Atommasse von Titan. Struktur eines Titanatoms. Physikalische Eigenschaften von Metall

Ewig, geheimnisvoll, kosmisch – all diese und viele andere Beinamen werden Titan in verschiedenen Quellen zugeschrieben. Die Geschichte der Entdeckung dieses Metalls war nicht trivial: Mehrere Wissenschaftler arbeiteten gleichzeitig daran, das Element in seiner reinen Form zu isolieren. Der Prozess der Untersuchung physikalischer und chemischer Eigenschaften und der Bestimmung der heutigen Anwendungsbereiche. Titan ist das Metall der Zukunft; sein Platz im menschlichen Leben ist noch nicht endgültig geklärt, was modernen Forschern enormen Spielraum für Kreativität und wissenschaftliche Forschung bietet.

Charakteristisch

Das chemische Element wird im Periodensystem von D. I. Mendelejew mit dem Symbol Ti bezeichnet. Es befindet sich in einer sekundären Untergruppe der Gruppe IV der vierten Periode und hat die Seriennummer 22. Titan ist ein weiß-silbernes Metall, leicht und langlebig. Die elektronische Konfiguration des Atoms hat die folgende Struktur: +22)2)8)10)2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. Dementsprechend hat Titan mehrere mögliche Oxidationsstufen: 2, 3, 4; in den stabilsten Verbindungen ist es vierwertig.

Titan – Legierung oder Metall?

Diese Frage interessiert viele. Im Jahr 1910 erlangte der amerikanische Chemiker Hunter erstmals reines Titan. Das Metall enthielt nur 1 % Verunreinigungen, deren Menge erwies sich jedoch als vernachlässigbar und ermöglichte keine weitere Untersuchung seiner Eigenschaften. Die Plastizität der resultierenden Substanz wurde nur unter dem Einfluss hoher Temperaturen erreicht; unter normalen Bedingungen (Raumtemperatur) war die Probe zu zerbrechlich. Tatsächlich interessierten sich Wissenschaftler nicht für dieses Element, da die Aussichten für seine Verwendung zu unsicher schienen. Die Schwierigkeit bei der Beschaffung und Erforschung hat sein Einsatzpotenzial weiter eingeschränkt. Erst 1925 erhielten die niederländischen Chemiker I. de Boer und A. Van Arkel Titanmetall, dessen Eigenschaften die Aufmerksamkeit von Ingenieuren und Designern auf der ganzen Welt auf sich zogen. Die Geschichte der Erforschung dieses Elements beginnt im Jahr 1790. Zu dieser Zeit entdeckten zwei Wissenschaftler parallel und unabhängig voneinander Titan als chemisches Element. Jeder von ihnen erhält eine Verbindung (Oxid) der Substanz, wodurch das Metall nicht in seiner reinen Form isoliert werden kann. Als Entdecker des Titans gilt der englische Mineraloge Mönch William Gregor. Auf dem Territorium seiner Gemeinde im Südwesten Englands begann der junge Wissenschaftler, den schwarzen Sand des Menacan-Tals zu untersuchen. Das Ergebnis war die Freisetzung glänzender Körner, bei denen es sich um eine Titanverbindung handelte. Zur gleichen Zeit isolierte der Chemiker Martin Heinrich Klaproth in Deutschland eine neue Substanz aus dem Mineral Rutil. Im Jahr 1797 bewies er außerdem, dass parallel geöffnete Elemente ähnlich sind. Titandioxid ist für viele Chemiker seit mehr als einem Jahrhundert ein Rätsel; selbst Berzelius war nicht in der Lage, reines Metall zu gewinnen. Die neuesten Technologien des 20. Jahrhunderts haben den Prozess der Untersuchung dieses Elements erheblich beschleunigt und die ersten Richtungen für seine Verwendung festgelegt. Gleichzeitig erweitert sich der Anwendungsbereich stetig. Sein Umfang kann nur durch die Komplexität des Prozesses zur Gewinnung einer Substanz wie reinem Titan begrenzt werden. Der Preis für Legierungen und Metall ist recht hoch, sodass herkömmliches Eisen und Aluminium heute nicht mehr ersetzt werden können.

Herkunft des Namens

Menakin war der erste Name für Titan, der bis 1795 verwendet wurde. Genau so nannte W. Gregor das neue Element aufgrund seiner territorialen Zugehörigkeit. Martin Klaproth gab dem Element 1797 den Namen „Titan“. Zu dieser Zeit schlugen seine französischen Kollegen unter der Leitung des eher maßgeblichen Chemikers A.L. Lavoisier vor, neu entdeckte Substanzen entsprechend ihren grundlegenden Eigenschaften zu benennen. Der deutsche Wissenschaftler war mit diesem Ansatz nicht einverstanden; er glaubte durchaus, dass es im Entdeckungsstadium ziemlich schwierig sei, alle einem Stoff innewohnenden Eigenschaften zu bestimmen und sie im Namen widerzuspiegeln. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass der von Klaproth intuitiv gewählte Begriff voll und ganz dem Metall entspricht – dies wurde von modernen Wissenschaftlern immer wieder betont. Über den Ursprung des Namens Titan gibt es zwei Haupttheorien. So könnte das Metall zu Ehren der Elfenkönigin Titania (einer Figur aus der deutschen Mythologie) benannt worden sein. Dieser Name symbolisiert sowohl die Leichtigkeit als auch die Stärke der Substanz. Die meisten Wissenschaftler neigen dazu, die Version der antiken griechischen Mythologie zu verwenden, in der die mächtigen Söhne der Erdgöttin Gaia Titanen genannt wurden. Diese Version wird auch durch den Namen des zuvor entdeckten Elements Uran gestützt.

In der Natur sein

Von den Metallen, die für den Menschen technisch wertvoll sind, steht Titan hinsichtlich der Häufigkeit in der Erdkruste an vierter Stelle. Lediglich Eisen, Magnesium und Aluminium kommen in der Natur in hohen Anteilen vor. Der höchste Titangehalt wurde in der Basaltschale festgestellt, etwas weniger in der Granitschicht. Im Meerwasser ist der Gehalt dieser Substanz gering – etwa 0,001 mg/l. Das chemische Element Titan ist sehr aktiv, daher ist es unmöglich, es in reiner Form zu finden. Am häufigsten kommt es in Verbindungen mit Sauerstoff vor und hat eine Wertigkeit von vier. Die Zahl der titanhaltigen Mineralien schwankt zwischen 63 und 75 (in verschiedenen Quellen), während Wissenschaftler im gegenwärtigen Forschungsstadium weiterhin neue Formen seiner Verbindungen entdecken. Für die praktische Anwendung sind folgende Mineralien von größter Bedeutung:

Ilmenit (FeTiO 3).
Rutil (TiO 2).
Titanit (CaTiSiO 5).
Perowskit (CaTiO 3).
Titanomagnetit (FeTiO 3 + Fe 3 O 4) usw.

Alle vorhandenen titanhaltigen Erze werden in Placer- und Basiserze unterteilt. Dieses Element ist ein schwacher Wanderer; es kann sich nur in Form von gebrochenen Steinen oder der Bewegung schlammiger Bodenfelsen fortbewegen. In der Biosphäre findet sich die größte Menge Titan in Algen. Bei Vertretern der Landfauna reichert sich das Element im Horngewebe und im Haar an. Der menschliche Körper ist durch das Vorhandensein von Titan in der Milz, den Nebennieren, der Plazenta und der Schilddrüse gekennzeichnet.

Physikalische Eigenschaften

Titan ist ein Nichteisenmetall mit einer silberweißen Farbe, die optisch an Stahl erinnert. Bei einer Temperatur von 0 0 C beträgt seine Dichte 4,517 g/cm 3 . Der Stoff hat ein niedriges spezifisches Gewicht, das typisch für Alkalimetalle (Cadmium, Natrium, Lithium, Cäsium) ist. Hinsichtlich der Dichte nimmt Titan eine Zwischenstellung zwischen Eisen und Aluminium ein, wobei seine Leistungseigenschaften höher sind als die beider Elemente. Die Haupteigenschaften von Metallen, die bei der Bestimmung ihres Anwendungsbereichs berücksichtigt werden, sind die Härte. Titan ist 12-mal stärker als Aluminium, 4-mal stärker als Eisen und Kupfer, aber viel leichter. Seine Plastizität und Streckgrenze ermöglichen die Verarbeitung bei niedrigen und hohen Temperaturen, wie dies auch bei anderen Metallen der Fall ist, z. B. durch Nieten, Schmieden, Schweißen und Walzen. Ein charakteristisches Merkmal von Titan ist seine geringe thermische und elektrische Leitfähigkeit, während diese Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen bis zu 500 °C erhalten bleiben. In einem Magnetfeld ist Titan ein paramagnetisches Element, das nicht wie Eisen angezogen und nicht herausgedrückt wird wie Kupfer. Einzigartig ist die sehr hohe Korrosionsschutzleistung in aggressiven Umgebungen und bei mechanischer Beanspruchung. Mehr als 10 Jahre Einwirkung von Meerwasser veränderten das Aussehen und die Zusammensetzung der Titanplatte nicht. In diesem Fall würde das Eisen durch Korrosion vollständig zerstört werden.

Thermodynamische Eigenschaften von Titan

Die Dichte (unter normalen Bedingungen) beträgt 4,54 g/cm 3 .
Ordnungszahl - 22.
Gruppe von Metallen - feuerfest, leicht.
Die Atommasse von Titan beträgt 47,0.
Siedepunkt (0 °C) – 3260.
Molvolumen cm 3 /mol - 10,6.
Der Schmelzpunkt von Titan (0 °C) beträgt 1668.
Spezifische Verdampfungswärme (kJ/mol) – 422,6.
Elektrischer Widerstand (bei 20 0 C) Ohm*cm*10 -6 - 45.

Chemische Eigenschaften

Die erhöhte Korrosionsbeständigkeit des Elements erklärt sich durch die Bildung eines kleinen Oxidfilms auf der Oberfläche. Es verhindert (unter normalen Bedingungen) die Bildung von Gasen (Sauerstoff, Wasserstoff), die in der umgebenden Atmosphäre eines Elements wie Titanmetall vorkommen. Seine Eigenschaften verändern sich unter Temperatureinfluss. Bei einer Temperaturerhöhung auf 600 0 C kommt es zu einer Reaktion mit Sauerstoff, wodurch Titanoxid (TiO 2) entsteht. Bei der Absorption atmosphärischer Gase entstehen spröde Verbindungen, die keine praktische Anwendung haben, weshalb das Schweißen und Schmelzen von Titan unter Vakuumbedingungen erfolgt. Eine reversible Reaktion ist der Prozess der Wasserstoffauflösung im Metall; er läuft mit zunehmender Temperatur (ab 400 0 C) aktiver ab. Titan, insbesondere seine kleinen Partikel (dünne Platten oder Drähte), brennt in einer Stickstoffatmosphäre. Die chemische Reaktion ist erst bei einer Temperatur von 700 0 C möglich und führt zur Bildung von TiN-Nitrid. Es bildet mit vielen Metallen hochharte Legierungen und ist häufig ein Legierungselement. Es reagiert mit Halogenen (Chrom, Brom, Jod) nur in Gegenwart eines Katalysators (hohe Temperatur) und unter Wechselwirkung mit einer Trockensubstanz. Dabei entstehen sehr harte, feuerfeste Legierungen. Titan ist mit Lösungen der meisten Laugen und Säuren nicht chemisch aktiv, mit Ausnahme von konzentrierter Schwefelsäure (mit längerem Sieden), Flusssäure und heißen organischen Säuren (Ameisensäure, Oxalsäure).

Geburtsort

Ilmenit-Erze kommen in der Natur am häufigsten vor – ihre Reserven werden auf 800 Millionen Tonnen geschätzt. Die Vorkommen von Rutilvorkommen sind deutlich bescheidener, aber das Gesamtvolumen dürfte – bei gleichbleibendem Produktionswachstum – die Menschheit für die nächsten 120 Jahre mit einem Metall wie Titan versorgen. Der Preis des Endprodukts hängt von der Nachfrage und der Steigerung der Herstellbarkeit der Produktion ab, liegt aber im Durchschnitt zwischen 1200 und 1800 Rubel/kg. Unter Bedingungen ständiger technischer Verbesserung werden die Kosten aller Produktionsprozesse durch deren rechtzeitige Modernisierung deutlich gesenkt. China und Russland verfügen über die größten Reserven; Japan, Südafrika, Australien, Kasachstan, Indien, Südkorea, die Ukraine und Ceylon verfügen ebenfalls über Bodenschätze. Die Lagerstätten unterscheiden sich hinsichtlich der Produktionsmengen und des Anteils von Titan im Erz. Derzeit werden geologische Untersuchungen durchgeführt, was von einem Rückgang des Marktwerts des Metalls und seiner breiteren Verwendung ausgehen lässt. Russland ist mit Abstand der größte Titanproduzent.

Quittung

Zur Herstellung von Titan wird am häufigsten Titandioxid verwendet, das nur minimale Verunreinigungen enthält. Es wird durch Anreicherung von Ilmenitkonzentraten oder Rutilerzen gewonnen. In einem Lichtbogenofen wird das Erz wärmebehandelt, was mit der Abtrennung von Eisen und der Bildung von titanoxidhaltiger Schlacke einhergeht. Zur Behandlung der eisenfreien Fraktion kommt die Schwefelsäure- oder Chloridmethode zum Einsatz. Titanoxid ist ein graues Pulver (siehe Foto). Titanmetall wird durch schrittweise Verarbeitung gewonnen.

Die erste Phase ist der Prozess des Sinterns von Schlacke mit Koks und der Einwirkung von Chlordampf. Das entstehende TiCl 4 wird bei einer Temperatur von 850 0 C mit Magnesium oder Natrium reduziert. Der durch eine chemische Reaktion erhaltene Titanschwamm (poröse Schmelzmasse) wird gereinigt oder zu Barren geschmolzen. Je nach weiterer Verwendungsrichtung entsteht eine Legierung oder reines Metall (Verunreinigungen werden durch Erhitzen auf 1000 0 C entfernt). Um einen Stoff mit einem Verunreinigungsgehalt von 0,01 % herzustellen, wird die Jodidmethode verwendet. Es basiert auf dem Prozess der Verdampfung seiner Dämpfe aus einem mit Halogen vorbehandelten Titanschwamm.

Anwendungsbereiche

Der Schmelzpunkt von Titan ist ziemlich hoch, was angesichts der Leichtigkeit des Metalls einen unschätzbaren Vorteil bei der Verwendung als Strukturmaterial darstellt. Daher findet es die größte Verwendung im Schiffbau, in der Luftfahrtindustrie, im Raketenbau und in der chemischen Produktion. Titan wird häufig als Legierungszusatz in verschiedenen Legierungen verwendet, die eine erhöhte Härte und Wärmebeständigkeit aufweisen. Hohe Korrosionsschutzeigenschaften und die Fähigkeit, den meisten aggressiven Umgebungen standzuhalten, machen dieses Metall für die chemische Industrie unverzichtbar. Rohrleitungen, Behälter, Absperrventile und Filter, die bei der Destillation und dem Transport von Säuren und anderen chemisch aktiven Substanzen verwendet werden, bestehen aus Titan (seinen Legierungen). Es ist gefragt, wenn Geräte entwickelt werden, die bei erhöhten Temperaturen betrieben werden. Titanverbindungen werden zur Herstellung langlebiger Schneidwerkzeuge, Farben, Kunststoffe und Papier, chirurgischer Instrumente, Implantate, Schmuck und Veredelungsmaterialien sowie in der Lebensmittelindustrie verwendet. Alle Richtungen sind schwer zu beschreiben. Aufgrund der vollständigen biologischen Sicherheit wird in der modernen Medizin häufig Titanmetall verwendet. Der Preis ist bisher der einzige Faktor, der die Anwendungsbreite dieses Elements beeinflusst. Man kann mit Recht sagen, dass Titan das Material der Zukunft ist, wenn man untersucht, welches die Menschheit in eine neue Entwicklungsstufe übergehen wird.

Der Großteil des Titans wird für den Bedarf der Luft- und Raketentechnik sowie des Schiffbaus ausgegeben. Es wird wie Ferrotitan als Legierungszusatz für hochwertige Stähle und als Desoxidationsmittel verwendet. Technisches Titan wird zur Herstellung von Behältern, chemischen Reaktoren, Rohrleitungen, Armaturen, Pumpen, Ventilen und anderen Produkten verwendet, die in aggressiven Umgebungen eingesetzt werden. Kompaktes Titan wird zur Herstellung von Netzen und anderen Teilen elektrischer Vakuumgeräte verwendet, die bei hohen Temperaturen betrieben werden.

Bei der Verwendung als Strukturwerkstoff liegt Ti an vierter Stelle, gleich hinter Al, Fe und Mg. Titanaluminide sind sehr oxidationsbeständig und hitzebeständig, was wiederum ihren Einsatz als Strukturwerkstoffe in der Luftfahrt und im Automobilbau bestimmte. Die biologische Unbedenklichkeit dieses Metalls macht es zu einem hervorragenden Material für die Lebensmittelindustrie und die rekonstruktive Chirurgie.

Titan und seine Legierungen werden aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit, die auch bei hohen Temperaturen erhalten bleibt, Korrosionsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit, spezifischer Festigkeit, geringer Dichte und anderen nützlichen Eigenschaften in der Technologie häufig eingesetzt. Die hohen Kosten dieses Metalls und der darauf basierenden Materialien werden in vielen Fällen durch ihre höhere Leistung ausgeglichen, und in einigen Fällen sind sie der einzige Rohstoff, aus dem Geräte oder Strukturen hergestellt werden können, die unter diesen spezifischen Bedingungen funktionieren.

Titanlegierungen spielen eine wichtige Rolle in der Luftfahrttechnik, wo sie eine möglichst leichte Struktur bei gleichzeitig erforderlicher Festigkeit anstreben. Ti ist im Vergleich zu anderen Metallen leicht, kann aber gleichzeitig bei hohen Temperaturen betrieben werden. Materialien auf Ti-Basis werden zur Herstellung des Gehäuses, der Befestigungsteile, des Antriebssatzes, der Fahrgestellteile und verschiedener Einheiten verwendet. Diese Materialien werden auch beim Bau von Flugzeugtriebwerken verwendet. Dadurch können Sie ihr Gewicht um 10–25 % reduzieren. Titanlegierungen werden zur Herstellung von Kompressorscheiben und -schaufeln, Teilen für Lufteinlässe und Führungen in Motoren sowie verschiedenen Befestigungselementen verwendet.

Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Raketentechnik. Durch den kurzzeitigen Betrieb von Triebwerken und den schnellen Durchgang dichter Atmosphärenschichten in der Raketentechnik werden die Probleme der Dauerfestigkeit, der statischen Lebensdauer und teilweise des Kriechens weitgehend beseitigt.

Aufgrund seiner nicht ausreichend hohen thermischen Festigkeit ist technisches Titan nicht für den Einsatz in der Luftfahrt geeignet, aufgrund seiner außergewöhnlich hohen Korrosionsbeständigkeit ist es in der chemischen Industrie und im Schiffbau jedoch teilweise unverzichtbar. So wird es bei der Herstellung von Kompressoren und Pumpen zum Pumpen aggressiver Medien wie Schwefel- und Salzsäure und deren Salze, Rohrleitungen, Absperrventile, Autoklaven, verschiedene Arten von Behältern, Filtern usw. verwendet. Nur Ti weist Korrosionsbeständigkeit auf Umgebungen wie nasses Chlor, wässrige und saure Lösungen von Chlor, daher werden Geräte für die Chlorindustrie aus diesem Metall hergestellt. Es wird auch zur Herstellung von Wärmetauschern verwendet, die in korrosiven Umgebungen arbeiten, beispielsweise Salpetersäure (nicht rauchend). Im Schiffbau wird Titan zur Herstellung von Propellern, zur Panzerung von Schiffen, U-Booten, Torpedos usw. verwendet. An diesem Material haften die Muscheln nicht, was den Widerstand des Schiffes bei der Bewegung stark erhöht.

Titanlegierungen sind für den Einsatz in vielen anderen Anwendungen vielversprechend, ihre Verbreitung in der Technologie wird jedoch durch die hohen Kosten und die unzureichende Verfügbarkeit dieses Metalls behindert.

Titanverbindungen werden auch in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt. Hartmetall (TiC) hat eine hohe Härte und wird bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen und Schleifmitteln verwendet. Weißes Dioxid (TiO2) wird in Farben (z. B. Titanweiß) und bei der Herstellung von Papier und Kunststoffen verwendet. Organo-Titan-Verbindungen (z. B. Tetrabutoxytitan) werden als Katalysator und Härter in der Chemie- sowie Farben- und Lackindustrie eingesetzt. Anorganische Ti-Verbindungen werden in der chemischen Elektronik- und Glasfaserindustrie als Additive eingesetzt. Diborid (TiB 2) ist ein wichtiger Bestandteil superharter Materialien für die Metallverarbeitung. Nitrid (TiN) wird zur Beschichtung von Werkzeugen verwendet.

Viele interessieren sich für das etwas mysteriöse und noch nicht vollständig erforschte Titan – ein Metall, dessen Eigenschaften etwas unklar sind. Metall ist sowohl das stärkste als auch das zerbrechlichste.

Das stärkste und zerbrechlichste Metall

Es wurde von zwei Wissenschaftlern im Abstand von 6 Jahren entdeckt – dem Engländer W. Gregor und dem Deutschen M. Klaproth. Der Name Titan wird einerseits mit den mythischen Titanen, übernatürlich und furchtlos, und andererseits mit Titania, der Königin der Feen, in Verbindung gebracht.
Dies ist eines der häufigsten Materialien in der Natur, der Prozess zur Gewinnung von reinem Metall ist jedoch besonders komplex.

22 chemisches Element der Tabelle von D. Mendeleev Titan (Ti) gehört zur Gruppe 4 der Periode 4.

Die Farbe von Titan ist silberweiß mit ausgeprägtem Glanz. Sein Glanz schimmert in allen Farben des Regenbogens.

Dies ist eines der Refraktärmetalle. Es schmilzt bei einer Temperatur von +1660 °C (±20°). Titan ist paramagnetisch: Es wird in einem Magnetfeld nicht magnetisiert und nicht aus diesem herausgedrückt.
Das Metall zeichnet sich durch geringe Dichte und hohe Festigkeit aus. Die Besonderheit dieses Materials besteht jedoch darin, dass bereits minimale Verunreinigungen anderer chemischer Elemente seine Eigenschaften radikal verändern. In Gegenwart eines unbedeutenden Anteils anderer Metalle verliert Titan seine Hitzebeständigkeit und das Minimum an nichtmetallischen Substanzen in seiner Zusammensetzung macht die Legierung spröde.
Dieses Merkmal bestimmt das Vorhandensein von zwei Arten von Material: reinem und technischem Material.

Reinstitan wird dort eingesetzt, wo ein sehr leichter Werkstoff benötigt wird, der hohen Belastungen und extrem hohen Temperaturbereichen standhält.
Der technische Werkstoff kommt dort zum Einsatz, wo Parameter wie Leichtigkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit wertgeschätzt werden.

Der Stoff hat die Eigenschaft der Anisotropie. Das bedeutet, dass das Metall seine physikalischen Eigenschaften je nach der ausgeübten Kraft verändern kann. Auf diese Eigenschaft sollten Sie bei der Planung des Materialeinsatzes achten.

Titan verliert bei der geringsten Anwesenheit von Verunreinigungen anderer Metalle an Festigkeit

Untersuchungen der Eigenschaften von Titan unter normalen Bedingungen bestätigen seine Inertheit. Der Stoff reagiert nicht auf Elemente in der umgebenden Atmosphäre.
Die Änderung der Parameter beginnt, wenn die Temperatur auf +400 °C und mehr steigt. Titan reagiert mit Sauerstoff, kann sich in Stickstoff entzünden und absorbiert Gase.
Diese Eigenschaften machen es schwierig, einen reinen Stoff und seine Legierungen zu erhalten. Die Titanproduktion basiert auf dem Einsatz teurer Vakuumgeräte.

Titan und die Konkurrenz mit anderen Metallen

Dieses Metall wird ständig mit Aluminium- und Eisenlegierungen verglichen. Viele chemische Eigenschaften von Titan sind deutlich besser als die der Konkurrenz:

In Bezug auf die mechanische Festigkeit ist Titan 2-mal höher als Eisen und Aluminium 6-mal höher. Seine Festigkeit nimmt mit sinkender Temperatur zu, was bei Wettbewerbern nicht zu beobachten ist.
Die Korrosionsschutzeigenschaften von Titan übertreffen die anderer Metalle deutlich.
Bei Umgebungstemperatur ist das Metall völlig inert. Steigt die Temperatur jedoch über +200 °C, beginnt die Substanz Wasserstoff zu absorbieren und verändert dadurch ihre Eigenschaften.
Bei höheren Temperaturen reagiert Titan mit anderen chemischen Elementen. Es verfügt über eine hohe spezifische Festigkeit, die doppelt so hoch ist wie die Eigenschaften der besten Eisenlegierungen.
Die Korrosionsschutzeigenschaften von Titan übertreffen die von Aluminium und Edelstahl deutlich.
Der Stoff leitet Elektrizität nicht gut. Titan hat einen elektrischen Widerstand, der 5-mal höher ist als der von Eisen, 20-mal höher als der von Aluminium und 10-mal höher als der von Magnesium.
Titan zeichnet sich durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit aus, was auf seinen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten zurückzuführen ist. Sie ist dreimal geringer als die von Eisen und zwölfmal geringer als die von Aluminium.

Wie wird Titan gewonnen?

Das Material belegt in der Natur den 10. Platz. Es gibt etwa 70 Mineralien, die Titan in Form von Titansäure oder Titandioxid enthalten. Die häufigsten davon mit einem hohen Anteil an Metallderivaten sind:

Ilmenit;
Rutil;
Anatas;
Perowskit;
Brookit.

Die Hauptvorkommen von Titanerzen befinden sich in den USA, Großbritannien und Japan, große Vorkommen wurden in Russland, der Ukraine, Kanada, Frankreich, Spanien und Belgien entdeckt.

Der Titanabbau ist ein teurer und arbeitsintensiver Prozess

Die Gewinnung von Metall aus ihnen ist sehr teuer. Wissenschaftler haben vier Methoden zur Herstellung von Titan entwickelt, von denen jede funktionsfähig ist und in der Industrie effektiv eingesetzt wird:

Magnesiumthermisches Verfahren. Die gewonnenen Rohstoffe, die Titanverunreinigungen enthalten, werden verarbeitet und Titandioxid gewonnen. Dieser Stoff wird in Bergwerken oder Salzchlorierungsanlagen bei erhöhten Temperaturen chloriert. Der Prozess ist sehr langsam und wird in Gegenwart eines Kohlenstoffkatalysators durchgeführt. Dabei wird festes Kohlendioxid in eine gasförmige Substanz umgewandelt – Titantetrachlorid. Das resultierende Material wird mit Magnesium oder Natrium reduziert. Die bei der Reaktion entstehende Legierung wird in einer Vakuumanlage auf ultrahohe Temperaturen erhitzt. Durch die Reaktion verdampfen Magnesium und seine Verbindungen mit Chlor. Am Ende des Prozesses entsteht ein schwammartiges Material. Es wird geschmolzen und es entsteht hochwertiges Titan.
Calciumhydrid-Methode. Das Erz wird einer chemischen Reaktion unterzogen, um Titanhydrid herzustellen. Der nächste Schritt ist die Trennung des Stoffes in seine Bestandteile. Beim Erhitzen in Vakuumanlagen werden Titan und Wasserstoff freigesetzt. Am Ende des Prozesses entsteht Calciumoxid, das mit schwachen Säuren gewaschen wird. Die ersten beiden Methoden beziehen sich auf die industrielle Produktion. Sie ermöglichen die Gewinnung von reinem Titan in kürzester Zeit zu relativ geringen Kosten.
Elektrolysemethode. Titanverbindungen werden hohen Strömen ausgesetzt. Je nach Ausgangsstoff werden Verbindungen in die Komponenten Chlor, Sauerstoff und Titan unterteilt.
Jodid-Methode oder Raffination. Aus Mineralien gewonnenes Titandioxid wird mit Joddampf übergossen. Durch die Reaktion entsteht Titaniodid, das auf eine hohe Temperatur - +1300 ... + 1400 ° C erhitzt und elektrischem Strom ausgesetzt wird. Dabei werden aus dem Ausgangsmaterial folgende Komponenten isoliert: Jod und Titan. Das mit dieser Methode gewonnene Metall weist keine Verunreinigungen oder Zusatzstoffe auf.

Einsatzgebiete

Die Verwendung von Titan hängt vom Grad seiner Reinigung von Verunreinigungen ab. Das Vorhandensein selbst einer geringen Menge anderer chemischer Elemente in der Zusammensetzung einer Titanlegierung verändert ihre physikalischen und mechanischen Eigenschaften radikal.

Titan mit einem gewissen Anteil an Verunreinigungen wird als technisches Titan bezeichnet. Es verfügt über eine hohe Korrosionsbeständigkeit, ist ein leichtes und sehr langlebiges Material. Sein Einsatz hängt von diesen und anderen Indikatoren ab.

In der chemischen Industrie Wärmetauscher, Rohre unterschiedlicher Durchmesser, Armaturen, Gehäuse und Teile für Pumpen für verschiedene Zwecke werden aus Titan und seinen Legierungen hergestellt. Der Stoff ist überall dort unverzichtbar, wo hohe Festigkeit und Säurebeständigkeit erforderlich sind.
Mit dem Transport Titan wird zur Herstellung von Teilen und Baugruppen für Fahrräder, Autos, Eisenbahnwaggons und Züge verwendet. Die Verwendung des Materials reduziert das Gewicht von Schienenfahrzeugen und Autos und verleiht Fahrradteilen Leichtigkeit und Festigkeit.
Titan ist von großer Bedeutung im Marineministerium. Daraus werden Teile und Rumpfelemente für U-Boote, Propeller für Boote und Hubschrauber hergestellt.
In der Baubranche Es wird eine Zink-Titan-Legierung verwendet. Es wird als Veredelungsmaterial für Fassaden und Dächer verwendet. Diese sehr haltbare Legierung hat eine wichtige Eigenschaft: Sie kann zur Herstellung von Architekturteilen mit den fantastischsten Konfigurationen verwendet werden. Es kann jede Form annehmen.
Titan wurde im letzten Jahrzehnt häufig verwendet in der Ölindustrie. Seine Legierungen werden bei der Herstellung von Geräten für Ultratiefbohren verwendet. Das Material wird zur Herstellung von Ausrüstung für die Offshore-Öl- und Gasförderung verwendet.

Titan hat ein sehr breites Anwendungsspektrum

Reines Titan hat seine eigenen Anwendungsgebiete. Es wird dort benötigt, wo eine hohe Temperaturbeständigkeit bei gleichzeitiger Beibehaltung der Festigkeit des Metalls erforderlich ist.

Es wird verwendet in :

Flugzeugbau und Raumfahrtindustrie zur Herstellung von Hautteilen, Gehäusen, Befestigungselementen, Fahrwerken;
Medikamente für die Prothetik und die Herstellung von Herzklappen und anderen Geräten;
Technologie für Arbeiten im kryogenen Bereich (hier wird die Eigenschaft von Titan genutzt – mit sinkender Temperatur nimmt die Festigkeit des Metalls zu und seine Duktilität geht nicht verloren).

Prozentual gesehen sieht der Einsatz von Titan zur Herstellung verschiedener Materialien wie folgt aus:

60 % werden für die Lackherstellung verwendet;
Plastik verbraucht 20 %;
13 % werden in der Papierherstellung verwendet;
Der Maschinenbau verbraucht 7 % des produzierten Titans und seiner Legierungen.

Die Rohstoffe und Verfahren zur Herstellung von Titan sind teuer, die Kosten seiner Herstellung werden durch die Lebensdauer der aus diesem Stoff hergestellten Produkte und seine Fähigkeit, sein Aussehen über die gesamte Betriebsdauer hinweg nicht zu verändern, ausgeglichen und amortisiert.

Element 22 (englisch Titanium, französisch Titane, deutsch Titan) wurde Ende des 18. Jahrhunderts entdeckt, als die Suche und Analyse neuer, in der Literatur noch nicht beschriebener Mineralien nicht nur Chemiker und Mineralogen, sondern auch Amateurwissenschaftler faszinierte. Einer dieser Amateure, der englische Priester Gregor, fand in seiner Gemeinde im Menachan Valley in Cornwall schwarzen Sand, vermischt mit feinem, cremefarbenem Sand. Gregor löste eine Sandprobe in Salzsäure; Gleichzeitig wurden 46 % des Eisens aus dem Sand freigesetzt. Den Rest der Probe löste Gregor in Schwefelsäure auf, wobei bis auf 3,5 % Kieselsäure fast die gesamte Substanz in Lösung ging. Nach dem Verdampfen der Schwefelsäurelösung verblieb ein weißes Pulver in einer Menge von 46 % der Probe. Gregor betrachtete ihn als eine besondere Art von Kalk, der in überschüssiger Säure löslich sei und durch Ätzkali ausgefällt werde. Gregor untersuchte das Pulver weiter und kam zu dem Schluss, dass es sich um eine Verbindung von Eisen mit einem unbekannten Metall handelte. Nach Rücksprache mit seinem Freund, dem Mineralogen Hawkins, veröffentlichte Gregor 1791 die Ergebnisse seiner Arbeit und schlug vor, das neue Metall Menachine nach dem Tal zu nennen, in dem der schwarze Sand gefunden wurde. Dementsprechend wurde das ursprüngliche Mineral Menaconit genannt. Klaproth wurde mit Gregors Botschaft vertraut und begann unabhängig von ihm mit der Analyse des damals als „roter ungarischer Scherl“ (Rutil) bekannten Minerals. Bald gelang es ihm, aus dem Mineral ein Oxid eines unbekannten Metalls zu isolieren, das er in Anlehnung an die Titanen – die alten mythischen Bewohner der Erde – Titan (Titan) nannte. Klaproth wählte bewusst einen mythologischen Namen, anstatt Elemente nach ihren Eigenschaften zu benennen, wie es von Lavoisier und der Nomenklaturkommission der Pariser Akademie der Wissenschaften vorgeschlagen wurde und was zu schwerwiegenden Missverständnissen führte. Klaproth vermutete, dass es sich bei Gregors Menachin und Titan um dasselbe Element handelte, führte eine vergleichende Analyse von Menaconit und Rutil durch und stellte die Identität beider Elemente fest. In Russland am Ende des 19. Jahrhunderts. Titan wurde aus Ilmenit isoliert und von T.E. Lovitz eingehend untersucht; Gleichzeitig stellte er einige Fehler in Klaproths Definitionen fest. Elektrolytisch reines Titan wurde 1895 von Moissan gewonnen. In der russischen Literatur des frühen 19. Jahrhunderts. Titan wird manchmal Titan genannt (Dvigubsky, 1824), und fünf Jahre später taucht dort der Name Titan auf.

Das Denkmal zu Ehren der Weltraumforscher wurde 1964 in Moskau errichtet. Fast sieben Jahre (1958-1964) wurden für die Planung und den Bau dieses Obelisken aufgewendet. Die Autoren mussten nicht nur architektonische und künstlerische Probleme lösen, sondern auch technische Probleme. Die erste davon war die Wahl der Materialien, einschließlich der Verkleidung. Nach langem Experimentieren entschieden wir uns für auf Hochglanz polierte Titanplatten.

Tatsächlich ist Titan in vielen Eigenschaften und vor allem in der Korrosionsbeständigkeit den meisten Metallen und Legierungen überlegen. Manchmal (besonders in der Populärliteratur) wird Titan als das ewige Metall bezeichnet. Aber lassen Sie uns zunächst über die Geschichte dieses Elements sprechen.

Oxidiert oder nicht oxidiert?

Bis 1795 hieß Element Nr. 22 „Menakin“. So wurde es 1791 vom englischen Chemiker und Mineralogen William Gregor genannt, der ein neues Element im Mineral Menacanit entdeckte (suchen Sie nicht nach diesem Namen in modernen mineralogischen Nachschlagewerken – Menacanit wurde ebenfalls umbenannt, jetzt heißt es Ilmenit). ).

Vier Jahre nach Gregors Entdeckung entdeckte der deutsche Chemiker Martin Klaproth ein neues chemisches Element in einem anderen Mineral – Rutil – und nannte es zu Ehren der Elfenkönigin Titania (deutsche Mythologie) Titan.

Einer anderen Version zufolge stammt der Name des Elements von den Titanen, den mächtigen Söhnen der Erdgöttin Gaia (griechische Mythologie).

Im Jahr 1797 stellte sich heraus, dass Gregor und Klaproth das gleiche Element entdeckt hatten, und obwohl Gregor es schon früher getan hatte, etablierte sich der von Klaproth gegebene Name für das neue Element.

Doch weder Gregor noch Klaproth gelang es, das Elementarwesen zu erlangen Titan. Das weiße kristalline Pulver, das sie isolierten, war Titandioxid TiO 2 . Lange Zeit gelang es keinem Chemiker, dieses Oxid zu reduzieren und daraus reines Metall zu isolieren.

Im Jahr 1823 berichtete der englische Wissenschaftler W. Wollaston, dass die Kristalle, die er in der metallurgischen Schlacke des Merthyr-Tydfil-Werks entdeckte, nichts anderes als reines Titan seien. Und 33 Jahre später bewies der berühmte deutsche Chemiker F. Wöhler, dass es sich bei diesen Kristallen erneut um eine Titanverbindung handelte, diesmal um ein metallähnliches Carbonitrid.

Viele Jahre lang glaubte man, dass Metall Titan wurde erstmals 1825 von Berzelius gewonnen. bei der Reduktion von Kaliumfluortitanat mit Natriummetall. Wenn man heute jedoch die Eigenschaften von Titan und dem von Berzelius erhaltenen Produkt vergleicht, kann man argumentieren, dass der Präsident der Schwedischen Akademie der Wissenschaften sich geirrt hat, da sich reines Titanabnum (im Gegensatz zu vielen anderen Säuren) schnell in Flusssäure auflöst und Berzelius‘ metallisches Titan widerstand seiner Wirkung erfolgreich.

Tatsächlich wurde Ti erst 1875 vom russischen Wissenschaftler D.K. Kirillov gewonnen. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden in seiner Broschüre „Research on Titanium“ veröffentlicht. Doch die Arbeit des wenig bekannten russischen Wissenschaftlers blieb unbeachtet. Weitere 12 Jahre später erhielten Berzelius‘ Landsleute, die berühmten Chemiker L. Nilsson und O. Peterson, ein ziemlich reines Produkt – etwa 95 % Titan –, die Titantetrachlorid mit metallischem Natrium in einer hermetischen Stahlbombe reduzierten.

Im Jahr 1895 erhielt der französische Chemiker A. Moissan, indem er Titandioxid mit Kohlenstoff in einem Lichtbogenofen reduzierte und das resultierende Material einer doppelten Raffination unterzog, Titan mit nur 2 % Verunreinigungen, hauptsächlich Kohlenstoff. Schließlich gelang es dem amerikanischen Chemiker M. Hunter im Jahr 1910, nachdem er die Methode von Nilsson und Peterson verbessert hatte, mehrere Gramm Titan mit einer Reinheit von etwa 99 % zu gewinnen. Aus diesem Grund wird in den meisten Büchern Hunter die Priorität bei der Gewinnung von Titanmetall zugeschrieben und nicht Kirillov, Nilsson oder Moissan.

Allerdings sagten weder Hunter noch seine Zeitgenossen eine große Zukunft für den Titanen voraus. Nur wenige Zehntel Prozent der Verunreinigungen waren im Metall enthalten, aber diese Verunreinigungen machten Titan spröde, brüchig und für die Bearbeitung ungeeignet. Daher fanden einige Titanverbindungen früher Anwendung als das Metall selbst. Ti-Tetrachlorid wurde beispielsweise im Ersten Weltkrieg häufig zur Herstellung von Nebelwänden verwendet.

Nr. 22 in der Medizin

1908 begann in den USA und Norwegen die Herstellung von Weiß nicht wie zuvor aus Blei- und Zinkverbindungen, sondern aus Titandioxid. Mit diesem Weiß lassen sich um ein Vielfaches größere Flächen streichen als mit der gleichen Menge Blei- oder Zinkweiß. Darüber hinaus hat Titanweiß ein höheres Reflexionsvermögen, ist ungiftig und verdunkelt sich unter dem Einfluss von Schwefelwasserstoff nicht. In der medizinischen Literatur wird ein Fall beschrieben, bei dem eine Person 460 g Titandioxid auf einmal „eingenommen“ hat! (Ich frage mich, womit er das verwechselt hat?) Der „Liebhaber“ von Titandioxid verspürte keine schmerzhaften Empfindungen. TiO 2 ist in einigen Medikamenten enthalten, insbesondere in Salben gegen Hautkrankheiten.

Allerdings ist es nicht die Medizin, sondern die Farben- und Lackindustrie, die die größten Mengen an TiO 2 verbraucht. Die weltweite Produktion dieser Verbindung liegt weit über einer halben Million Tonnen pro Jahr. Emails auf Titandioxidbasis werden häufig als schützende und dekorative Beschichtungen für Metall und Holz im Schiffbau, im Bauwesen und im Maschinenbau eingesetzt. Die Lebensdauer von Strukturen und Teilen wird deutlich erhöht. Titanweiß wird zum Färben von Stoffen, Leder und anderen Materialien verwendet.

Ti in der Industrie

Titandioxid ist Bestandteil von Porzellanmassen, feuerfesten Gläsern und Keramikmaterialien mit hoher Dielektrizitätskonstante. Als Füllstoff, der die Festigkeit und Hitzebeständigkeit erhöht, wird es in Gummimischungen eingebracht. Vor dem Hintergrund der einzigartigen Eigenschaften von reinem Titanmetall erscheinen jedoch alle Vorteile von Titanverbindungen unbedeutend.

Elementarer Titan

Im Jahr 1925 erhielten die niederländischen Wissenschaftler van Arkel und de Boer mit der Jodidmethode Titan von hoher Reinheit – 99,9 % (mehr dazu weiter unten). Im Gegensatz zu dem von Hunter gewonnenen Titan war es duktil: Es konnte in der Kälte geschmiedet und zu Blechen, Bändern, Drähten und sogar der dünnsten Folie gerollt werden. Aber das ist noch nicht einmal die Hauptsache. Untersuchungen der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Titanmetall haben zu nahezu fantastischen Ergebnissen geführt. Es stellte sich beispielsweise heraus, dass Titan, da es fast doppelt so leicht ist wie Eisen (Titandichte 4,5 g/cm3), vielen Stählen in der Festigkeit überlegen ist. Auch der Vergleich mit Aluminium fiel zugunsten von Titan aus: Titan ist nur eineinhalb Mal schwerer als Aluminium, dafür aber sechsmal fester und, was besonders wichtig ist, es behält seine Festigkeit bei Temperaturen bis zu 500 °C ( und unter Zusatz von Legierungselementen - bis 650°C), während die Festigkeit von Aluminium- und Magnesiumlegierungen bereits bei 300°C stark abnimmt.

Titan weist außerdem eine erhebliche Härte auf: Es ist 12-mal härter als Aluminium und 4-mal härter als Eisen und Kupfer. Ein weiteres wichtiges Merkmal eines Metalls ist seine Streckgrenze. Je höher er ist, desto besser halten Teile aus diesem Metall den Betriebsbelastungen stand und desto länger behalten sie ihre Form und Größe. Die Streckgrenze von Titan ist fast 18-mal höher als die von Aluminium.

Im Gegensatz zu den meisten Metallen weist Titan einen erheblichen elektrischen Widerstand auf: Wenn die elektrische Leitfähigkeit von Silber mit 100 angenommen wird, beträgt die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer 94, von Aluminium 60, von Eisen und Platin 15 und von Titan nur 3,8. Dass diese Eigenschaft ebenso wie der Nichtmagnetismus von Titan für die Radioelektronik und Elektrotechnik von Interesse ist, bedarf kaum einer Erklärung.

Die Korrosionsbeständigkeit von Titan ist bemerkenswert. Nach 10 Jahren Einwirkung von Meerwasser zeigten sich auf der Platte dieses Metalls keine Korrosionsspuren. Die Rotoren moderner schwerer Hubschrauber bestehen aus Titanlegierungen. Auch Ruder, Querruder und einige andere kritische Teile von Überschallflugzeugen bestehen aus diesen Legierungen. In vielen Chemieanlagen findet man heute ganze Apparate und Kolonnen aus Titan.

Wie Titan gewonnen wird

Der Preis ist ein weiterer Faktor, der die Produktion und den Verbrauch von Titan verlangsamt. Tatsächlich sind hohe Kosten kein inhärenter Nachteil von Titan. Davon gibt es viel in der Erdkruste – 0,63 %. Der immer noch hohe Preis für Titan ist eine Folge der schwierigen Gewinnung aus Erzen. Dies erklärt sich aus der hohen Affinität von Titan zu vielen Elementen und der Stärke der chemischen Bindungen in seinen natürlichen Verbindungen. Daher die Komplexität der Technologie. So sieht das Magnesium-Thermalverfahren zur Titanherstellung aus, das 1940 vom amerikanischen Wissenschaftler V. Kroll entwickelt wurde.

Titandioxid wird mit Chlor (in Gegenwart von Kohlenstoff) in Titantetrachlorid umgewandelt:

HO 2 + C + 2CI 2 → HCI 4 + CO 2.

Der Prozess findet in Elektroschachtöfen bei 800-1250°C statt. Eine weitere Möglichkeit ist die Chlorierung der Alkalimetallsalze NaCl und KCl in einer Schmelze. Der nächste (ebenso wichtige und arbeitsintensive) Vorgang – die Reinigung von TiCl 4 von Verunreinigungen – erfolgt mit verschiedenen Methoden und Substanzen. Titantetrachlorid ist unter normalen Bedingungen eine Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 136 °C.

Die Bindung zwischen Titan und Chlor lässt sich leichter aufbrechen als mit Sauerstoff. Dies kann durch die Reaktion mit Magnesium erfolgen

TiCl 4 + 2Mg → T + 2MgCl 2 .

Diese Reaktion findet in Stahlreaktoren bei 900 °C statt. Das Ergebnis ist ein sogenannter Titanschwamm, der mit Magnesium und Magnesiumchlorid imprägniert ist. Sie werden in einer geschlossenen Vakuumapparatur bei 950 °C verdampft und der Titanschwamm anschließend zu einem kompakten Metall gesintert oder geschmolzen.

Das natriumthermische Verfahren zur Herstellung von Titanmetall unterscheidet sich im Prinzip nicht wesentlich vom Magnesium-thermischen Verfahren. Diese beiden Methoden werden in der Industrie am häufigsten eingesetzt. Um reineres Titan zu erhalten, wird noch immer die von van Arkel und de Boer vorgeschlagene Jodidmethode verwendet. Metallothermer Titanschwamm wird in TiI 4 -Iodid umgewandelt, das dann im Vakuum sublimiert wird. Auf ihrem Weg trifft der Dampf von Titaniodid auf einen auf 1400 °C erhitzten Titandraht. In diesem Fall zersetzt sich das Jodid und auf dem Draht wächst eine Schicht aus reinem Titan. Diese Methode der Titanproduktion ist wenig produktiv und teuer, weshalb sie in der Industrie nur in äußerst begrenztem Umfang eingesetzt wird.

Trotz der Arbeits- und Energieintensität der Titanproduktion hat sie sich bereits zu einem der wichtigsten Teilbereiche der Nichteisenmetallurgie entwickelt. Die weltweite Titanproduktion entwickelt sich sehr schnell. Dies lässt sich bereits anhand der fragmentarischen Informationen beurteilen, die letztendlich gedruckt werden.

Es ist bekannt, dass 1948 weltweit nur 2 Tonnen Titan geschmolzen wurden und 9 Jahre später bereits 20.000 Tonnen. Das bedeutet, dass 1957 in allen Ländern 20.000 Tonnen Titan produziert wurden und 1980 nur die USA verbrauchten . 24,4 Tausend Tonnen Titan... Bis vor Kurzem galt Titan offenbar als seltenes Metall – heute ist es das wichtigste Strukturmaterial. Dies kann nur durch eines erklärt werden: eine seltene Kombination nützlicher Eigenschaften des Elements Nr. 22. Und natürlich durch die Bedürfnisse der Technologie.

Die Rolle von Titan als Strukturwerkstoff, Grundlage hochfester Legierungen für die Luftfahrt, den Schiffbau und die Raketentechnik, nimmt rasant zu. Der größte Teil des weltweit erschmolzenen Titans wird in Legierungen verwendet. Eine weithin bekannte Legierung für die Luftfahrtindustrie, bestehend aus 90 % Titan, 6 % Aluminium und 4 % Vanadium. 1976 erschienen in der amerikanischen Presse Berichte über eine neue Legierung für denselben Zweck: 85 % Titan, 10 % Vanadium, 3 % Aluminium und 2 % Eisen. Sie behaupten, dass diese Legierung nicht nur besser, sondern auch wirtschaftlicher sei.

Im Allgemeinen enthalten Titanlegierungen viele Elemente, darunter Platin und Palladium. Letztere (in einer Menge von 0,1–0,2 %) erhöhen die ohnehin hohe chemische Beständigkeit von Titanlegierungen.

Die Festigkeit von Titan wird auch durch „Legierungszusätze“ wie Stickstoff und Sauerstoff erhöht. Doch neben der Festigkeit erhöhen sie auch die Härte und vor allem die Zerbrechlichkeit von Titan, weshalb ihr Gehalt streng reguliert ist: Es dürfen nicht mehr als 0,15 % Sauerstoff und 0,05 % Stickstoff in die Legierung gelangen.

Obwohl Titan teuer ist, erweist sich der Ersatz durch günstigere Materialien in vielen Fällen als kostengünstig. Hier ist ein typisches Beispiel. Der Körper eines chemischen Apparats aus Edelstahl kostet 150 Rubel und einer aus einer Titanlegierung kostet 600 Rubel. Gleichzeitig hält ein Stahlreaktor jedoch nur 6 Monate und ein Titanreaktor 10 Jahre. Rechnet man die Kosten für den Austausch von Stahlreaktoren und die erzwungenen Ausfallzeiten der Anlagen hinzu, wird deutlich, dass die Verwendung von teurem Titan rentabler sein kann als die von Stahl.

In der Metallurgie werden erhebliche Mengen Titan verwendet. Es gibt Hunderte von Stahlsorten und anderen Legierungen, die Titan als Legierungszusatz enthalten. Es wird eingeführt, um die Struktur von Metallen zu verbessern und die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.

Einige Kernreaktionen müssen in nahezu absolutem Vakuum stattfinden. Mithilfe von Quecksilberpumpen kann das Vakuum auf mehrere Milliardstel Atmosphäre gebracht werden. Aber das reicht nicht aus, und Quecksilberpumpen können nicht mehr. Das weitere Pumpen der Luft erfolgt durch spezielle Titanpumpen. Um ein noch höheres Vakuum zu erreichen, wird außerdem fein verteiltes Titan über die Innenfläche der Kammer gesprüht, in der die Reaktionen stattfinden.

Titan wird oft als das Metall der Zukunft bezeichnet. Die Tatsachen, über die Wissenschaft und Technik bereits verfügen, überzeugen uns, dass dies nicht ganz stimmt – Titan ist bereits zum Metall der Gegenwart geworden.

Perowskit und Sphen. Ilmenit – Eisenmetatitanat FeTiO 3 – enthält 52,65 % TiO 2. Der Name dieses Minerals ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass es im Ural im Ilmen-Gebirge gefunden wurde. Die größten Ilmenitsand-Separatoren kommen in Indien vor. Ein weiteres wichtiges Mineral, Rutil, ist Titandioxid. Von industrieller Bedeutung sind auch Titanomagnetite, eine natürliche Mischung aus Ilmenit und Eisenmineralien. In der UdSSR, den USA, Indien, Norwegen, Kanada, Australien und anderen Ländern gibt es reiche Vorkommen an Titanerzen. Vor nicht allzu langer Zeit entdeckten Geologen in der nördlichen Baikalregion ein neues titanhaltiges Mineral, das zu Ehren des sowjetischen Physiker-Akademikers L. D. Landau Landauit genannt wurde. Insgesamt sind weltweit mehr als 150 bedeutende Erz- und Seifenvorkommen von Titan bekannt.