Titanio Il titanio è l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha come simbolo Ti e come numero atomico il 22. È un metallo del blocco d, leggero, resistente, di colore bianco metallico, lucido, resistente alla corrosione. Il titanio viene utilizzato nelle leghe leggere resistenti e nei pigmenti bianchi, si trova in numerosi minerali, i principali sono il rutilo e l'ilmenite.
Proprietà Il titanio è un elemento metallico che è ben conosciuto per la sua resistenza alla corrosione (quasi quanto il platino) e per il suo alto rapporto resistenza/peso. È leggero, duro, con una bassa densità (il 40% di quella dell'acciaio). Quando allo stato puro è abbastanza duttile, lucido, di colore bianco metallico. Tuttavia le leghe di titanio non sono facilmente lavorabili, e la difficoltà di lavorazione alle macchine utensili è paragonabile a quella dell'acciaio inossidabile, notoriamente il più problematico da plasmare per asportazione di truciolo. Il punto di fusione relativamente alto di questo elemento lo rende utile come metallo refrattario. Il titanio è resistente come l'acciaio ma il 45% più leggero, pesa il 60% in più dell'alluminio ma con una resistenza doppia. Queste proprietà rendono il titanio molto resistente alle forme usuali di fatica dei metalli. Questo metallo forma una patina di ossido passivo se esposto all'aria, ma quando è in un ambiente libero da ossigeno è molto duttile. Il titanio, che brucia se riscaldato nell'aria, è anche l'unico elemento che brucia in un gas di azoto puro. Il titanio è resistente all'acido solforico diluito e all'acido cloridrico, oltre che ai gas di cloro, alle soluzioni di cloruri e alla maggior parte degli acidi carbossilici. Esperimenti hanno mostrato che il titanio naturale diventa altamente radioattivo se bombardato con nuclei di deuterio, emettendo principalmente positroni e raggi gamma. Il metallo è dimorfico con forma alfa esagonale che diventa beta cubica molto lentamente, alla temperatura di circa 880°C. Quando raggiunge il colore rosso il titanio si combina con l'ossigeno e quando raggiunge i 550°C si combina con il cloro. A temperatura ambiente si passiva per formazione di una patina di ossido, ad alta temperatura reagisce rapidamente con ossigeno e reagisce anche con idrogeno, azoto e alogeni. Non è attaccato dagli acidi fatta eccezione di HF che forma fluorocomplessi solubili, gli acidi ossidanti accentuano la formazione della patina passivante di ossido, neanche gli alcali acquosi a caldo lo attaccano. Applicazioni All'incirca il 95% del titanio viene consumato in forma di diossido di titanio (TiO2), un pigmento intensamente bianco e permanente con buona capacità coprente, nelle vernici, nella carta, nei cementi per renderli più brillanti e nelle plastiche. Le vernici fatte con il biossido di titanio sono eccellenti riflettrici della radiazione infrarossa e sono quindi usate estensivamente dagli astronomi. A causa della loro resistenza (anche alla corrosione), leggerezza, e capacità di sopportare temperature estreme, le leghe di titanio vengono utilizzate principalmente nell'industria aeronautica e aerospaziale, anche se il loro utilizzo in prodotti di consumo quali: mazze da golf, biciclette, componenti motociclistici e computer portatili, sta diventando sempre più comune. Il titanio viene spesso messo in lega con: alluminio, ferro, manganese, molibdeno e altri metalli. Il carburo di titanio (TiC; peso specifico 4.93; punto di fusione 2940 gradi Celsius), il nitruro di titanio (TiN; peso specifico 5.40; punto di fusione 2960 gradi Celsius) e piu' recentemenre, il derivato carbonitrurico (Ti10C7N3; peso specifico 5.02; punto di fusione 3520 gradi Celsius) sono composti altamente refrattari, inerti sotto le comuni condizioni di temperatura e resistenti all'attacco della maggior parte degli acidi minerali ed alcali. Per tali ragioni sono impiegati nella costruzione di utensili e macchinari che possiedono parti destinate alle alte velocita' con attrito, nel rivestimento di crogioli per contenere acidi o basi molto forti e componenti di missili sottoposti a usura termica (es. ugelli). Altri impieghi
Un uso potenziale del titanio si ha per gli impianti di desalinizzazione. Storia Il titanio (dal latino Titans, Titani, i primi figli di Gaia) fu scoperto in Inghilterra nel 1791 dal reverendo William Gregor, che riconobbe la presenza di un nuovo elemento nell'ilmenite. L'elemento venne riscoperto molti anni dopo dal chimico tedesco Heinrich Klaproth nei minerali di rutilo. Nel 1795 Klaproth battezzò l'elemento con il nome dei Titani della mitologia greca. Il titanio metallico puro (99.9%) venne preparato per la prima volta nel 1910 da Matthew A. Hunter tramite riscaldamento di TiCl4 con del sodio a 700-800°C. Il metallo di titanio non venne usato al di fuori dei laboratori fino al 1946 quando William Justin Kroll dimostrò che il titanio poteva essere prodotto commercialmente tramite riduzione del tetracloruro di titanio con il magnesio (un metodo ancora in uso tutt'oggi). Disponibilità Il titanio non si trova libero in natura, ma è il nono elemento per abbondanza nella crosta terrestre (0,6% della massa) ed è presente in molte rocce ignee e nei sedimenti da esse derivanti. Si trova principalmente nei seguenti minerali: anatasio, brookite, ilmenite, leucoxene, perovskite, rutilo, e sfeno nonché nei titanati e in molti minerali ferrosi. Di questi minerali solo l'ilmenite, il leucoxene e il rutilo hanno un'importanza economica significativa. Significativi depositi di minerali di titanio si trovano in Australia, Scandinavia, Nord America e Malesia. Poiché il titanio metallico può bruciare in atmosfera pura di azoto ed alle alte temperature reagisce facilmente con l'ossigeno e il carbonio, è difficoltoso preparare il metallo di titanio puro. Il metallo si trova nei meteoriti ed è stato rintracciato nel Sole e nelle stelle di tipo M. Le rocce portate dalla Luna durante la missione Apollo 17 erano composte per il 12,1% di TiO2. Il titanio si trova inoltre nelle ceneri di carbone, nelle piante ed anche nel corpo umano. Produzione Il metallo di titanio si produce commercialmente tramite riduzione di TiCl4 con il magnesio, un processo sviluppato nel 1946 da William Justin Kroll, e dal processo Hunter, analogo al processo Kroll ma effettuato con sodio metallico. Questo processo è complicato e costoso, ma un nuovo procedimento, chiamato metodo "FFC-Cambridge" potrebbe rimpiazzarlo. Questo nuovo metodo usa come materiale di base la polvere di diossido di titanio (che è una forma raffinata di rutilo) per ottenere il prodotto finale, un flusso continuo di titanio fuso adatto all'utilizzo immediato per la manifattura di leghe. Si spera che il metodo FFC-Cambridge renderà il titanio un materiale meno raro e costoso per l'industria aerospaziale e il mercato dei beni di lusso, e che verrà impiegato in molti prodotti attualmente fabbricati con alluminio o acciai speciali. Composti Anche se il metallo di titanio è relativamente poco comune, a causa dei costi di estrazione, il diossido di titanio è economico, facilmente disponibile in grandi quantità, e largamente utilizzato come pigmento bianco in vernici, plastiche e cemento da costruzione. La polvere di TiO2 è chimicamente inerte, non svanisce con la luce solare, ed è molto opaca, ciò le permette di impartire un colore bianco brillante alle sostanze chimiche grigie o marroni che formano le plastiche normalmente usate. Il diossido di titanio puro ha un indice di rifrazione molto alto, e una dispersione ottica superiore al diamante. Zaffiri e rubini prendono il loro asterismo dal diossido di titanio in essi presente. Gli ossidi possono essere ottenuti per reazione diretta del metallo con l'ossigeno ad alta temperatura, l'ossido di titanio è molto usato nell'industria come pigmento per le vernici bianche. Gli alogenuri sono principalmente formati dall'attacco di un alogeno con il biossido di titanio, hanno un comportamento di acido di Lewis per formare alogeno complessi. Forma numerosi complessi soprattutto con Ti a numero di ossidazione +2, sono tutti complessi diamagnetici, il numero di coordinazione più comune per il Ti è il 6. Forma anche complessi a numero di ossidazione 3 ma si ossidano facilmente all'aria, forma anche complessi con numero di ossidazione inferiori al 3 ad esempio un metallocarbonile in cui il Ti è complessato da 6 molecole di monossido di carbonio che non rispetta la regola dei 18 elettroni. Isotopi Il titanio riscontrabile in natura è composto da cinque isotopi stabili; 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti e 50Ti, di questi il 48Ti è il più abbondante (73,8%). I radioisotopi sono stati prodotti, i più stabili dei quali sono il 44Ti con emivita di 63 anni, il 45Ti ha emivita di 184,8 minuti, il 51Ti di 5,76 minuti, e il 52Ti di 1,7 minuti. Tutti i restanti isotopi radioattivi hanno emivita inferiore ai 33 secondi, e la maggior parte di questi ha emivita sotto al mezzo secondo. Gli isotopi del titanio variano in peso atomico da 39,99 amu (40Ti) a 57,966 amu (58Ti). La modalità di decadimento primaria prima dell'isotopo stabile più abbondante è la cattura di elettrone, la modalità primaria dopo l'isotopo più diffuso è l'emissione beta. I prodotti del decadimento prima del 48Ti sono isotopi di scandio e i prodotti primari dopo il 48Ti sono isotopi di vanadio. Precauzioni Il metallo di titanio in polvere comporta un significativo rischio di incendio, ma i sali di titanio sono spesso considerati relativamente innocui. Composti con il cloro, come il TiCl3 e il TiCl4 dovrebbero essere considerati corrosivi. Il titanio inoltre ha una tendenza al bioaccumulo nei tessuti che contengono silice, ma non gioca alcun ruolo conosciuto negli esseri umani. Allo stato gassoso (è il caso del taglio al plasma dei metalli) è tossico se inalato.
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