Z Wikipédie

22 skandium ← titán → vanád - ↑ Ti ↓ Zr Periodická tabuľka - Rozšírená periodická tabuľka
Všeobecne
Názov, Značka, Číslo	titán, Ti, 22
Séria	prechodné prvky
Skupina, Perióda, Blok	4, 4, d
Vzhľad	striebornokovový
Atómová hmotnosť	47,867(22)  g·mol−1
Elektrónová konfigurácia	[Ar] 3d2 4s2
Elektrónov na hladinu	2, 8, 10, 2
Fyzikálne vlastnosti
Skupenstvo	pevné
Hustota (pri i.t.)	4,506  g·cm−3
Hustota tekutiny v b.t.	4,11  g·cm−3
Teplota topenia (tavenia)	1941 K (1668 °C, 3034 °F)
Teplota varu	3560 K (3287 °C, 5949 °F)
Teplo vyparovania	14,15  kJ·mol−1
Teplo tavenia	425  kJ·mol−1
Tepelná kapacita	(25 °C) 25,060  J·mol−1·K−1
Tlak pary P(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k pri T(K) 1982 2171 (2403) 2692 3064 3558
Atómové vlastnosti
Kryštálová štruktúra	hexagonálna
Oxidačné stupne	2, 3, 4 (amfoterický oxid)
Elektronegativita	1,54 (Paulingova stupnica)
Ionizačné energie (viac)	1.:  658,8  kJ·mol−1
	2.:  1309,8  kJ·mol−1
	3.:  2652,5  kJ·mol−1
Atómový polomer	140  pm
Atómový polomer (vyp.)	176  pm
Kovalentný polomer	136  pm
Rôzne
Magnetické vlastnosti	paramagnetický
Elektrický odpor	(20 °C) 0,420 µ Ω·m
Tepelná vodivosť	(300 K) 21,9  W·m−1·K−1
Tepelná roztiažnosť	(25 °C) 8,6  µm·m−1·K−1
Rýchlosť zvuku (úzka tyč)	(i.t.) 5090  m·s−1
Youngov modul	116  GPa
Pružnosť v šmyku	44  GPa
Objemová pružnosť	110  GPa
Poissonova konštanta	0,32
Mohsova tvrdosť	6,0
Vickersova tvrdosť	970  MPa
Brinellova tvrdosť	716  MPa
Registračné číslo CAS	7440-32-6
Vybrané izotopy
Hlavný článok: Izotopy titánu izotop NA t1/2 ZM ER (MeV) PR 44Ti syn 63 y ε - 44Sc γ 0,07D, 0,08D - 46Ti 8,0% Ti je stabilný s 24 neutrónmi 47Ti 7,3% Ti je stabilný s 25 neutrónmi 48Ti 73,8% Ti je stabilný s 26 neutrónmi 49Ti 5,5% Ti je stabilný s 27 neutrónmi 50Ti 5,4% Ti je stabilný s 28 neutrónmi
Referencie

Titán (titanium) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Ti a protónové číslo 22. Je to ľahký, pevný, lesklý prechodný kov, odolný voči korózii, odolný voči korózii proti morskej vode a chlóru s bielou striebristou-metalickou farbou. Titán je používaný v pevných a ľahkých zliatinách najmä so železom a hliníkom, a jeho zlúčenina TiO₂ je najčastejšia zlúčenina, ktorá je používaná ako biele farbivo - biely pigment. Toto farbivo sa napríklad používa v farbive na opravu preklepov, a bežne je používané vo farbivách na steny. Rovnako je používané v zubných pastách, farbách na maľovanie asfaltových ciest, a v bielych ohňostrojoch.

Prvok sa vyskytuje v početných mineráloch s hlavnou zložkou rutil (oxid titaničitý) a ilmenit, ktoré sú široko rozptýlené po celej zemi. Existujú dve alotropické formy titánu a päť prirodzene sa vyskytujúcich izotopov. ⁴⁶Ti až po ⁵⁰Ti. ⁴⁸Ti je izotop s najväčším prirodzeným výskytom až (73.8%). Najvýznačnejšou vlastnosťou titánu je jeho pevnosť, titán je pevný približne ako oceľ, avšak má 60% hmotnosť. Vlastnosti titánu sú chemicky a fyzikálne podobné zirkóniu.

Obsah 1 Význačné vlastnosti 2 Výskyt a výroba 3 Použitie 4 Zlúčeniny 5 Biologický význam

Význačné vlastnosti

Je to najrýchlejšie korozivný kov. Vytvára na povrchu oxid titaničitý a ten bráni ďalšej korózií korózia. Patri to medzi jeho najlepsie vlastnosti - odolnosťou sa takmer vyrovná platine, dokáže odolávať kyselinám, vlhkému plynnému chlóru a roztokom bežných solí. Čistý titán nie je rozpustný vo vode, ale je rozpustný v koncentrovaných kyselinách.

Titán je ľahký a pevný kov s nízkou hustotou, pomerne vysokou ťažnosťou (obzvlášť v bezkyslíkatom prostredí), ľahko opracovateľný, lesklej bielej farby. Významnou vlastnosťou je aj pomerne vysoká teplota tavenia.

Ďalšia významná vlastnosť titán je, že je to kovový prvok s vynikajúcim pomerom pevnosti a hmotnosti. Titán v komerčnej čistote má rovnakú pevnosť v ťahu ako oceľ strednej pevnosti, avšak je o 43% ľahší. Je o 60% ťažší než hliník, avšak pevnejší než hliníkové zliatiny, aj keď presné čísla závisia od konkrétneho zloženia zliatin a spracovania.

Pri zvýšenej teplote na vzduchu sa na titáne vytvára pasivačná a ochranná oxidová vrstva zabraňujúca korózii, avšak pri izbovej teplote odoláva korózii. Ak sa vo vzduchu zahreje na teplotu 610°C alebo vyššiu, horí za vzniku oxidu titaničitého; a je jedným z mála prvkov, ktoré horia aj v čistej dusíkovej atmosfére (horí pri 800°C). Titán odoláva zriedenej kyseline sírovej aj kyseline chlorovodíkovej, ako aj plynnému chlóru a väčšine organických kyselín. Je paramagnetický (slabo priťahovaný magnetmi) a má veľmi malý merný elektrický odpor a merný tepelný odpor.

Pokusy ukázali, že prírodný titán sa mení na rádioaktívny, keď je ostreľovaný deuterónmi, pričom vyžaruje najmä pozitróny a tvrdé gama žiarenie. Je to dimorfne alotrópny kov (vyskytuje sa v dvoch kryštalických formách) - šesťuholníková alfa forma sa postupne mení na kubickú beta formu okolo 882°C. Rozžeravený do červena sa zlučuje s kyslíkom a pri teplote 550°C sa zlučuje aj s chlórom. Reaguje aj s inými halogénmi a absorbuje vodík.

Výskyt a výroba

Titán je siedmym najrozšírenejším kovom v zemskej kôre, jeho obsah sa odhaduje na 5,7–6,3 g/kg. V morskej vode je vďaka svojej chemickej stálosti prítomný len v koncentrácii 0,001 mg/l. Vo vesmíre pripadá na jeden atóm titánu 1 milión atómov vodíka.

V malom množstve je titán obsiahnutý vo väčšine minerálov a medzi jeho najvýznamnejšie rudy patrí ilmenit - (FeTiO₃ oxid železnato-titaničitý) a rutil (TiO₂ - oxid titaničitý). Významné zásoby týchto minerálov sa nachádzajú v Austrálii, Severnej Amerike, Škandinávii a Malajzii. Významne je titán zastúpený i na mesačnom povrchu – horniny, ktoré získala misia Apollo 17 obsahujú približne 12% TiO₂.

Napriek svojmu vysokému zastúpeniu v zemskej kôre bol čistý kovový titán dlho veľmi vzácnym a drahým materiálom. Dôvodom je skutočnosť, že bežné hutnícke metódy, ktoré sa využívajú na výrobu iných kovov sú v prípade titánu neúčinné vďaka ochote titánu reagovať za zvýšenej teploty s kyslíkom, vodíkom, uhlíkom a dusíkom.

V súčasnosti sa pri priemyslovej výrobe titánu používa predovšetkým tzv. Krollovv proces. Pritom sa najprv pyrolýzou ilmenitu alebo rutilu s uhlíkom a chlórom získava chlorid titaničitý TiCl₄. Po prečistení se jeho pary redukujú horčíkom v inertnej argónovej atmosfére pri teplote okolo 800°C.

TiCl₄ + 2 Mg --> Ti + 2 MgCl₂

Titán vzniknutý touto reakciou je tuhá, pórovitá látka, ktorá se po odstránení chloridu horečnatého a nezreagovaného horčíku ďalej čistí.

Pre zaujímavosť je možné uviesť, že v 50. a 60. rokoch minulého storočia bola výroba kovového titánu sústredená prakticky len v Sovietskom zväze. Postup výroby bol prísne utajovaný a titán bol v prebiehajúcej Studenej vojne považovaný za jednu zo základných strategických surovín. Až neskôr bol výrobný postup špionážne odhalený a postúpený do západnej Európy a USA.

Použitie

Praktické využitie elementárneho titánu vyplýva predovšetkým z jeho mimoriadnej chemickej odolnosti a malej hustoty. Je treba vziať do úvahy, že výroba titánu je v súčasnosti relatívne finančne náročná a prevádzkové nasadenie titánových komponentov je účelné len v prípadoch, keď nie je možné použiť lacnejšiu alternatívu na bázi zliatin hliníka a horčíka – duralov.

Od počiatku priemyslovej výroby kovového titánu spočívalo ťažisko jeho využitia v kozmických technológiách a špeciálnych aplikaciách leteckého priemyslu. Titán a jeho zliatiny sú preto základným materiálom pri výrobe skeletov alebo povrchových ochranných štítov kozmických objektov (družíc, vesmírnych sond a vesmírnych staníc). V leteckom priemysle nachádzajú využitie pri výrobe významne namáhaných súčastí lietadel, teda predovšetkým pri konštrukcii vojenských stíhacích lietadiel a dnes i pri konštrukcii komerčných dopravných lietadel.

V chemickom priemysle je titán stále populárnejším materiálom na výrobu alebo jednoduché vystlanie chemických reaktorov, ktoré pracujú v extrémnych podmienkach a vyžadujú vysokú odolnosť voči korózii.

Titán je stále častejšie používaný v zariadeniach, ktorá dlhodobo pracujú v styku s morskou vodou. Môžu to byť súčasti lodí alebo ponoriek (lodné skrutky), ale i komponenty priemyslových celkov, slúžiacich na odsoľovanie (desalináciu ) morskej vody.

V bežnom každodennom živote se s titánom môžeme stretnúť napr. ako s materiálom na výrobu luxusných náramkových hodiniek alebo častí šperkov.

Zlúčeniny

V zlúčeninách sa titán vyskytuje v mocenstve Ti⁺³ a Ti⁺⁴, z ktorých len zlúčeniny štvormocného titánu sú neobmedzene stále.

• Prakticky najvýznamnejšou zlúčeninou titánu je oxid titaničitý TiO₂. Je to veľmi stabilná zlúčenina, ktorá sa v kryštalickom stave vyskytuje v troch modifikáciách, ktorým zodpovedajú tri rôzne minerály: rutil, anatas a brookit. Pre praktické použitie je však nejviac vhodná amorfná prášková forma, nazývaná titánová beloba. Tento biely pigment je mimoriadne stály, zdravotne celkom nezávadný, má vysokú kryciu schopnosť a radí sa preto medzi najkvalitnejšie dostupné biele pigmenty. Praktické použitie nachádza pri výrobe farieb, v sklárskom a keramickom priemysle, používa sa i pri výrobe vysoko kvalitného papiera, ako plnivo pri výrobe plastických hmôt a niektorí výrobcovia ho pridávajú i do zubných pást. Vďaka tomu, že prechádza tráviacim traktom nezmenený, používa sa i v potravinárskom priemysle na bielenie mlieka. Odhaduje se, že oxid titaničitý tvorí viac než 90% celosvetovej spotreby produktov z titánu.

• Chlorid titaničitý TiCl₄ je bezfarebná kvapalina s bodom varu 137°C. Je základným medziproduktom pri príprave čistého titánu Krollovým procesom. Pri kontakte s atmosferickou vlhkosťou dochádza k jeho postupnej hydrolýze podľa rovnice:

TiCl₄ + 2 H₂O --> TiO₂ + 4 HCl

Vznikajúci TiO₂ vytvára intenzívny biely dym, ktorý nie je prakticky toxický. Uvedený jav nachádza využitie v pyrotechnike pri výrobe zadýmovacích granátov, pri vytváraní umělej hmly (napr. pri natáčaní filmov) alebo pri leteckých show.

• Chlorid titánitý TiCl₃ slúži ako katalyzátor (Ziegler-Natta. NP v roce 1963) pri polymerizácii nenasýtených uhľovodíkov.
• Nitrid titánu TiN₂ patrí k najtvrdším známym látkam a prevyšuje svojou tvrdosťou i korund, 9. prvok z 10-stupňovej Mohsovej stupnice tvrdosti. Používa sa v brúsnych materiáloch, ale i na povrchovú úpravu titánových nástrojov – nitridovanie, pri ktorom je na povrchu nástroja určeného na extrémne fyzické namáhanie vytvorená tenká ochranná vrstva TiN₂.

Biologický význam

Vďaka svojej vysokej chemickej stálosti sa titán v okolitom prostredí nevyskytuje v takej forme, ktorá by mohla byť metabolizovaná živými organizmami. Nie je preto známe žiadne zapojenie titánu do enzymatických reakcií alebo jeho iné biologické uplatnenie.

Naopak vysoká odolnosť titánu sa využíva pri výrobe niektorých chirurgických nástrojov a v súčasnosti sú modne piercingové ozdoby pokryté titánom vzhľadom na ich zdravotnú nezávadnosť a žiadaný vzhľad.