Titanio
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| General | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Nombre, símbolo, número | Titanio, Ti, 22 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Serie química | Metales de transición | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupo, periodo, bloque | 4, 4, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densidad, dureza Mohs | 4507 kg/m³, 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Apariencia | Plateado |
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| Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Peso atómico | 47,867 uma | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Radio medio† | 140 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Radio atómico calculado | 176 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Radio covalente | 136 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Radio de Van der Waals | Sin información | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuración electrónica | [Ar]3d²4s² | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estado de oxidación (óxido) | 4 (anfótero) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estructura cristalina | Hexagonal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estado de la materia | Sólido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto de fusión | 1941 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto de ebullición | 3560 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Entalpía de vaporización | 421 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Entalpía de fusión | 15,45 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Presión de vapor | 0,49 Pa a 1933 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Velocidad del sonido | 4140 m/s a 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Información diversa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electronegatividad | 1,54 (Pauling) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calor específico | 520 J/(kg·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductividad eléctrica | 2,34 x 106/m Ω | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductividad térmica | 21,9 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Potenciales de ionización | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1º = 658,8 kJ/mol | 6º = 11533 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2º = 1309,8 kJ/mol | 7º = 13590 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3º = 2652,5 kJ/mol | 8º = 16440 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4º = 4174,6 kJ/mol | 9º = 18530 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5º = 9581 kJ/mol | 10º = 20833 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isótopos más estables | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Valores en el SI y en condiciones normales (0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. †Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico. |
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El titanio es un elemento químico de número atómico 22 que se sitúa en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos y se simboliza como Ti.
Es un metal de transición abundante en la corteza terrestre; se encuentra, en forma de óxido, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en cenizas de animales y plantas. El metal es de color gris oscuro, de gran dureza, resistente a la corrosión y de propiedades físicas parecidas a las del acero; se usa en la fabricación de equipos para la industria química y, aleado con el hierro y otros metales, se emplea en la industria aeronáutica y aeroespacial.
Tabla de contenidos |
[editar] Características principales
El titanio es un elemento metálico que presenta una estructura hexagonal compacta, es duro, refractario y buen conductor de la electricidad y el calor. Presenta una alta resistencia a la corrosión (casi tan resistente como el platino) y cuando está puro, se tiene un metal ligero, fuerte, brillante y blanco metálico de una relativa baja densidad. Posee muy buenas propiedades mecánicas y además tiene la ventaja, frente a otros metales de propiedades mecánicas similares, de que es relativamente ligero.
La resistencia a la corrosión que presenta es debida al fenómeno de pasivación que sufre (se forma un óxido que lo recubre). Es resistente a temperatura ambiente al ácido sulfúrico (H2SO4) diluido y al ácido clorhídrico (HCl) diluido, así como a otros ácidos orgánicos; también es resistente a las bases, incluso en caliente. Sin embargo se puede disolver en ácidos en caliente. Asimismo, se disuelve bien en ácido fluorhídrico (HF), o con fluoruros en ácidos. A temperaturas elevadas puede reaccionar fácilmente con el nitrógeno, el oxígeno, el hidrógeno, el boro y otros no metales.
[editar] Aplicaciones
- Aproximadamente el 95% del titanio se consume como dióxido de titanio (TiO2), un pigmento blanco permanente que se emplea en pinturas, papel y plásticos. Estas pinturas se utilizan en reflectores debido a que reflejan muy bien la radiación infrarroja.
- Debido a su fuerza, baja densidad y el que puede soportar temperaturas relativamente altas, las aleaciones de titanio se emplean en aviones y misiles. Actualmente se usa mucho para implantes dentales. También se encuentra en distintos productos de consumo como: palos de golf, bicicletas, etcétera. El titanio se alea generalmente con aluminio, hierro, manganeso, molibdeno y otros metales.
- Debido a su gran resistencia a la corrosión se puede aplicar en casos en los que va a estar en contacto con el agua del mar, por ejemplo, en aparejos o hélices. También se puede emplear en plantas desalinizadoras.
- Se emplea para obtener piedras preciosas artificiales.
- El tetracloruro de titanio (TiCl4) se usa para irisar el vidrio y debido a que en contacto con el aire forma mucho humo, se emplea para formar artificialmente pantallas de humo.
- Se considera que es fisiológicamente inerte, por lo que el metal se emplea en implantes de titanio, consistentes en tornillos de titanio puro que han sido tratados superficialmente para mejorar su oseointegración; por ejemplo, se utiliza en la cirugía maxilofacial debido a estas buenas propiedades, y usándose también como placas o clavos en diversos tipos de cirugías. También por ser inerte y además poder colorearlo se emplea como material de "piercings".
- También se han empleado láminas delgadas de titanio para recubrir algunos edificios, como por ejemplo el Museo Guggenheim Bilbao.
- Algunos compuestos de titanio pueden tener aplicaciones en tratamientos contra el cáncer. Por ejemplo, el cloruro de titanoceno en el caso de tumores gastrointestinales y de mama.
[editar] Historia
El titanio (llamado así por los Titanes, hijos de Urano y Gea en la mitología griega) fue descubierto en Inglaterra por William Gregor en 1791, a partir del mineral conocido como ilmenita (FeTiO3). Este elemento fue descubierto de nuevo años más tarde por el químico alemán Heinrich Klaproth, en este caso en el mineral rutilo (TiO2) y fue él quien en 1795 le dio el nombre de titanio.
Matthew A. Hunter preparó por primera vez titanio metálico puro (con una pureza del 99.9%) calentando tetracloruro de titanio (TiCl4) con sodio a 700-800°C en un reactor de acero.
El titanio como metal no se usó fuera del laboratorio hasta que en 1946 William Justin Kroll desarrolló un método para poder producirlo comercialmente: mediante la reducción del TiCl4 con magnesio, y éste es el método utilizado hoy en día (proceso de Kroll).
[editar] Abundancia y obtención
El titanio como metal no se encuentra libre en la naturaleza, pero es el noveno en abundancia en la corteza terrestre y está presente en la mayoría de las rocas ígneas y sedimentos derivados de ellas. Se encuentra principalmente en los minerales anatasa (TiO2), brookita (TiO2), ilmenita (FeTiO3), leucoxeno, perovskita (CaTiO3), rutilo (TiO2) y titanita (CaTiSiO5); también como titanato y en muchas menas de hierro. De estos minerales, sólo la ilmenita, el leucoxeno y el rutilo tienen una significativa importancia económica. Se encuentran depósitos importantes en Australia, la región de Escandinavia, Estados Unidos y Malasia.
El titanio metal se produce comercialmente mediante la reducción de tetracloruro de titanio (TiCl4) con magnesio a unos 800°C bajo atmósfera de argón (si no reaccionaría con el óxigeno y el nitrógeno del aire); este proceso fue desarrollado en 1946 por William Justin Kroll y se sigue conociendo como proceso de Kroll. De este modo se obtiene un producto poroso conocido como esponja de titanio que posteriormente se purifica y compacta para obtener el producto comercial.
Con objeto de paliar el gran consumo energético del proceso Kroll (del orden de 1,7 veces el requerido por el aluminio) se encuentran en desarrollo procedimientos de electrólisis en sales fundidas (cloruros u óxidos) que aún no han encontrado aplicación comercial.
Si es necesario obtener titanio más puro se puede emplear un método, sólo aplicable en pequeñas cantidades (a escala de laboratorio) mediante el método de van Arkel-de Boer. Este método se basa en la reacción de titanio con yodo a una determinada temperatura para dar tetrayoduro de titanio (TiI4) y su posterior descomposición a una temperatura distinta para volver a dar el metal.
[editar] Isótopos
Se encuentran 5 isótopos estables en la naturaleza: Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49 y Ti-50, siendo el Ti-48 el más abundante (73,8%). Se han caracterizado 11 radioisótopos, siendo los más estables el Ti-44, con un periodo de semidesintegración de 60.0 años, Ti-45 (184.8 minutos), Ti-51 (5.76 minutos) y el Ti-52 (1,7 minutos). Para el resto, sus periodos de semidesintegración son de menos de 33 segundos, y la mayoría de menos de medio segundo.
El peso atómico de los isótopos va desde 39,99 uma (Ti-40) hasta 57,966 uma (Ti-58). El primer modo de decaimiento antes del isótopo más estable, el Ti-48, es la captura electrónica, mientras que después de éste es la desintegración beta. Los isótopos del elemento 21 (escandio) son los principales productos de decaimiento antes del Ti-48, mientras que después son los isótopos del elemento 23 (vanadio).
[editar] Precauciones
El polvo metálico es pirofórico. Por otra parte, se cree que sus sales no son especialmente peligrosas. Sin embargo, sus cloruros, como TiCl3 o TiCl4, son considerados como corrosivos. El titanio tiene también la tendencia a acumularse en los tejidos biológicos.
En principio, no se observa que juegue ningún papel biológico.
[editar] Enlaces externos
