Titanyum

Özellikler

Titanyum elementinin atom numarası 22 ve atom ağırlığı 47.90'dır. Kimyasal davranışı, birinci geçiş grubuna ait elementler olan silikon ve zirkonyum ile birçok benzerlik gösterir. Sulu çözelti içindeki kimyası, özellikle düşük oksidasyon durumlarında, krom ve vanadyum ile bazı benzerliklere sahiptir.

Titanyum beyaz, gümüşümsü ve metalik renkli bir geçiş metalidir. Güçlü, parlak ve korozyona dayanıklıdır. Saf titanyum suda çözünmez, ancak konsantre asitlerde çözünür. Bu metal, havada yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında pasif ancak koruyucu bir oksit kaplama oluşturur (korozyon direncine yol açar), ancak oda sıcaklıklarında kararmaya direnir.

Ana oksidasyon durumu 4+, ancak 3+ ve 2+ durumları da biliniyor; ancak bu durumda daha az kararlı yapıdadırlar. Bu element; dioksit ve TiO₂ elde etmek için ısıtıldığında ve halojenlerle birleştirildiğinde havada yanar. Dioksit ve hidrojeni oluşturmak için su buharını azaltır ve klorhidrik asit ile triklorür oluşturmasına rağmen, sıcak konsantre asitlerle benzer şekilde reaksiyona girer. Metalin en kullanışlı iki özelliği, herhangi bir metalik elementin en yükseği olan korozyon direnci ve kuvvet / yoğunluk oranıdır.^[1] Alaşımsız durumda titanyum, bazı çelikler kadar güçlüdür, ancak daha az yoğundur.^[2]

Bulunma Sıklığı ve Üretimi

Titanyumun bilinen biyolojik bir rolü yoktur. İnsan vücudunda tespit edilebilir miktarda titanyum vardır ve günde yaklaşık 0,8 mg titanyum aldığımız tahmin edilmektedir; ancak çoğu adsorbe edilmeden, içimizden geçip vücuttan atılır. Zehirli bir metal değildir ve insan vücudu büyük dozlarda titanyumu tolere edebilir.

Doğadaki diğer elementlere bağlı bulunmamasına rağmen, titanyum Dünya'nın kabuğunda en bol bulunan dokuzuncu elementtir (kütlece %0,63) ve çoğu magmatik kayaçta ve bunlardan türetilen tortularda bulunur.

Önemli titanyum mineralleri rutil, brookit, anataz, illmenit ve titanittir. Başlıca çıkarılmış cevher olan ilmenit, Batı Avustralya, Norveç, Kanada ve Ukrayna'da geniş kum yatakları olarak ortaya çıkar. Kuzey Amerika ve Güney Afrika'daki büyük rutil yatakları da dünya titanyum arzına önemli ölçüde katkıda bulunmaktadır. Metalin dünya üretimi yılda yaklaşık 90.000 ton ve titanyum dioksitin üretimi yılda 4.3 milyon tondur.

Titanyum dioksit, TiO₂, genellikle rutil olarak bilinen siyah veya kahverengimsi bir formda bulunur. Doğada daha az sıklıkla bulunan doğal formlar anatazit ve brookittir. Hem saf rutil hem de saf anatazit beyazdır. Siyah bazik oksit, FeTiO₃, ilmenit denilen doğal mineral olarak doğal formda bulunur; bu titanyumun ana ticari kaynağıdır.

Uygulama ve Kullanım Alanları

Titanyum dioksit, büyük kaplama gücü, UV ışığı hasarına karşı opaklığı ve otomatik temizleme kapasitesi nedeniyle kimyasal olarak inert olduğu için dış boyamalarda beyaz bir pigment olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Örneğin tipik bir ruj, %10 titanyum içermektedir. Dioksit aynı zamanda porselen emayelerde ağartma ve pasifleştirme yöntemi olarak kullanılmıştır ve onlara son bir parlaklık, sertlik ve asit direnci sağlamıştır.

Titanyum alaşımları, yüksek sıcaklıklarda bile çok yüksek çekme mukavemeti, hafiflik, yüksek korozyon direnci ve aşırı sıcaklıklara dayanma yeteneği ile karakterize edilir. Titanyum, çelik kadar güçlüdür ancak %45 daha hafiftir. Bu özellikler nedeniyle, esas olarak uçaklarda, enerji santralleri için borularda, zırh kaplamalarda, askeri gemilerde, uzay araçlarında ve füzelerde kullanılırlar.

Tıpta titanyum, kalça ve diz protezleri, hız belirleyiciler, kemik plakaları ve vidalar ve kafatası kırıkları için kraniyal plakalar yapmak için kullanılır.

Tarihi

Menakanit adı verilen siyah bir kum olan ilk titanyum minerali, 1791'de Cornwall'da Rahip William Gregor tarafından keşfedildi. Daha sonra bunu analiz etti ve demir oksitlerinden ve bilinmeyen bir metalden oluştuğunu çıkardı ve Cornwall Kraliyet Jeoloji Derneği'ne bildirdi. 1795 yılında, Berlin'den Alman bilim insanı Martin Heinrich Klaproth, Macaristan'dan Schörl olarak bilinen bir kırmızı cevheri araştırdı. Bu bir rutil (TiO₂) türevidir ve Klaproth bunun daha önce bilinmeyen ve titanyum adını verdiği bir elementin oksidi olduğunu fark etti. Gregor'un keşfi kendisine söylendiğinde menakaniti araştırdı ve onun da titanyum içerdiğini doğruladı. ABD'de General Electric için çalışan MA Hunter, 1910 yılına kadar titanyum tetraklorür ve sodyum metali ısıtarak saf titanyum metali yaptı.

Etimolojisi

Titanyum kelimesi, Latincede "dünyanın oğulları" anlamına gelen ve mitolojide sıklıkla karşımıza çıkan Titanlardan gelmektedir gelmektedir.

Önlem ve Güven

Elementel titanyum ve titanyum dioksit, düşük bir toksisiteye sahiptir. Yine de bazı durumlarda titanyum ile etkileşime dikkat etmek gerekebilir.

Titanyumun İnsan Sağlığına Etkisi

Solunum yoluyla titanyum dioksite maruz kalan laboratuvar hayvanları (fareler), akciğerlerde küçük lokalize koyu renkli toz birikintileri geliştirmiştir. İnsanlarda aşırı maruz kalma, akciğerlerde küçük değişikliklere neden olabilir. Titanyum tozuna aşırı maruz kalmanın etkileri ise; tozun solunması göğüste sıkışma ve ağrıya, öksürüğe ve nefes almada zorluğa neden olabilir. Deri veya gözlerle temas tahrişe neden olabilir. Giriş yolları genellikle soluma, cilt teması, göz teması ile olur.

Titanyumun Çevresel Etkileri

Metalik toz halindeyken titanyum metal önemli bir yangın tehlikesi ve havada ısıtıldığında bir patlama tehlikesi oluşturur.

İlginç Bilgiler ve Diğer

Titanyumun ilk keşfedilmesinden sonra onu saf bir numuneye izole etmek 119 yıl sürmüştür.^[3] Dolayısıyla bir elementin keşfedilmesiyle onun saf bir şekilde üretilmesi apayrı kavramlardır.