Titán

Titán (lat. titanium) je kemijski element u Periodnom sustavu elemenata koji ima oznaku Ti i protonsko broj 22. To je lagani, čvrsti, sjajni prehodni metal sličnog izgleda čelika, otporan na koroziju (i u morskoj vodi, u kiselinama, odnosno u prisutnosti hlora). U prirodi se titan nalazi samo u obliku spojaka, najrasprostranjenijim mineralima su rutil i ilmenit.

Titan se koristi kao sastojak čvrstih i laganih legura (s željezom, aluminijem, vanadijem, molibdenom i mnogim drugim elementima), koje imaju široku primjenu u mnogim granama industrije (u kosmonautici, vojski, zrakoplovstvu, strojarstvu, kemijskoj industriji, medicini itd.). Titanov(IV) oksid se koristi kao bijeli pigment (pod nazivom titanova beloba), kao i kao sastojak zubne paste i kao fotokatalizator.

Povijest

Titan kao novi element prvi put je identificirao amaterski geolog William Gregor (pozivom duhovnik i kasnije vicar crkve Creed u Cornwallu) 1791. godine, koji je primijetio da je crni pijesak iz naselja Manaccan u blizini privlačen magnatom. Taj pijesak je bio mineral ilmenit i analizom Gregor je utvrdio da je sastavljen od dva oksida - željeza i novog, do tada nepoznatog elementa (titanov(IV) oksid). Otkriće je objavio Kraljevskoj geološkoj zajednici Cornwalla (Royal Geological Society of Cornwall) i također ga je objavio i u njemačkom znanstvenom časopisu Creel's Annalen.

U otprilike isto vrijeme mađarski mineralog Franz-Joseph Müller von Reichenstein pripremio je istu spojku, ali nije mogao je identificirati. Titanov(IV) oksid ponovno je otkrio 1795. godine njemački kemičar Martin Heinrich Klaproth u rutilu iz Mađarske (preciznije iz lokaliteta kod Revúce na području današnjeg Slovačkog prostora), koji je također utvrdio da je to oksid novog elementa i taj element je preimenuo po titanima iz grčke mitologije. Kada je saznao o ranijem otkriću Gregora, potvrdio je da se u crnim pijeskovima iz Manaccana nalazi isti element.

Proizvodnja čistog titana uspjela se tek 1910. godine Matthewu Hunteru, koji je pripremio metal čistoće 99,9% redukcijom titanovog(IV) klorida natrijem na temperaturi od 700 do 800 °C. Titan reagira s ugljikom na povišenoj temperaturi, pa klasične metode redukcije ruda koksom nisu uspijevale. Redukcija natrijem bila je vrlo skupa i količina titanija proizvedenog ovim procesom bila je dovoljna samo za laboratorijske eksperimente. Tek 1932. godine luksemburski metalurg William Kroll zamijenio je natrij kalcijem, a devet godina kasnije magnezijem i titan je počeo biti proizveden industrijski. Krollov proces se koristi za proizvodnju titanija i danas, iako postoje i jeftinije metode pripreme

Kemijske osobine
Najvažnija osobina titanija je njegova otpornost na koroziju, kao i neprozirnost većini rastvora razrijeđenih kiselina, iako se rastvara u koncentriranim kiselinama. S vrijednošću E° −0,42 V bi trebao izbaciti vodik iz vode, ali ta reakcija praktički ne odvija. Na površini se stvara pasivna sloj titanovog(IV) oksida, koja sprječava dalju koroziju.

Pri povišenoj temperaturi na zraku se na titanu stvara pasivna i zaštitna oksidna sloj koja sprječava koroziju, ali pri sobnoj temperaturi otporan je na koroziju. Ako se na zraku zagrije na temperaturu od 610 °C ili više, gorit će uz stvaranje titanovog(IV) oksida; i jedan je od malo elemenata koji gorite i u čistom atmosferi dušika (gori pri 800 °C). Titan otporan je na razrijeđenu sumpornu kiselinu i klorovodoničnu kiselinu, kao i na plinoviti klor i većinu organskih kiselina.

Eksperimenti su pokazali da se prirodni titan mijenja u radioaktivni, kada se strijelja deuteronima, pri čemu emitira pozitroni i tvrdo gama zračenje. Kada se zagrije do crvene boje, spaja se s kisikom i pri temperaturi od 550 °C spaja se i s hlorom. Reagira i s drugim halogenima i apsorbuje vodik.

Upotreba
Praktična upotreba elementarnog titanija proizlazi pre svega iz njegove izuzetne kemijske otpornosti i male gustine. Treba uzeti u obzir da je proizvodnja titanija danas relativno finansijski zahtjevna i upotreba titanijevih komponenti je opravdana samo u slučajevima kada nije moguće koristiti jeftiniju alternativu na bazi legura aluminija i magnezija – durala.

Od početka industrijske proizvodnje metalnog titanija fokus njegove upotrebe bio je u kozmičkim tehnologijama i specijalnim primjenama zrakoplovne industrije. Titan i njegove legure su stoga osnovni materijal pri proizvodnji skeleta ili površinskih zaštitnih štitova kozmičkih objekata (sputnici, svemirske sonde i svemirske stanice). U zrakoplovnoj industriji nalaze primjenu pri proizvodnji značajno opterećenih dijelova zrakoplova, to jest pri konstrukciji vojnih lovaca i danas i pri konstrukciji komercijalnih prijevoznih zrakoplova.

U kemijskoj industriji titan je sve popularniji materijal za proizvodnju ili jednostavno vijenje kemijskih reaktora koji rade u ekstremnim uvjetima i zahtijevaju visoku otpornost na koroziju.

Titan se sve češće koristi u uređajima koji dugoročno rade u kontaktu s morskom vodom. To mogu biti dijelovi brodova ili podmornica (brodske vijke), kao i komponente industrijskih jedinica koje služe za odslanjenje (desalinaciju) morske vode.

U svakodnevnom životu možemo se sreći s titanijem npr. kao materijalom za proizvodnju luksuznih satova s ogrlicom ili dijelova nakita.