Il titanio fu scoperto in Cornovaglia, in Gran Bretagna, da William Gregor nel 1791 e prese il nome da Martin Heinrich Klaproth in onore dei Titani della mitologia greca. L'elemento si trova all'interno di una serie di depositi minerali, principalmente rutilo e ilmenite, che sono ampiamente distribuiti nella crosta terrestre e nella litosfera; si trova in quasi tutti gli esseri viventi, così come nei corpi idrici, nelle rocce e nei suoli. Il metallo viene estratto dai suoi principali minerali dai processi Kroll e Hunter. Il composto più comune, il biossido di titanio, è un popolare fotocatalizzatore e viene utilizzato nella produzione di pigmenti bianchi. Altri composti includono tetracloruro di titanio (TiCl4), un componente di schermi di fumo e catalizzatori; e tricloruro di titanio (TiCl3), che viene utilizzato come catalizzatore nella produzione di polipropilene.
Il titanio può essere legato con ferro, alluminio, vanadio e molibdeno, tra gli altri elementi, per produrre leghe forti e leggere per l'industria aerospaziale (motori a reazione, missili e veicoli spaziali), militare, processi industriali (prodotti chimici e petrolchimici, impianti di desalinizzazione, polpa e carta) automobilistico, agricoltura (agricoltura), protesi mediche, impianti ortopedici, strumenti e file dentali ed endodontici, impianti dentali, articoli sportivi, gioielli, telefoni cellulari, e altre applicazioni.
Le due proprietà più utili del metallo sono la resistenza alla corrosione e il rapporto resistenza-densità, il più alto di qualsiasi elemento metallico. Nella sua condizione non legata, il titanio è forte come alcuni acciai ma meno denso. Ci sono due forme allotropiche e cinque isotopi naturali di questo elemento, da 46Ti a 50Ti, con 48Ti che è il più abbondante (73,8%).
Proprietà fisiche
Come metallo, il titanio è riconosciuto per il suo elevato rapporto resistenza-peso. È un metallo forte a bassa densità che è abbastanza duttile (specialmente in un ambiente privo di ossigeno), lucente e di colore bianco metallico. Il punto di fusione relativamente alto (1.668 °C o 3.034 °F) lo rende utile come metallo refrattario. È paramagnetico e ha una conduttività elettrica e termica abbastanza bassa rispetto ad altri metalli. Il titanio è superconduttore quando raffreddato al di sotto della sua temperatura critica di 0,49 K.
I gradi di titanio commercialmente puri (99,2%) hanno la resistenza alla trazione finale di circa 434 MPa (63.000 psi), pari a quella delle comuni leghe di acciaio di bassa qualità, ma sono meno densi. Il titanio è il 60% più denso dell'alluminio, ma più del doppio della lega di alluminio 6061-T6 più comunemente usata. Alcune leghe di titanio (ad esempio, Beta C) raggiungono una resistenza alla trazione di oltre 1.400 MPa (200.000 psi). Tuttavia, il titanio perde forza se riscaldato sopra i 430 °C (806 °F).
Il titanio non è duro come alcuni tipi di acciaio trattato termicamente; è amagnetico e un cattivo conduttore di calore ed elettricità. La lavorazione richiede precauzioni perché il materiale può svanire a meno che non vengano utilizzati utensili affilati e metodi di raffreddamento adeguati. Come le strutture in acciaio, quelle in titanio hanno un limite di fatica che garantisce longevità in alcune applicazioni.
Il metallo è un allotropo dimorfico di una forma α esagonale che si trasforma in una forma cubica (reticolo) β centrata sul corpo (reticolo) a 882 ° C (1.620 ° F). Il calore specifico della forma α aumenta drasticamente man mano che viene riscaldato a questa temperatura di transizione, ma poi cade e rimane abbastanza costante per la forma β indipendentemente dalla temperatura.
Proprietà chimiche
Come l'alluminio e il magnesio, la superficie del metallo titanio e delle sue leghe si ossida immediatamente dopo l'esposizione all'aria per formare un sottile strato di passivazione non poroso che protegge il metallo sfuso da ulteriori ossidazioni o corrosione. Quando si forma per la prima volta, questo strato protettivo ha uno spessore di soli 1-2 nm, ma continua a crescere lentamente, raggiungendo uno spessore di 25 nm in quattro anni. Questo strato conferisce al titanio un'eccellente resistenza alla corrosione, quasi equivalente al platino.
Il titanio è in grado di resistere agli attacchi degli acidi solforico e cloridrico diluiti, delle soluzioni di cloruro e della maggior parte degli acidi organici. Tuttavia, il titanio è corroso da acidi concentrati. Come indicato dal suo potenziale redox negativo, il titanio è termodinamicamente un metallo molto reattivo che brucia in un'atmosfera normale a temperature inferiori rispetto al punto di fusione. La fusione è possibile solo in un'atmosfera inerte o nel vuoto. A 550 °C (1.022 °F), si combina con il cloro. Reagisce anche con gli altri alogeni e assorbe idrogeno.
Il titanio reagisce facilmente con l'ossigeno a 1.200 °C (2.190 °F) nell'aria e a 610 °C (1.130 °F) in ossigeno puro, formando biossido di titanio. Il titanio è uno dei pochi elementi che bruciano in azoto gassoso puro, reagendo a 800 ° C (1.470 ° F) per formare nitruro di titanio, che causa infragilimento. A causa della sua elevata reattività con ossigeno, azoto e molti altri gas, il titanio che viene evaporato dai filamenti è la base per le pompe a sublimazione del titanio, in cui il titanio funge da spazzino per questi gas legandosi chimicamente ad essi. Tali pompe producono a basso costo pressioni estremamente basse in sistemi ad altissimo vuoto.
Evento
Il titanio è il nono elemento più abbondante nella crosta terrestre (0,63% in massa) e il settimo metallo più abbondante. È presente come ossidi nella maggior parte delle rocce ignee, nei sedimenti da esse derivati, negli esseri viventi e nei corpi idrici naturali. Degli 801 tipi di rocce ignee analizzate dallo United States Geological Survey, 784 contenevano titanio. La sua proporzione nei suoli è di circa lo 0,5-1,5%.
I minerali comuni contenenti titanio sono anatasi, brookite, ilmenite, perovskite, rutilo e titanite (sfene). L'akaogiite è un minerale estremamente raro costituito da biossido di titanio. Di questi minerali, solo il rutilo e l'ilmenite hanno importanza economica, ma anche loro sono difficili da trovare in alte concentrazioni. Circa 6,0 e 0,7 milioni di tonnellate di questi minerali sono stati estratti rispettivamente nel 2011. Significativi depositi di ilmenite contenenti titanio esistono in Australia occidentale, Canada, Cina, India, Mozambico, Nuova Zelanda, Norvegia, Sierra Leone, Sud Africa e Ucraina. Nel 2020 sono state prodotte circa 210.000 tonnellate di spugne metalliche in titanio, principalmente in Cina (110.000 t), Giappone (50.000 t), Russia (33.000 t) e Kazakistan (15.000 t). Si stima che le riserve totali di anatasi, ilmenite e rutilo superino i 2 miliardi di tonnellate.
La concentrazione di titanio è di circa 4 picomolari nell'oceano. A 100 °C, la concentrazione di titanio nell'acqua è stimata essere inferiore a 10-7 M a pH 7. L'identità delle specie di titanio in soluzione acquosa rimane sconosciuta a causa della sua bassa solubilità e della mancanza di metodi spettroscopici sensibili, sebbene solo lo stato di ossidazione 4+ sia stabile nell'aria. Non esistono prove di un ruolo biologico, anche se è noto che organismi rari accumulano alte concentrazioni di titanio.
Il titanio è contenuto nei meteoriti ed è stato rilevato nel Sole e nelle stelle di tipo M (il tipo più freddo) con una temperatura superficiale di 3.200 ° C (5.790 ° F). Le rocce riportate dalla Luna durante la missione Apollo 17 sono composte dal 12,1% di TiO2. Il titanio nativo (metallico puro) è molto raro.
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