عنصر تیتانیوم

تیتانیوم عنصری از جدول تناوبی با عدد اتمی 22 بوده که در گروه چهارم و تناوب چهارم این جدول قرار گرفته است. از مهمترین ویژگی های Titanium، داشتن استحکام و مقاومت بسیار بالا با وجود پایین بودن وزن مولکولی آن هاست. آلیاژهای این عنصر در برابر خوردگی نیز بسیار مقاوم هستند و علت آن را می توان در تشکیل لایه اکسیدی دانست که روی سطح تیتانیوم تشکیل می شود. با توجه به گران بودن Titanium، کاربرد آن تا حد زیادی کم است ولی امروزه روش هایی را به کار می برند تا برای تولید این فلز مقاوم، هزینه های کمتری استفاده شود.

خواص فیزیکی Titanium

از جمله خواص فیزیکی تیتانیوم می توان به چگالی کم، براق بودن، قابلیت چکش خواری و با دوام و استحکام بالای آن اشاره کرد. تیتانیوم به عنوان فلز نسوز است چون می تواند در برابر گرما، آب و دمایی بالاتر از 1650 درجه سانتی گراد بسیار مقاوم باشد. این فلز در دسته ی مواد پارامغناطیس قرار می گیرد و نسبت به فلزات دیگر، از هدایت الکتریکی زیادی برخوردار است. خاصیت هدایت الکتریکی تیتانیوم وقتی به بالاترین حد خود خواهد رسید که به دمایی کمتر از دمای بحرانی خود یعنی 272,66- درجه سانتی گراد برسد.

میزان مقاومت کششی Titanium به حدی بالاست که به اندازه مقاومت آلیاژهای فولاد است. میزان استحکام تیتانیوم در مقایسه با آلیاژهای آلومینیوم، بیشتر از دو برابر است در صورتی که چگالی کمتر از این فلز دارد. اگر تیتانیوم را تا دمای بیشتر از 430 درجه سانتی گراد حرارت دهند، مقاومت این فلزات از بین می رود. Beta C نامی است که به آلیاژهای تیتانیوم داده می شود.

خواص شیمیایی Titanium

Titanium در مجاورت با هوا اکسید شده و ترکیب این فلز با اکسیژن در دمای 1200 درجه سانتی گراد و با اکسیژن خالص در دمای 610 درجه سانتی گراد، انجام می شود. ترکیب حاصل، دی اکسید تیتانیوم خواهد بود. همان طور که در بالا نیز اشاره شد، واکنش آرام تیتانیوم با آب و هوا در دمای محیط، لایه ای از اکسید مقاوم روی سطح تشکیل می دهد. در ابتدا ضخامت لایه اکسید مقاوم تشکیل شده بین 1 تا 2 نانومتر است اما با گذشت زمان و تشکیل لایه های بیشتر، ضخامت آن بعد از 4 سال به 25 نانومتر می رسد.

از خواص شیمیایی Titanium مقاوم بودن آن در برابر اسید سولفوریک، اسید هیدروکلریک، محلول های کلرید و اسیدهای آلی است. اما اگر تیتانیوم در برابر اسیدهای غلیظ قرار گیرد، به شدت دچار خورده می شود. فعال بودن تیتانیوم به لحاظ ترمودینامیکی از خواص دیگر این فلز است. به این جهت تیتانیم در دمایی کمتر از نقطه ذوب و در شرایط فشار جوی، دچار سوختگی می شود. پس برای این که ذوب این فلز اتفاق افتاده و دچار سوختگی نشود، باید در محیط های خلأ و خنثی انجام شود. از خواص شیمیایی تیتانیوم، ترکیب با هالوژن ها و جذب هیدروژن است. از سوختن Titanium با نیتروژن خالص در دمای 800 درجه سانتی گراد، تیتانیوم نیترید تشکیل می شود.

ایزوتوپ های Titanium

پنج ایزوتوپ طبیعی که پایدار هستند از عنصر تیتانیوم وجود دارد. ایزوتوپ های این فلز بین 46 تا 49 است که ایزوتوپ 48 بین آن ها، فراوان ترین است. از تیتانیوم رادیوایزوتوپ هایی نیز با نیمه عمرهای مختلف شناخته شده است. برخی از آن ها نیمه عمر زیاد تا 63 سال و برخی نیز نیمه عمرهایی تا کمتر از نیم ثانیه دارند.

کاربردهای Titanium

بیشترین کاربردی که تیتانیوم دارد به صورت آلیاژ با فلزات دیگر است. مهمترین آلیاژی که از تیتانیوم وجود دارد در ترکیب با 6 درصد آلومینیوم و 4 درصد وانادیوم است، بیشتر از 90 درصد این آلیاژ از تیتانیوم است. از جمله کاربردهای این عنصر در شیرآلات هیدرولیکی، بدنه هواپیماها، چرخنده ها و بخش های موتور آن است. همچنین چون تیتانیوم استحکام بالایی دارد در مکان هایی که خوردگی بالایی دارند، مانند آب دریاها کاربرد دارند. در جراحی های لگن، زانو و تهیه پروتزهای آن، ساخت پروانه کشتی ها، رآکتورهای شیمیایی، ایمپلنت های دندان، تزیین ساختمان ها و جواهر آلات و ... این عنصر کاربرد دارد. در تهیه طلای 24 عیار نیز از آلیاژ فلز Titanium استفاده می شود.

مضرات کاربرد Titanium

تیتانیوم عنصری سمی حتی در مقیاس های زیاد نیست. تیتانیوم وارد شده به بدن که در هر روز به اندازه 0,8 میلی گرم است، در بافت های بدن جمع نمی شود. اما همراه بودن تیتانیوم با سیلیکا، منجر به تجمع آن در بافت ها می شود. گیاهان برای این که تولید و ساخته شدن کربوهیدرات ها تحریک شود، از این عنصر استفاده می کنند. پودر تیتانیوم در برابر هوا منفجر می شود که برای خاموش کردن آن، آب و دی اکسید کربن بی تاثیر است.