titan
Titan (lat. Titan) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ti und der Protonenzahl 22. Es ist ein leichtes, starkes, glänzendes Übergangsmetall mit stahlartigem Aussehen, beständig gegen Korrosion (auch in Meerwasser, Säuren oder in Gegenwart von Chlor). In der Natur kommt Titan nur in Form von Verbindungen vor, die am weitesten verbreiteten Mineralien sind Rutil und Ilmenit.
Titan wird als Bestandteil harter und leichter Legierungen (mit Eisen, Aluminium, Vanadium, Molybdän und vielen anderen Elementen) verwendet, die in vielen Industriezweigen (Kosmonautik, Militär, Luftfahrt, Maschinenbau, chemische Industrie, Medizin) breite Anwendung finden , usw.) . Titandioxid wird als Weißpigment (unter der Bezeichnung Titanweiß), außerdem als Bestandteil von Zahnpasten und als Photokatalysator verwendet.
Geschichte
Titan wurde erstmals 1791 vom Amateurgeologen William Gregor (von Beruf Pfarrer und später Pfarrer der Gemeinde Creed in Cornwall) als neues Element identifiziert, der bemerkte, dass schwarzer Sand aus dem Alluvium im Nachbardorf Manaccan von a angezogen wurde Magnet. Bei diesem Sand handelte es sich um das Mineral Ilmenit. Durch seine Analyse entdeckte Gregor, dass er aus zwei Oxiden besteht – Eisen und einem neuen, bis dahin unbekannten Element (Titandioxid). Er gab seine Entdeckung der Royal Geological Society of Cornwall (Royal Geological Society of Cornwall) bekannt und veröffentlichte sie auch in der deutschen Fachzeitschrift Creel's Annalen.
Etwa zur gleichen Zeit stellte der ungarische Mineraloge Franz-Joseph Müller von Reichenstein die gleiche Verbindung her, konnte sie jedoch nicht identifizieren. Titandioxid wurde 1795 vom deutschen Chemiker Martin Heinrich Klaproth in Rutil aus Ungarn (genauer gesagt vom Fundort bei Revúca auf dem Gebiet der heutigen Slowakei) wiederentdeckt, der auch bewies, dass es sich um das Oxid eines neuen Elements handelt und dieses Element Titanen nannte nach den Riesen aus der griechischen Mythologie. Als er von Gregors früherer Entdeckung erfuhr, bestätigte er, dass das gleiche Element auch im schwarzen Sand von Manaccan gefunden wurde.
Die tatsächliche Herstellung von reinem Titan gelang jedoch erst 1910 Matthew Hunter, der das Metall mit einer Reinheit von 99,9 % durch Reduktion von Titanchlorid mit Natrium bei einer Temperatur von 700 bis 800 °C herstellte. Da Titan bei erhöhten Temperaturen mit Kohlenstoff reagiert, scheiterten die klassischen Methoden der Reduktion von Erzen mit Koks. Allerdings war die Natriumreduktion sehr kostspielig und die durch dieses Verfahren erzeugte Menge an Titan reichte gerade für Laborexperimente aus. Erst 1932 ersetzte der luxemburgische Metallurge William Kroll Natrium durch Kalzium und neun Jahre später durch Magnesium, und Titan begann industriell hergestellt zu werden. Das Kroll-Verfahren wird auch heute noch zur Herstellung von Titan verwendet, obwohl es auch günstigere Herstellungsverfahren gibt
Chemische Eigenschaften
Die wichtigste Eigenschaft von Titan ist seine Korrosionsbeständigkeit sowie seine Unlöslichkeit in den meisten verdünnten Säurelösungen, obwohl es sich in konzentrierten Säuren löst. Bei einem E°-Wert von −0,42 V sollte es Wasserstoff aus Wasser verdrängen, diese Reaktion findet jedoch praktisch nicht statt. Auf der Oberfläche bildet sich eine Passivierungsschicht aus Titandioxid, die eine weitere Korrosion verhindert.
Bei erhöhten Lufttemperaturen bildet sich auf Titan eine Passivierungs- und schützende Oxidschicht, die Korrosion verhindert. Bei Raumtemperatur ist es jedoch korrosionsbeständig. Wenn es an der Luft auf 610 °C oder mehr erhitzt wird, verbrennt es unter Bildung von Titandioxid; und ist eines der wenigen Elemente, das auch in reiner Stickstoffatmosphäre brennt (brennt bei 800 °C). Titan widersteht verdünnter Schwefelsäure und Salzsäure sowie Chlorgas und den meisten organischen Säuren.
Experimente haben gezeigt, dass natürliches Titan bei Beschuss mit Deuteronen radioaktiv wird und hauptsächlich Positronen und harte Gammastrahlen aussendet. Rotglühend verbindet es sich mit Sauerstoff und bei einer Temperatur von 550 °C auch mit Chlor. Es reagiert auch mit anderen Halogenen und absorbiert Wasserstoff.
Die Verwendung
Der praktische Nutzen von elementarem Titan ergibt sich vor allem aus seiner außergewöhnlichen chemischen Beständigkeit und geringen Dichte. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Herstellung von Titan derzeit finanziell relativ anspruchsvoll ist und der betriebliche Einsatz von Titankomponenten nur dann sinnvoll ist, wenn eine günstigere Alternative auf Basis von Aluminium- und Magnesiumlegierungen – Dural – nicht möglich ist.
Der Schwerpunkt seiner Verwendung lag seit Beginn der industriellen Produktion von Titanmetall in der Raumfahrttechnik und speziellen Anwendungen der Luftfahrtindustrie. Titan und seine Legierungen sind daher das Grundmaterial bei der Herstellung von Skeletten oder Oberflächenschutzschilden von Weltraumobjekten (Satelliten, Raumsonden und Raumstationen). In der Luftfahrtindustrie finden sie Verwendung bei der Herstellung stark beanspruchter Flugzeugbauteile, also vor allem im Bau militärischer Kampfflugzeuge und heute auch im Bau kommerzieller Transportflugzeuge.
In der chemischen Industrie ist Titan ein immer beliebteres Material für die Herstellung oder einfache Auskleidung chemischer Reaktoren, die unter extremen Bedingungen betrieben werden und eine hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern.
Titan wird zunehmend in Geräten verwendet, die über einen längeren Zeitraum mit Meerwasser in Kontakt stehen. Dabei kann es sich um Teile von Schiffen oder U-Booten (Schiffspropeller) handeln, aber auch um Komponenten von Industrieanlagen, die zur Entsalzung (Entsalzung) von Meerwasser dienen.
Im gewöhnlichen Alltag können wir Titanen treffen, z.B. B. bei Material zur Herstellung von Luxusarmbanduhren oder Schmuckteilen.