Titânio
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| Titânio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
22 Ti | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Aparência | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
cinza-branco prateado metálico  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriedades gerais | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nome, símbolo, número | titânio, Ti, 22 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pronúncia | / t aɪ t eɪ n Eu ə m / TY- TAY -nee-əm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Categoria elemento | de metal de transição | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupo, período, bloco | 4, 4, d | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Peso atômico padrão | 47,867 (1) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuração eletrônica | [ Ar ] 3d 2 4s 2 2, 8, 10, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| História | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Descoberta | William Gregor (1791) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Primeiro isolamento | Jöns Jakob Berzelius (1825) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nomeado por | Martin Heinrich Klaproth (1795) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propriedades físicas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fase | sólido | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densidade (perto RT) | 4.506 g cm -3 · | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Líquido densidade no pf | 4,11 g cm -3 · | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ponto de fusão | 1941 K , 1668 ° C, 3034 ° F | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ponto de ebulição | 3560 K, 3287 ° C, 5949 ° F | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calor de fusão | 14.15 kJ mol -1 · | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calor de vaporização | 425 kJ mol -1 · | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Capacidade calorífica molar | 25,060 J · · mol -1 K -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pressão de vapor | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Propriedades atômicas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estados de oxidação | 4, 3, 2, 1 ( óxido anfotérico) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Eletronegatividade | 1,54 (escala de Pauling) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energias de ionização ( Mais) | 1º: 658,8 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2: 1309,8 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3: 2652,5 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Raio atômico | 147 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| O raio de covalência | 160 ± 20:00 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Miscelânea | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| A estrutura de cristal | hexagonal repleto de perto  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ordenamento magnético | paramagnético | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Resistividade elétrica | (20 ° C) 420 Nco · m | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Condutividade térmica | 21,9 W · m -1 · K -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Expansão térmica | (25 ° C) de 8,6 uM · · K -1 m -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Velocidade do som (haste fina) | ( rt) 5.090 m · s -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| O módulo de Young | 116 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de cisalhamento | 44 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Massa de módulo | 110 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rácio de Poisson | 0.32 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza de Mohs | 6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza de Vickers | 970 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza Brinell | 716 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Número de registo CAS | 7440-32-6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| A maioria dos isótopos estáveis | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ver artigo principal: Isótopos de titânio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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O titânio é um elemento químico com o símbolo Ti e número atômico 22. Tem uma densidade baixa e é um, brilhante, resistente à corrosão -resistente (incluindo água do mar , água régia e cloro ) de metal de transição com uma cor prata.
Titanium foi descoberto em Cornualha, Grã-Bretanha , por William Gregor em 1791 e nomeado por Martin Heinrich Klaproth pela Titãs da mitologia grega . O elemento ocorre dentro de um número de depósitos minerais, principalmente rutilo e ilmenite, que são amplamente distribuído na crosta terrestre e litosfera, e é encontrado em quase todas as coisas vivas, rochas, corpos d'água e solos. O metal é extraído a partir dos seus minérios principais, através do Processo Kroll ou o Processo de Hunter. Seu composto mais comum, dióxido de titânio, é um popular fotocatalisador e é utilizado no fabrico de pigmentos brancos. Outros compostos incluem tetracloreto de titânio (TiCl 4), um componente de cortinas de fumaça e catalisadores ; e tricloreto de titânio (TiCl3), que é utilizado como um catalisador na produção de polipropileno.
O titânio pode ser liga com o ferro , alumínio , vanádio , molibdênio , entre outros elementos, para produzir fortes ligas leves para a indústria aeroespacial ( motores a jato , mísseis, e nave espacial), militares, processo industrial (produtos químicos e petro-químicos, usinas de dessalinização, celulose e papel), automóvel, agro-alimentar, médica próteses ortopédicas implantes, instrumentos odontológicos e endodônticos e arquivos, implantes dentários, artigos esportivos, jóias, telefones celulares e outras aplicações.
As duas propriedades mais úteis do formulário do metal são resistência à corrosão e a maior relação resistência-peso de qualquer metal. Na sua condição não ligado, o titânio é tão forte quanto alguns aços , mas 45% mais leve. Há dois alotrópicas formas e cinco que ocorrem naturalmente isótopos desse elemento, 46 Ti Ti através de 50, com 48 sendo o mais Ti abundante (73,8%). Propriedades de titânio são quimicamente e fisicamente semelhante ao zircónio , porque ambos têm o mesmo número de elétrons de valência e estão na mesma grupo na tabela periódica .
Características
Propriedades físicas
Um metálico elemento , o titânio é reconhecida por sua alta relação resistência-peso. É um metal forte, com baixa densidade que é bastante dúctil (especialmente em um oxigênio ambiente -livre), brilhante e metálica-branco em cor . O ponto de fusão relativamente elevado (mais de 1650 ° C ou 3000 ° F), faz com que seja útil como um metal refractário. É paramagnética e tem bastante baixa eléctrica e Condutividade térmica.
Comercial (99,2% puro) graus de titânio têm resistência à ruptura de cerca de 63 mil psi (434 MPa), igual ao de ligas de aço comum, de baixa qualidade, mas são 45% mais leve. O titânio é 60% mais denso do que o alumínio, mas mais do que duas vezes tão forte como a liga de alumínio mais comumente usado 6061-T6. Certas ligas de titânio (por exemplo, Beta C) atingir resistências à tração de mais de 200.000 psi (1400 MPa). No entanto, o titânio perde intensidade quando aquecidos acima de 430 ° C (806 ° F).
O titânio é bastante difícil (embora não tão difícil como alguns tipos de aço tratado termicamente), não magnéticos e um mau condutor de calor e eletricidade. Usinagem requer precauções, como o material vai amolecer e fel se ferramentas afiadas e métodos de arrefecimento apropriadas não forem usadas. Como as feitas de aço, estruturas de titânio têm uma limite de fadiga, que garante a longevidade em algumas aplicações. As ligas de titânio têm rigidez específica mais baixa do que em muitos outros materiais estruturais, tais como ligas de alumínio e fibra de carbono.
O metal é um dimórfica allotrope cuja forma hexagonal alfa muda para uma de corpo centrado cúbico (treliça) β formulário em 882 ° C (1620 ° F). O calor específico da forma alfa aumenta dramaticamente à medida que ele é aquecido a esta temperatura de transição mas, em seguida, cai e permanece relativamente constante para a forma β independentemente da temperatura. Semelhante ao zircónio e háfnio, existe uma fase omega adicional, que é termodinamicamente estável a pressões elevadas, mas é metastável a pressões ambientais. Esta fase é geralmente hexagonal (ideal) ou trigonal (distorcida) e pode ser visto como sendo devido a uma acústica longitudinal suave phonon da fase β causando colapso (111) planos de átomos.
Propriedades químicas
Como alumínio e magnésio superfícies metálicas, superfícies de metal titânio e ligas de oxidar imediatamente quando são expostos ao ar. Titânio reage prontamente com oxigénio a 1200 ° C (2190 ° F) em ar, e a 610 ° C (1130 ° F) em oxigénio puro, formando dióxido de titânio. No entanto, é lento a reagir com água e ar, porque forma um revestimento de protecção passiva e óxido de que o protege de mais reacção. Quando ele primeiro formas, esta camada de proteção é apenas 1-2 nm de espessura, mas continua a crescer lentamente; atingindo uma espessura de 25 nm, em quatro anos.
Quando exposto ao azoto limpo de metal de titânio é coberto com um camada de nitreto de titânio. A fina e dióxido de camadas de nitreto de titânio sobre superfícies de titânio são muito duro e inerte.
A propriedade química mais importante de titânio é a sua excelente resistência à corrosão; que é quase tão resistente como a platina , capaz de suportar o ataque por diluída de ácido sulfúrico e ácido clorídrico , bem como de cloro gás, soluções de cloreto, e a maioria dos ácidos orgânicos. No entanto, é solúvel em ácidos concentrados. O Diagrama Pourbaix na imagem mostra que o titânio é realmente termodinamicamente um metal muito reativa.
O metal não pode ser fundida no ar livre, uma vez que queima antes do ponto de fusão é atingido. Fusão só é possível numa atmosfera inerte ou no vácuo. A 550 ° C (1022 ° F), combina-se com o cloro. É também reage com outros halogéneos e absorve hidrogénio.
O titânio é um dos poucos elementos que queima em gás nitrogênio puro, reagindo a 800 ° C (1470 ° F) para formar nitreto de titânio, o que faz com que a fragilização. Pó de titânio pode formar um suspensão explosiva no ar.
Por causa de metal de titânio limpa é altamente reactivo e titânio liga-se fortemente ao oxigénio, azoto e muitos outros gases, filamentos de titânio são aplicados em Bombas de sublimação de titânio. Bombas de titânio de sublimação são dispositivos baratos e fiáveis, que são aplicados como o último passo para criar pressões muito baixas em sistemas de ultra-alto vácuo.
As experiências mostraram que o titânio natural torna-se radioactiva depois é bombardeado com deuterons, emitindo principalmente pósitrons e duro raios gama.
Compostos
A 4 estado de oxidação química domina titânio, mas os compostos em 3 a estado de oxidação também são comuns. Devido a este estado de oxidação elevado, muitos compostos de titânio têm um elevado grau de ligação covalente.
Safiras e rubis obter a sua asterismo das impurezas de dióxido de titânio presentes nos mesmos. Titanatos são compostos feitos com dióxido de titânio. Titanato de bário tem propriedades piezoeléctricas, tornando, assim, possível utilizá-lo como um transdutor na interconversão de som e electricidade . Ésteres de titânio são formados pela reacção de álcoois e tetracloreto de titânio e são usados para impermeáveis tecidos .
Nitreto de titânio (TiN), com uma dureza equivalente a safira e carborundum (9,0 na escala de Mohs ), é freqüentemente usado para ferramentas de corte de revestimento, tais como brocas. Ele também encontra utilização como um revestimento decorativo de cor dourada, e como um barreira de metal em fabricação de semicondutores.
O tetracloreto de titânio (cloreto de titânio (IV), TiCl 4) é um líquido incolor, o qual é utilizado como um intermediário na produção de dióxido de titânio para a pintura. É amplamente utilizada em química orgânica como uma Ácido de Lewis, por exemplo, no Mukaiyama condensação aldólica. O titânio também forma um cloreto inferior, titânio (III) cloreto de (TiCl3), que é utilizado como um agente redutor.
Dicloreto de titanoceno é um catalisador importante para a formação da ligação carbono-carbono. Isopropóxido de titânio é usado para Epoxidação de Sharpless. Outros compostos incluem brometo de titânio (usado na metalurgia, superligas, e fiação elétrica de alta temperatura e revestimentos) e carboneto de titânio (encontrada em ferramentas de corte de alta temperatura e revestimentos).
Ocorrência
| País | mil toneladas | % Do total |
|---|---|---|
| Austrália | 1300 | 19,4 |
| África do Sul | 1160 | 17,3 |
| Canadá | 700 | 10.4 |
| Índia | 574 | 8.6 |
| Moçambique | 516 | 7.7 |
| China | 500 | 7,5 |
| Vietnã | 490 | 7.3 |
| Ucrânia | 357 | 5.3 |
| Mundo | 6700 | 100 |
O titânio está sempre ligado a outros elementos da natureza. É o nono mais elemento abundante na Terra crosta (0,63% em massa ) eo sétimo mais abundante metal. Ela está presente na maioria das rochas ígneas e em sedimentos derivados deles (bem como em seres vivos e organismos naturais de água). Dos 801 tipos de rochas ígneas analisados pelo United States Geological Survey, 784 continham titânio. A sua proporção em solos é de aproximadamente 0,5 a 1,5%.
É amplamente distribuída e ocorre principalmente nos minerais anatase, brookite, ilmenite, perovskita, rutilo e titanite (sphene). Destes minerais, rutilo e ilmenite única tem importância econômica, mas mesmo eles são difíceis de encontrar em altas concentrações. Cerca de 6,0 e 0,7 milhões de toneladas destes minerais foram minadas em 2011, respectivamente. Depósitos de ilmenite de titânio de suporte significativas existem, no oeste da Austrália , Canadá , China , Índia , Moçambique , Nova Zelândia , Noruega , Ucrânia e África do Sul . Cerca de 186 mil toneladas de metal titânio esponja foram produzidos em 2011, a maioria na China (60.000 t), Japão (56 mil t), a Rússia (40.000 t), Estados Unidos (32 mil t) e Cazaquistão (20.700 t). O total de reservas de titânio são estimados para exceder 600 milhões de toneladas.
O titânio está contido meteoritos e foi detectado no sol e na Do tipo M estrelas ; o tipo mais legal de estrelas, com uma temperatura de superfície de 3.200 ° C (5790 ° F). Rochas trazido de volta da lua durante a Apollo 17 missão são compostas de 12,1% TiO 2. Também é encontrado em carvão cinza, plantas , e até mesmo o ser humano corpo.
Isótopos
De ocorrência natural de titânio é composto por 5 estáveis isótopos : 46 Ti, Ti 47, 48 Ti, Ti 49 e 50 Ti, Ti, com 48 sendo o mais abundante (73,8% abundância natural). Onze radioisótopos foram identificados, sendo os mais estáveis o Ti 44 com uma meia-vida de 63 anos, 45 Ti, com uma semi-vida de 184,8 minutos, 51 Ti, com uma semi-vida de 5,76 minutos, e 52 Ti com uma meia- vida de 1,7 minutos. Todos os restantes isótopos radioativos apresentam meias-vidas abaixo de 33 segundos, ea maioria destes com meias-vidas que são menos de meio segundo.
Os isótopos de titânio na faixa peso atômico de 39,99 u (40 Ti) a 57,966 L (58 Ti). O primário modo de decaimento antes do isótopo estável mais abundante, 48 Ti, é captura eletrônica eo primeiro modo após é a emissão beta. O primário produtos de decaimento antes de 48 Ti são elemento 21 ( escândio ) isótopos e os primeiros produtos após são os elementos 23 ( vanádio ) isótopos.
História
O titânio foi descoberto incluída num mineral em Cornualha, Grã-Bretanha , em 1791, pelo clérigo e geólogo amador William Gregor, então vigário de Freguesia Creed. Ele reconheceu a presença de um elemento novo na ilmenite, quando ele encontrou areia preta por um córrego nas proximidades freguesia de Manaccan e notei a areia foi atraído por um ímã . Análise de areia determinada a presença de dois óxidos metálicos; óxido de ferro (que explica a atração que o ímã) e 45,25% de um óxido metálico branco que ele não conseguia identificar. Gregor, percebendo que o óxido não identificado continha um metal que não se encontraram as propriedades de qualquer elemento conhecido, relatou suas conclusões ao Real Sociedade Geológica da Cornualha e na revista científica alemã Annalen de Crell.
Na mesma época, Franz-Joseph Müller von Reichenstein produziu uma substância semelhante, mas não conseguiu identificá-lo. O óxido foi redescoberto independentemente em 1795 por Químico prussiano Martin Heinrich Klaproth em rutilo a partir de Hungria . Klaproth descobriu que ele continha um elemento novo e nomeou-o para o Titãs da mitologia grega . Depois de ouvir sobre anteriormente descoberta de Gregor, ele obteve uma amostra de manaccanite e confirmou que continha titânio.
Os processos requeridos para extrair titânio a partir dos seus vários minérios são laboriosas e dispendiosas; não é possível reduzir de maneira normal, por aquecimento na presença de carbono , porque que produz carboneto de titânio. Titânio metálico puro (99,9%) foi preparado pela primeira vez em 1910 por Matthew A. Hunter em Rensselaer Polytechnic Institute por aquecimento de TiCl4 com sódio em 700-800 ° C no Processo de Hunter. Metal titânio não foi utilizado fora do laboratório até 1932, quando William Justin Kroll provou que pode ser produzido através da redução tetracloreto de titânio (TiCl4) com cálcio . Oito anos mais tarde ele refinou esse processo usando magnésio e até mesmo de sódio no que ficou conhecido como o Processo de Kroll. Embora a pesquisa continua em processos mais eficientes e mais baratos (por exemplo, FFC Cambridge), o processo de Kroll ainda é utilizado para a produção comercial.
Titânio de muito alta pureza foi feita em pequenas quantidades quando Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik de Boer descobriu o iodeto, ou bar cristal, processo em 1925, através da reacção com iodo e decompondo os vapores formados ao longo de um filamento quente de metal puro.
Nos anos 1950 e 1960 a União Soviética foi pioneira no uso de titânio em aplicações militares e submarinos ( Alfa Classe e Mike Class) como parte de programas relacionados com a Guerra Fria. Começando no início de 1950, titânio começou a ser amplamente utilizado para fins de aviação militar, especialmente em jatos de alta performance, começando com aeronaves como o F100 Super Sabre e Lockheed A-12.
Nos EUA, a Departamento de Defesa perceberam a importância estratégica do metal e apoiou os esforços iniciais de comercialização. Durante todo o período da Guerra Fria , o titânio foi considerado um material estratégico pelo governo dos EUA, e um grande arsenal de esponja de titânio foi mantida pelo Defesa Centre National Stockpile, que foi finalmente esgotado na década de 2000. Hoje, o maior produtor do mundo, com sede em russo VSMPO-Avisma, é estimada em cerca de 29% da quota de mercado mundial.
Em 2006, a Agência de Defesa dos EUA concedeu 5,7 milhões dólares a um consórcio de duas empresas para desenvolver um novo processo para a tomada de metal titânio pó. Sob calor e pressão, o pó pode ser usado para criar itens fortes e leves que vão desde a blindagem aos componentes para as indústrias aeroespacial, de transporte e de processamento químico.
Produção e fabricação
O processamento de metal titânio ocorre em quatro etapas principais: redução de minério de titânio para "esponja", uma forma porosa; fusão de esponja, ou uma esponja, mais uma liga principal para formar um lingote; fabricação primária, onde um lingote é convertido em produtos gerais do moinho, como boleto, bar, chapas, folhas, películas, e tubo; e fabricação de formas secundárias de produtos acabados da fábrica.
Porque o metal reage com o oxigénio a altas temperaturas que não podem ser produzidas por redução do seu dióxido de carbono. Metal titânio é, portanto, produzido comercialmente pela Processo Kroll, um complexo e caro processo descontínuo. (O valor de mercado relativamente elevada de titânio é principalmente devido ao seu processamento, o que sacrifica um outro metal caro, magnésio). No processo de Kroll, o óxido é primeiro convertido ao cloreto através carbochlorination, em que o cloro gás é passado sobre rutilo vermelho-quente ou ilmenite na presença de carbono para fazer TiCl4. Este é condensado e purificado por destilação fraccionada e depois reduzido com 800 ° C fundida de magnésio numa atmosfera de árgon atmosfera.
Um método mais recentemente desenvolvidos, o Processo de Cambridge FFC, podem eventualmente substituir o processo de Kroll. Este método utiliza o dióxido de titânio em pó (que é uma forma refinada de rutilo) como matéria-prima para fazer o produto final, que ou é um pó ou uma esponja. Se são utilizados pós de óxidos mistos, o produto é uma liga fabricado a um custo muito mais baixo do que o processo de fusão multi-passo convencional. O processo FFC Cambridge pode tornar titânio um material menos raros e caros para o indústria aeroespacial e do mercado de bens de luxo, e pode ser visto em muitos produtos atualmente fabricados com alumínio e tipos especializados de aço.
Titânio comum ligas são feitos por redução. Por exemplo, cuprotitanium (rutilo com cobre adicionada é reduzida), titânio ferrocarbono (ilmenite com reduzida coque num forno eléctrico) e manganotitanium (rutilo com óxidos de manganês ou de manganês) são reduzidos.
- 2 FeTiO 3 + 7 + 6 Cl 2 C 2 → TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 CO (900 ° C)
- TiCl 4 + 2 Mg → 2 MgCl2 + Ti (1100 ° C)
Cerca de 50 graus de titânio e ligas de titânio são designados e atualmente utilizados, embora apenas um par de dúzias estão prontamente disponíveis comercialmente. O ASTM International reconhece 31 tipos de titânio e ligas de metal, dos quais os tipos 1 a 4 são comercialmente puro (não ligado). Estes quatro são distinguidos pelos seus diferentes graus de resistência à tracção, como uma função de oxigénio o conteúdo, de Grau 1, sendo o mais dúctil (resistência à tracção mais baixa com um teor de oxigénio de 0,18%), Grau 4 e a resistência à tracção menos (mais alto com um teor de oxigênio de 0,40%). As restantes classes são ligas, cada um projetado para propósitos específicos, seja ductilidade, resistência, dureza, resistividade elétrica, resistência à deformação, resistência à corrosão a partir de meios específicos, ou uma combinação dos mesmos.
O graus abrangidos pela ASTM e outras ligas também são produzidos para atender Aerospace e especificações militares (SAE-AMS, MIL-T), normas ISO e especificações específicas de cada país, bem como especificações de propriedade do usuário final para a indústria aeroespacial, militar, médico, e aplicações industriais.
Em termos de fabrico, todos soldadura de titânio deve ser feita em uma atmosfera inerte de árgon ou hélio , a fim de protegê-lo de contaminação com gases atmosféricos, tais como o oxigénio, azoto , ou hidrogénio . A contaminação irá causar uma variedade de condições, tais como a fragilização, o que vai reduzir a integridade das juntas de montagem e levar a falha da junta. Produto plano comercialmente puro (chapas, placas) pode ser formado prontamente, mas o processamento deve levar em conta o fato de que o metal tem uma "memória" e tende a saltar para trás. Isto é especialmente verdade para certas ligas de alta resistência. Titânio não pode ser soldadas sem primeiro pré- plaqueamento em um metal que é solderable. O metal pode ser maquinado usando o mesmo equipamento e as mesmas por meio de processos como aço inoxidável.
Aplicações
O titânio é usado em aço como elemento de liga ( ferro-titânio) para reduzir de tamanho de grão e como desoxidante, e em aço inoxidável para reduzir o teor de carbono. O titânio é muitas vezes misturado com o alumínio (para refinar o tamanho de grão), vanádio , cobre (para endurecer), ferro , manganês , molibdénio , e com outros metais. Os pedidos de produtos de moinho de titânio (folha, placas, barras, arames, peças forjadas, fundidos) pode ser encontrado no industrial, aeroespacial, recreativo, e mercados emergentes. Titânio em pó é utilizado em pirotecnia como fonte de partículas brilhantes queimando-.
Pigmentos, aditivos e revestimentos
Cerca de 95% de titânio minério extraído da terra é destinado para o refinamento em dióxido de titânio (Ti O 2), uma permanente intensamente branco pigmento utilizado na tintas, papel, creme dental, e plásticos . Também é utilizado em cimento, em pedras preciosas, como um opacificante óptica em papel, e um agente de reforço em varas de pesca grafite compósitos e clubes de golfe.
TiO 2 em pó é quimicamente inerte, resiste ao desbotamento na luz solar, e é muito opaco: isso permite dar uma cor branca pura e brilhante para os produtos químicos castanhos ou cinza que formam a maioria dos plásticos de uso doméstico. Na natureza, este composto encontra-se nos minerais anatase, brookite e rutilo. Pintura feita com dióxido de titânio faz bem em temperaturas extremas, e se levanta para ambientes marinhos. Dióxido de titânio puro tem uma muito alta índice de refracção e um dispersão óptica superior a diamante . Além de ser um pigmento muito importante, o dióxido de titânio também é usado em filtros solares, devido à sua capacidade de proteger a pele, por si só. Recentemente, óxido de titânio foi colocada em uso em purificadores de ar (como um revestimento de filtro), ou em película usada para janelas revestimento em edifícios de modo que quando o óxido de titânio torna-se exposto a luz UV (solar ou artificial) e umidade do ar, espécies redox reactivos como os radicais hidroxilo são produzidos de modo que eles podem purificar o ar ou manter as superfícies de janelas limpos.
O espaço aéreo e marítimo
Devido à sua elevada resistência à tracção a taxa de densidade, alta resistência à corrosão, resistência à fadiga, maior resistência à quebra, e capacidade de resistir a altas temperaturas sem moderadamente rastejando, titânio ligas são usados em aviões , blindagem, navios de guerra, espaciais, e mísseis. Para estas aplicações titânio em liga com alumínio, vanádio, e outros elementos é utilizada para uma variedade de componentes, incluindo componentes estruturais críticos, paredes de fogo, trem de pouso, dutos de exaustão (helicópteros), e sistemas hidráulicos. Na verdade, cerca de dois terços de todos os metais de titânio produzido é usado em motores de aeronaves e quadros. O SR-71 "Blackbird" foi um dos primeiros aviões para fazer uso extensivo de titânio dentro de sua estrutura, pavimentando o caminho para seu uso nas forças armadas modernas e aviões comerciais. Estima-se que 59 toneladas métricas (£ 130,000) são usados no Boeing 777 , 45 na Boeing 747 , no 18 Boeing 737, 32 no Airbus A340, 18 no A330, e 12 no Airbus A320. O Airbus A380 pode usar 77 toneladas, das quais cerca de 11 toneladas nos motores. Em aplicações de motores, o titânio é utilizado para rotores, pás do compressor, componentes do sistema hidráulico, e naceles. O liga de titânio 6Al-4V representa cerca de 50% de todas as ligas utilizadas em aplicações de aeronaves.
Devido a sua alta resistência à corrosão de água do mar , o titânio é usado para fazer eixos propulsores e aparelhamento e na permutadores de calor de usinas de dessalinização; no aquecedor-resfriadores de água salgada para aquários , linha de pesca e líder, e para facas dos mergulhadores. O titânio é usado para fabricar as caixas e outros componentes de vigilância implantados pelo oceano e dispositivos de controlo para uso científico e militar. A ex- União Soviética desenvolveu técnicas para a tomada de submarinos em grande parte fora de titânio.
Industrial
Tubos soldados de titânio e equipamentos de processo (trocadores de calor, tanques, vasos de processo, válvulas) são utilizados nas indústrias químicas e petroquímicas principalmente para resistência à corrosão. Ligas específicas são usadas ao longo do furo e em níquel hidrometalurgia aplicações devido a sua alta resistência (por exemplo: de titânio Beta C liga), resistência à corrosão, ou a combinação de ambos. O indústria de papel e celulose utiliza titânio no equipamento de processo expostos a meios corrosivos, tais como o hipoclorito de sódio ou gás cloro úmido (no Branquearia). Outras aplicações incluem: soldagem ultra-sônica, onda de solda, e alvos de pulverização.
O tetracloreto de titânio (TiCl4), um líquido incolor, é importante como um intermediário no processo de tomada de TiO 2 e também é utilizado para produzir o Ziegler-Natta, e é usado para iridize vidro e porque emanações fortemente em ar húmido é também usado para fazer cortinas de fumo.
Consumidor e arquitectónico
Metal titânio é usado em aplicações automotivas, em particular no automóvel ou motocicleta de corrida, onde a redução de peso é fundamental mantendo a alta resistência e rigidez. O metal é geralmente muito caro para torná-lo comercializável para o mercado consumidor em geral, com excepção dos produtos high-end, especialmente para o mercado de corrida / performance. Modelo de tarde Corvettes foram disponível com escapamentos de titânio.
O titânio é usado em muitos produtos esportivos: raquetes de tênis, clubes de golfe, veios vara lacrosse; cricket grades, hóquei, lacrosse, e capacete de futebol; e de bicicletas quadros e componentes. Apesar de não ser um material mainstream para produção de bicicletas, motos de titânio têm sido usados por equipes de corrida e ciclistas de aventura. As ligas de titânio também são utilizadas em óculos quadros. Isto resulta numa estrutura duradoura bastante caros, mas altamente durável e que é leve em peso e não causa alergias da pele. Muitos mochileiros usar equipamentos de titânio, incluindo utensílios de cozinha, utensílios de cozinha, lanternas, e estacas da barraca. Embora um pouco mais caro do que as alternativas de aço ou alumínio tradicionais, estes produtos de titânio pode ser significativamente mais leve sem comprometer a resistência. O titânio também é favorecido para uso por ferradores, uma vez que é mais leve e mais resistente do que o aço, quando formado em ferraduras.
Titanium tem sido ocasionalmente usado em aplicações arquitetônicas: o memorial de 40 m (131 pés) de Yuri Gagarin , o primeiro homem a viajar no espaço, em Moscou , é feito de titânio para a cor atraente do metal e associação com foguetes. O Museu Guggenheim de Bilbao e do Cerritos Biblioteca do Milênio foram os primeiros edifícios na Europa e América do Norte, respectivamente, a ser revestida de painéis de titânio. Outros usos de construção do revestimento de titânio incluem a Frederic C. Hamilton Building, em Denver , Colorado ea 107 m (350 pés) Monumento aos conquistadores do espaço em Moscovo .
Devido à sua superior resistência e leveza quando comparados com outros metais tradicionalmente utilizados em armas de fogo (aço, de aço inoxidável, alumínio e), e os avanços nas técnicas de acabamento de metais, o uso de titânio tornou-se mais difundida na fabricação de armas de fogo. Principais usos incluem quadros de pistola e cilindros de revólver. Por essas mesmas razões, é também utilizado no corpo de computadores portáteis (por exemplo, na maçã linha PowerBook 's).
Algumas categorias de luxo de ferramentas feitas para ser leve e resistente à corrosão, tais como pás e lanternas, são feitos de titânio ou ligas de titânio também.
Jóias
Devido à sua durabilidade, titânio tornou-se mais popular para o designer de jóias (particularmente, anéis de titânio). Sua inércia faz com que seja uma boa escolha para aqueles com alergias ou aqueles que vão estar vestindo a jóia em ambientes como piscinas. O titânio é igualmente liga de ouro para produzir uma liga que pode ser comercializado como 24 quilates de ouro, como o 1% da liga Ti é insuficiente para exigir uma marca menor. A liga resultante é mais ou menos a dureza de 14 quilates de ouro e, assim, é mais durável do que um item de ouro de 24 quilates puro seria.
Durabilidade de titânio, peso leve, resistência à corrosão e dent- torna útil na produção de relógio casos. Alguns artistas trabalham com titânio para produzir obras de arte como esculturas, objetos de decoração e mobiliário.
A inércia e capacidade de ser atraente colorido faz um metal titânio popular para uso em piercing. O titânio pode ser anodizado para produzir várias cores, que varia a espessura da camada de óxido da superfície e causas franjas de interferência.
Médico
Porque é biocompatível (não-tóxico e não é rejeitado pelo corpo), o titânio é usado em uma gama de aplicações médicas, incluindo implementos e implantes cirúrgicos, tais como bolas de quadril e tomadas ( substituição da articulação) que podem permanecer no local por até 20 anos. O titânio é muitas vezes misturado com cerca de 4% de alumínio ou de 6% de Al e 4% de vanádio.
Titanium tem a propriedade inerente ao osseointegrate, permitindo o uso em implantes dentários que podem permanecer no local por mais de 30 anos. Essa propriedade também é útil para aplicações de implantes ortopédicos. Estes beneficiar de titânio menor módulo de elasticidade ( O módulo de Young) para que se encaixe melhor do osso que tais dispositivos são destinados a reparar. Como resultado, as cargas do esqueleto são mais equitativamente distribuídos entre o osso e o implante, levando a uma menor incidência de degradação óssea devido a blindagem stress e fracturas ósseas periprotéticas que ocorrem nas fronteiras de implantes ortopédicos. No entanto, a rigidez 'ligas de titânio é ainda mais do que duas vezes a do osso de modo osso adjacente suporta uma carga muito reduzida e pode deteriorar-se.
Uma vez que o titânio não é ferromagnético, os pacientes com implantes de titânio pode ser examinado com segurança A ressonância magnética (conveniente para implantes de longo prazo). Preparação de titânio para implantação no corpo envolve submetendo-o a uma temperatura elevada de plasma a arco que remove os átomos da superfície, expondo titânio fresco que é oxidado instantaneamente.
O titânio também é utilizado para o instrumentos cirúrgicos utilizados na cirurgia guiada por imagem, bem como cadeiras de rodas, muletas, e quaisquer outros produtos onde a alta resistência e baixo peso são desejáveis.
Armazenamento de resíduos nucleares
Devido à sua extrema resistência à corrosão, recipientes de titânio têm sido estudadas para o armazenamento de longo prazo dos resíduos nucleares (recipientes com duração de mais de 100.000 anos são possíveis sob condições de fabricação adequadas para reduzir defeitos no processo). Um titânio "escudo gotejamento" também pode ser colocado sobre outros tipos de recipientes para conter mais resíduos.
A perfuração do corpo de titânio.
Característicos cordões de solda em um titânio artesanal quadro da bicicleta.
O Guggenheim Museum Bilbao é revestida de painéis de titânio.
A anel de titânio.
Um titânio spork útil para mochileiros. Cerca de 16 gramas, mais leve do que um utensílio de aço, mas mais forte do que um plástico implementar.
A fratura da órbita ocular foi reparado pela estabilização dos ossos fraturados com pequenas placas e parafusos de titânio.
Precauções
O titânio é não-tóxico, mesmo em grandes doses e não desempenhar qualquer papel natural no interior da corpo humano. Uma quantidade estimada de 0,8 miligramas de titânio é ingerido por seres humanos por dia, mas a maioria passa sem ser absorvida. Ele, no entanto, têm uma tendência a bio-acumular-se em tecidos que contêm sílica . Um estudo indica uma possível ligação entre titânio e Síndrome das unhas amarelas. Um mecanismo desconhecido em plantas pode utilizar titânio para estimular a produção de hidratos de carbono e encorajar o crescimento. Isto pode explicar porque a maioria das plantas contêm cerca de 1 parte por milhão (ppm) de titânio, plantas alimentícias têm cerca de 2 ppm, e cavalinha e urtiga conter até 80 ppm.
Como um pó ou sob a forma de aparas de metal, metal titânio constitui um risco significativo de fogo e, quando aquecido, em ar , o risco de explosão. Água e dióxido de carbono baseados em métodos para extinguir os incêndios são ineficazes em titânio ardente; Agentes de combate a incêndio de pó seco da classe D deve ser utilizado em seu lugar.
Quando usado na produção e manuseamento de cloro , tem de ser tomado cuidado para utilizar titânio apenas em locais onde não serão expostos para secar o gás de cloro que pode resultar em um fogo de titânio / cloro. Existe um risco de incêndio, mesmo quando o titânio é usado em cloro úmido devido à possível secagem inesperada provocada por condições climáticas extremas.
O titânio pode pegar fogo quando uma superfície fresca, não oxidado entra em contato com oxigénio líquido. Tais superfícies podem aparecer quando a superfície oxidada é golpeado com um objeto duro, ou quando uma tensão mecânica provoca o surgimento de uma rachadura. Isto levanta a possibilidade de limitação para o seu uso em sistemas de oxigénio líquido, tais como as encontradas na indústria aeroespacial.
