדה, סין, הודו, מוזמביק, ניו זילנד, נורבגיה, סיירה לאון, דרום אפריקה ואוקראינה. כ-210,000 טונות של ספוגי מתכת טיטניום יוצרו בשנת 2020, בעיקר בסין (110,000 ט), יפן (50,000 ט), רוסיה (33,{{ 15}} ט), וקזחסטן (15,000 ט). העתודות הכוללות של אנטאזה, אילמניט ורוטיל מוערכות במעל 2 מיליארד טון.
ריכוז הטיטניום הוא כ-4 פיקומולרים באוקיינוס. ב-100 מעלות, ריכוז הטיטניום במים מוערך כפחות מ-10–7 M ב-pH 7. זהותם של מיני טיטניום בתמיסה מימית נותרה לא ידועה בגלל מסיסותו הנמוכה והיעדר שיטות ספקטרוסקופיות רגישות, אם כי רק 4 פלוס מצב חמצון יציב באוויר. לא קיימות עדויות לתפקיד ביולוגי, אם כי ידוע שאורגניזמים נדירים צוברים ריכוזים גבוהים של טיטניום.
טיטניום כלול במטאוריטים, והוא זוהה בשמש ובכוכבים מסוג M (הסוג הקריר ביותר) עם טמפרטורת פני השטח של 3,200 מעלות (5,790 מעלות F). סלעים שהוחזרו מהירח במהלך משימת אפולו 17 מורכבים מ-12.1 אחוז TiO2. טיטניום מקורי (מתכתי טהור) נדיר מאוד.
אם אתה רוצה לדעת עוד חדשות על טיטניום,בבקשה לחץ כאן.
צור קשר: zhangjixia@bjygti.com
