Titan: Das Element

Aus orthopädischer Implantate, Bau von Luft-Handwerk und Raumfahrzeugen zu Designer-Schmuck, findet Titan Mehrfachnutzung und ist damit einer der vielseitigsten Metalle durch den Menschen genutzt. In diesem Artikel Buzzle, erzähle ich die Geschichte von Titan von seiner Entdeckung, Gewinnung, seine bekannten Eigenschaften und Anwendungen. Bevor wir ins Detail gehen, hier ist eine tabellarische Informationen über Titanium "vital statistics".

Titan (Ti)-Eigenschaften

Ordnungszahl

22

Atomgewicht

47,867

Elektronische Konfiguration

1s2 2s2 3s2 2P6 3P6 3d2 4s2

Dichte in Solid State

4,506 g/cm3

Schmelzpunkt

1668 C (3034 F)

Siedepunkt

3287 C (5949 F)

Molare Wärmekapazität

25,060 J / mol K

Isotopes

44Ti, 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti, 50Ti

Entdeckung von Titan

Die Entdeckung von Titan wurde von einem englischen Pfarrer und Mineraloge William Gregor im Jahr 1791 gemacht, während des Studiums Mineralvorkommen in der Manaccan Valley in Cornwall, England. Er erkannte, dass er den Rückstand von einer ganz neuen Metall aus einem Stahl grau Mineral namens "Ilmenit" als kristalline Form von Eisen-Titanoxid (FeTi O3) jetzt bekannt, isoliert. Er nannte es nach dem Ort der Entdeckung als "Manaccanite '.

Noch in diesem Namen nicht bleiben, weil im gleichen Jahr ein deutscher Chemiker Martin Heinrich Klaproth entdeckt, das gleiche Metall-Element von einem anderen Mineral namens "Rutil", jetzt bekannt, die hauptsächlich aus Titandioxid (TiO2) zusammengesetzt sein. Er nannte das neue Metall mehr phantasievoll als "Titan" nach den berühmten "Titanen" in der griechischen Mythologie. Wie Klaproth war ein beliebtes, gut etablierten Chemiker, der auch verbunden war, steckte der Name, obwohl Gregory für die Entdeckung zunächst gutgeschrieben wird.

Extraktionsverfahren von Titan

Doch niemand war in der Lage, eine hohe Reinheit Stichprobe von Titan in der 18. oder 19. Jahrhundert zu isolieren. In den folgenden Jahren wurde dieses Kunststück durch einige findige Chemiker erreicht.

Verfahren Hunter

Flash Forward bis 1910, Matthew Hunter, ein Kiwi Chemiker verfeinert und modifiziert einen chemischen Prozess im Jahr 1887 von Nilsen und Pettersen mit Natrium, die 99,9% reines metallisches Titan, die die Eigenschaft der Duktilität hatte extrahiert entwickelt. Dies machte Titan erhältlich für eine Reihe von Anwendungen für die erste Zeit.

Der erste Schritt bei der Hunter-Verfahren, wie es heute bekannt ist, besteht aus Erwärmen einer Mischung aus Chlor, Koks und Rutil, die ein Produkt bestehend aus Titantetrachlorid (TiCl 4) und Kohlendioxid bei einer sehr hohen Temperatur ergibt:

TiO2 (fest) + 2Cl2 (fest) + C (fest) → TiCl4 + CO2 (gasförmig)

Der zweite Schritt ist die Aufheizung des Titantetrachlorid aus dem vorherigen Schritt mit flüssigem Natrium (Na) in einer Hochtemperatur-Stahl Gehäuse bei 700 bis 800 Grad Celsius. In diesem Prozess als "Reduktion", Reduktion von Titantetrachlorid mit Natrium gibt 99,9% reines metallisches Titan zusammen mit Kochsalz (NaCl) bekannt:

TiCl4 (flüssig) + 4Na (flüssig) → 4NaCl (flüssig) + Ti (fest)

Kroll-Prozess

Obwohl die Hunter-Prozess war die bahnbrechende Prozess der Titan-Extraktion, wurde es von der Kroll-Prozess ersetzt später. Es wurde von William Kroll im Jahr 1940 während des Zweiten Weltkriegs entwickelt. Der erste Schritt in dem Verfahren besteht in der Reduzierung der entweder Titan-Mineralien Ilmenit oder Rutil durch Koks bei einer Temperatur von 1000 Grad Celsius. Die so gebildete Mischung wird dann auf Chlor und Titantetrachlorid unterzogen. Dann durch den Prozess der fraktionierten Destillation viele der überschüssigen Bestandteilen des Minerals entfernt werden. In der letzten Stufe TiCl4 von Magnesium in flüssiger Form bei einer Temperatur von 800 verringert - 850 Grad Celsius wieder in einem Hochtemperatur-Stahl Gehäuse zu Titan geben:

2Mg (flüssig) + TiCl4 (gasförmig) → 2MgCl2 (flüssig) + Ti (fest)

Die weitere Verarbeitung ist erforderlich, um Titan aus der Mischung von resultierenden Produkten zu extrahieren. Dies kann durch Vakuumdestillation erreicht werden. Titan durch diesen Prozess gewonnen ist hochrein und duktil. Dies ist die etablierten kommerziellen Verfahren zur Herstellung aus Titan auf der ganzen Welt jetzt.

Physikalische und chemische Eigenschaften von Titan

Titan (Ti) ist eine grundlegende chemische Element mit der Ordnungszahl 22 und durchschnittliche Atomgewicht 47.9gm. Seine elektronische Konfiguration 1s2 2s2 3s2 2P6 3P6 4S2 3d2 mit 2 ungepaarten Elektronen in der d-Schale. In seiner reinen Form ist Titan eine silberfarbene Übergangsmetall. Der Schmelzpunkt und der Siedepunkt von Titan sind 1668 Grad Celsius und 3287 Grad Celsius sind.

Reines Titan hat sehr geringer Dichte (4,506 g/cm3 bei Raumtemperatur) im Vergleich zu anderen Metallen und verfügt über mehr als durchschnittliche Stärke. Deren wichtigste Eigenschaft ist, dass es sehr korrosionsbeständig ist im Vergleich zu anderen Metallen ist. Sie widersteht verdünnter Schwefelsäure und Salzsäure, Meerwasser, Chlorverbindungen sowie gasförmiges Chlor und organischen Säuren ohne Korrosion. Titan bildet starke, leichte Legierungen mit Aluminium, Eisen, Vanadium und Molybdän. Im Vergleich zu Stahl ist Titan in vergleichbarer Stärke ist es doch 45% leichter!

Es befindet sich in der Erdkruste in Form von Verbindungen vor und wird den neunten Platz in Bezug auf die Hülle und Fülle. Moderne Studien haben gezeigt, dass die Erde und der Mond Aktien geologischen Geschichte. Nicht überraschend, zeigen Gesteinsproben vom Mond durch die Apollo-Missionen gesammelten eine Fülle von Titan-Verbindungen. In Zukunft kann der Mond für Titan abgebaut werden. Spuren von Titan-Verbindungen wurden auch in der Sonne Zusammensetzung durch spektroskopische Untersuchungen gefunden worden. In der Tat Titan-Verbindungen sind in den meisten der Zwerg M-Sterne wie die Sonne gefunden. Spuren von Titan sind ebenfalls in den menschlichen Körper und Pflanzen gefunden, aber es ist nicht-reaktiv und daher spielt keine biologische Rolle. Diese sehr Immobilie und ihrer Verformbarkeit macht es zum idealen Baustein zum Aufbau chirurgische Implantate.

Titan hat eine mittlere Atomgewicht, weil es 5 Isotope mit Atomgewichten von 46 bis 50, von denen 48Ti ist das häufigste ist. Es ist bekannt, dimorphen, die es kommt in zwei kristallinen Formen bedeutet. Unterhalb 880 Grad Celsius, gibt es in der hexagonalen Alpha-Form und oberhalb dieser Temperatur gibt es in der kubischen Beta-Form. Es ist eines der teuersten Metalle heute.

Uses of Titan

Wegen seiner hohen Reißfestigkeit, geringe Dichte und geringem Gewicht ist Titan die erste Wahl aus Metall für aicrafts, Raumfahrzeuge und Raketen-Programme. Seine Fähigkeit, hochfeste Legierungen mit anderen Metallen verbessert seine Verwendbarkeit in der Herstellung von chirurgischen Instrumenten und Prothetik. Aufgrund seiner Vielseitigkeit, sind die Verwendungen von Titanium viele.

Es ist in der Herstellung von Stahl verwendet und findet Verwendung in Form einer Vielzahl von Legierungen, nachdem sie mit anderen Metallen wie Eisen, Vanadium, Mangan und Kupfer vermischt. Es wird am häufigsten in der Form von Titandioxid (TiO2), als Pigment in Kunststoff, Farben, Papier und als Hautschutzcreme in Sonnenschutzmitteln verwendet wird. Other than that, Titan ist in der Herstellung von Feuerwerkskörpern verwendet, Sportgeräte, Schmuck, Fahrräder, Autos, Schusswaffen, Laptops und viele andere Waren.

Aufgrund seiner anti-korrosiven Eigenschaften in Meerwasser, ist es für wichtige Teile der New-Age-Destillationsanlagen an der Küste gebaut werden. Titandioxid ist weit verbreitet in Farben von den Künstlern und auch in Wandfarben verwendet. Titan Lack reflektiert Infrarotstrahlung, da es nicht in seine Absorptionsbande fällt. Diese Eigenschaft wird ausgenutzt, um hitzebeständige Schutzschilde für Gebäude zu erstellen.

So Titan rechtfertigt ihre Benennung nach den Titanen, als es der Bau von robusten Raumfahrzeuge möglich macht. Es macht die Menschheit den Sprung ins Weltall möglich!