Titanio

Titanio (Ti), elemento químico, un metal gris plateado del Grupo 4 (IVb) de la tabla periódica. El titanio es un metal estructural ligero, de alta resistencia y baja corrosión que se utiliza en forma de aleación para piezas de aviones de alta velocidad.

Un compuesto de titanio y oxígeno fue descubierto (1791) por el químico y mineralogista inglés William Gregor y redescubierto independientemente (1795) y nombrado por el químico alemán Martin Heinrich Klaproth.

Propiedades de los elementos

  • Número atómico: 22
  • Peso atómico: 47.88
  • Punto de fusión: 1.660 °C (3.020 °F)
  • Punto de ebullición: 3,287 °C (5,949 °F)
  • Densidad: 4,5 g/cm3 (20 °C)
  • Estados de oxidación: +2, +3, +4

Ocurrencia, propiedades y usos

El titanio está ampliamente distribuido y constituye el 0,44 por ciento de la corteza terrestre. El metal se encuentra combinado en prácticamente todas las rocas, arena, arcilla y otros suelos.titanio

También está presente en plantas y animales, aguas naturales y dragas de aguas profundas, y meteoritos y estrellas. Los dos principales minerales comerciales son la ilmenita y el rutilo. El metal fue aislado en forma pura (1910) por el metalúrgico Matthew A. Hunter reduciendo el tetracloruro de titanio (TiCl4) con sodio en un cilindro de acero hermético.

La preparación del titanio puro es difícil debido a su reactividad. El titanio no puede obtenerse por el método común de reducir el óxido con carbono porque se produce fácilmente un carburo muy estable y, además, el metal es bastante reactivo al oxígeno y al nitrógeno a temperaturas elevadas.

Por lo tanto, se han ideado procesos especiales que, después de 1950, cambiaron el titanio de una curiosidad de laboratorio a un importante metal estructural producido comercialmente.

En el proceso de Kroll, uno de los minerales, como la ilmenita (FeTiO3) o el rutilo (TiO2), es tratado al calor rojo con carbono y cloro para producir tetracloruro de titanio, TiCl4, que se destila fraccionadamente para eliminar impurezas como el cloruro férrico, FeCl3.

El TiCl4 se reduce entonces con magnesio fundido a unos 800 °C (1.500 °F) en una atmósfera de argón, y el titanio metálico se produce como una masa esponjosa de la que se puede eliminar el exceso de magnesio y cloruro de magnesio mediante volatilización a unos 1.000 °C (1.800 °F). La esponja puede entonces fundirse en una atmósfera de argón o helio en un arco eléctrico y fundirse en lingotes.

A escala de laboratorio, el titanio extremadamente puro puede obtenerse vaporizando el tetraioduro, TiI4, en forma muy pura y descomponiéndolo en un hilo caliente en vacío. (Para el tratamiento de la extracción, recuperación y refinación de titanio, ver procesamiento de titanio. Para datos estadísticos comparativos sobre la producción de titanio, véase minería.)titanio

El titanio puro es dúctil, casi la mitad de denso que el hierro y menos del doble de denso que el aluminio; puede pulirse hasta obtener un alto brillo. El metal tiene una conductividad eléctrica y térmica muy baja y es paramagnético (débilmente atraído por un imán).

Existen dos estructuras cristalinas: por debajo de 883 °C (1.621 °F), hexagonales y compactas (alfa); por encima de 883 °C, cúbicas centradas en el cuerpo (beta). El titanio natural consta de cinco isótopos estables: titanio-46 (8,0%), titanio-47 (7,3%), titanio-48 (73,8%), titanio-49 (5,5%) y titanio-50 (5,4%).

El titanio es importante como agente de aleación con la mayoría de los metales y algunos no metales. Algunas de estas aleaciones tienen una resistencia a la tracción mucho mayor que el titanio mismo.

El titanio tiene una excelente resistencia a la corrosión en muchos entornos debido a la formación de una película superficial de óxido pasivo. No se produce una corrosión notable del metal a pesar de la exposición al agua de mar durante más de tres años. El titanio se asemeja a otros metales de transición como el hierro y el níquel en ser duro y refractario.

Su combinación de alta resistencia, baja densidad (es bastante ligero en comparación con otros metales de propiedades mecánicas y térmicas similares) y excelente resistencia a la corrosión lo hacen útil para muchas partes de aeronaves, naves espaciales, misiles y naves. También se utiliza en dispositivos protésicos, ya que no reacciona con el tejido carnoso y el hueso.

El titanio también se ha utilizado como desoxidante en acero y como adición de aleaciones en muchos aceros para reducir el tamaño de grano, en acero inoxidable para reducir el contenido de carbono, en aluminio para refinar el tamaño de grano y en cobre para producir endurecimiento.

Aunque a temperatura ambiente el titanio es resistente al deslustre, a temperaturas elevadas reacciona con el oxígeno del aire. Esto no perjudica las propiedades del titanio durante la forja o la fabricación de sus aleaciones; la cascarilla de óxido se elimina después de la fabricación. En estado líquido, sin embargo, el titanio es muy reactivo y reduce todos los refractarios conocidos.

El titanio no es atacado por ácidos minerales a temperatura ambiente ni por álcalis acuosos calientes; se disuelve en ácido clorhídrico caliente, dando especies de titanio en estado de oxidación +3, y el ácido nítrico caliente lo convierte en un óxido hídrico que es bastante insoluble en ácido o base.titanio elemento

Los mejores disolventes para el metal son el ácido fluorhídrico u otros ácidos a los que se han añadido iones fluoruro; estos medios disuelven el titanio y lo mantienen en solución debido a la formación de complejos fluorados.

Compuestos

En sus compuestos, el titanio presenta estados de oxidación de +2, +3 y +4, como en los compuestos de oxígeno monóxido de titanio, TiO, trióxido de dititanio, Ti2O3, y dióxido de titanio, TiO2, respectivamente. El estado de oxidación +4 es el más estable.

La química del titanio en el estado +2 es bastante restringida. Por el contrario, muchos compuestos están formados por titanio en el estado +3. Uno de los más importantes es el tricloruro TiCl3, una forma cristalina de la cual es particularmente útil como catalizador en la polimerización estereoespecífica del propileno para fabricar el polímero comercialmente valioso polipropileno.

De los compuestos formados por el titanio en su estado +4, el dióxido, TiO2, es el más importante. Este polvo blanco puro y no tóxico se utiliza ampliamente como pigmento en pinturas, esmaltes y lacas. Ocurre en la naturaleza como los minerales brookita, octaedrita, anatasa y rutilo.

Otro compuesto de importancia comercial es el tetracloruro de titanio, un líquido incoloro utilizado para obtener metal de titanio. También se utiliza para escribir en el cielo y producir cortinas de humo y como catalizador en muchas reacciones orgánicas.

El titanio se combina directamente con muchos no metales, como el hidrógeno, los halógenos, el nitrógeno, el carbono, el boro, el silicio y el azufre a temperaturas elevadas. El nitruro (TiN), carburo (TiC) y boruros (TiB y TiB2) resultantes son compuestos intersticiales muy estables, duros y refractarios.

Referencias