Титан (Ti) е един от най-забележителните метали в съвременната наука и индустрия. Отличава се с изключителна здравина, ниска плътност и устойчивост на корозия, което го прави незаменим материал в авиацията, медицината, енергетиката и дори в биотехнологиите.
| Титан | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Титан |
| Латинско / международно наименование | Titanium |
| Химичен символ | Ti |
| Пореден номер (атомно число) | 22 |
| Период и група в таблицата | 4 период, 4 група |
| Блок (s, p, d, f) | d-блок |
| Категория / тип елемент | Преходен метал |
| Атомна маса | 47.867 u |
| Изотопи | Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49, Ti-50 |
| Средна атомна маса | 47.867 |
| Плътност | 4.506 g/cm³ |
| Температура на топене | 1668°C |
| Температура на кипене | 3287°C |
| Кристална структура | Хексагонална (α-Ti), кубична (β-Ti) |
| Цвят / външен вид | Сребристо-сив метал |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Откривател / година на откриване | Уилям Грегор, 1791 г. |
| Място на откриване | Корнуол, Англия |
| Етимология на името | От гръцките титани – митологични гиганти |
| Окислителни степени | +2, +3, +4 (най-често +4) |
| Електронна конфигурация | [Ar] 3d² 4s² |
| Електроотрицателност | 1.54 (по Паулинг) |
| Йонизационна енергия | 658.8 kJ/mol |
| Топлопроводимост | 21.9 W/m·K |
| Електрическа проводимост | Добра |
| Химическа активност | Реагира с кислород, хлор, азот при високи температури |
| Разпространение в природата | Рутил, илменит, анатаз |
| Основни производители в света | Китай, Русия, Япония, САЩ, Австралия |
| Основни приложения | Авиация, медицина, пигменти, химическа индустрия |
| Биологично значение | Няма известно значение, биосъвместим |
| Токсичност и безопасност | Ниска токсичност, безопасен за медицинска употреба |
| Историческо значение | Потвърждение на връзката между минералите и металите |
| Научна дисциплина | Химия, материалознание, инженерство |
| Интересни факти | Използван в космическите апарати и импланти |
| CAS номер | 7440-32-6 |
| PubChem CID | 23963 |
| Класификация по IUPAC | Преходен метал |
| Символика и културно значение | Символ на сила, устойчивост и дълголетие |
Открит през XVIII век, титанът днес се смята за метал на бъдещето – способен да издържа екстремни условия, без да губи структурната си стабилност. Името му идва от древногръцките титани – митични божества, символизиращи сила и мощ, което напълно отразява неговия характер.
Химични и физични свойства
Титанът е химичен елемент с атомно число 22 и химичен символ Ti, принадлежащ към групата на преходните метали. Металът е сребристо-сив, лек, но изключително здрав. Той има плътност около 4.5 g/cm³, което го прави почти два пъти по-лек от стоманата и само малко по-тежък от алуминия.
Основните физични характеристики включват:
- Температура на топене: 1668°C
- Температура на кипене: 3287°C
- Кристална структура: хексагонална (при стайна температура)
- Твърдост: 6 по скалата на Моос
- Електропроводимост: по-ниска от тази на желязото и медта
Химически, титанът показва голяма устойчивост на окисление и корозия, дори в морска вода, киселини и хлорни разтвори. Това се дължи на образуването на пасивен слой от титанов оксид (TiO₂), който защитава метала от по-нататъшна реакция с околната среда.
История на откриването
Титанът е открит през 1791 г. от английския химик Уилям Грегор в минерала илменит, намерен в Корнуол. През 1795 г. германският учен Мартин Клапрот независимо открива същия елемент в минерала рутил и му дава името „титан“, вдъхновен от древногръцките митологични същества.
Металът обаче е изолиран в чиста форма едва през 1910 г. от американския химик М. А. Хънтър, който използва метод на редукция на титанов тетрахлорид с натрий. През XX век титанът се превръща в стратегически метал, особено по време на Студената война, когато започва масовото му приложение в авиацията и космонавтиката.
Срещане в природата
Титанът е деветият по разпространение елемент в земната кора, като съставлява около 0.57% от нейната маса. Среща се най-често под формата на оксиди – рутил (TiO₂), илменит (FeTiO₃) и анатаз.
Основните залежи на титан се намират в:
- Австралия
- Китай
- Русия
- Индия
- Украйна
- Канада и Норвегия
Титанът се съдържа и в метеорити, както и в лунната почва, което показва неговото космическо разпространение.
Добив и производство
Производството на титан е сложен и енергийно интензивен процес. Най-разпространен е методът на Крола, разработен през 1940 г. от Уилям Крола. Процесът включва:
- Превръщане на титановия оксид в титанов тетрахлорид (TiCl₄);
- Редукция на TiCl₄ с магнезий или натрий в инертна атмосфера;
- Получаване на метален титан с висока чистота.
Полученият титан впоследствие се топи и пречиства за различни промишлени приложения.
Основни съединения
- Титанов диоксид (TiO₂): най-разпространеното съединение, използвано като бял пигмент, в бои, пластмаси, козметика и слънцезащитни кремове;
- Титанов тетрахлорид (TiCl₄): междинен продукт при производството на чист титан и катализатор в химическата индустрия;
- Титанов нитрид (TiN): твърдо покритие със златист блясък, използвано за защита на метални повърхности и декоративни цели;
- Титанов карбид (TiC): изключително твърдо съединение, използвано в инструменталната промишленост.
Приложения
- Най-широкото приложение на титана е в авиационната индустрия, където се използва за производство на компоненти, устойчиви на високи температури и натоварвания – корпуси на самолети, реактивни двигатели, турбини и космически сонди.
- Благодарение на своята биосъвместимост, титанът се използва в медицински импланти, изкуствени стави, зъбни корони и хирургически инструменти. Той не предизвиква алергии и се интегрира отлично с човешките тъкани.
- Титанът намира приложение в реактори, тръби и топлообменници, които работят с корозивни вещества. В ядрената индустрия се използва заради устойчивостта си на радиация и корозия.
- Титановият диоксид (TiO₂) е основен компонент в белите пигменти, използвани в бои, пластмаси и козметични продукти, включително в слънцезащитни кремове заради способността му да отразява UV-лъчите.
- Поради красивия си метален блясък и възможността за оцветяване чрез анодиране, титанът се използва и в бижутерията, часовникарството и електрониката.
Биологично значение и безопасност
Титанът няма доказана биологична роля в човешкия организъм и се счита за нетоксичен и безопасен. Неговите съединения, особено TiO₂, са биологично инертни и широко използвани в хранителната и козметичната индустрия.
Все пак вдишването на прах от титанов диоксид в промишлени количества може да бъде вредно за дихателната система.
Интересни факти
Титанът е по-здрав от стоманата, но почти два пъти по-лек. В космоса титан се среща в метеорити и на повърхността на Луната и Марс. Титановият диоксид е основен компонент на боята на космическите кораби, тъй като отразява радиацията. Някои модерни титан-алуминиеви сплави издържат на температури над 600°C.