تیتانیوم : خواص، کشف و تاریخچه، کاربردها و اثرات آن!

 

تیتانیوم عنصری شیمیایی به شکل فلز نقره ای رنگ می باشد که رفتار شیمیایی آن شباهت های زیادی با سیلیس و زیرکونیوم دارد و بسیار محکم، براق و مقاوم در برابر خوردگی می باشد. شیمی آن در محلول های آبی، به ویژه در حالت های اکسیداسیون پایین، شباهت هایی با کروم و وانادیوم دارد.

 

تیتانیم خالص در آب محلول نیست اما در اسیدهای غلیظ محلول است. این فلز هنگامی که در معرض دمای هوا قرار می گیرد یک پوشش اکسید منفعل اما محافظ ایجاد می کند که منجر به مقاومت آن در برابر خوردگی می شود، اما در دمای اتاق در برابر لکه گیری مقاومت می کند.

 

حالت اصلی اکسیداسیون این ماده ۴+ است، اگرچه حالت های ۳+ و ۲+ نیز شناخته شده است، اما از ثبات کمتری برخوردار است. این عنصر هنگام گرم شدن در هوا می سوزد تا دی اکسید TiO۲ را بدست آورد و هنگامی که با هالوژن ها ترکیب شود، بخار آب، دی اکسید و هیدروژن تشکیل می دهد و با اسیدهای غلیظ داغ واکنش مشابهی نشان می دهد.

 

خواص و مشخصات شناسایی تیتانیوم

 

خواص  مشخصات
شکل فیزیکی                                                    فلز نقره ای رنگ فرمول شیمیایی                                                                        ۲۲Ti
دانسیته                                                                (g/cm۳)۴.۵۰۶ وزن اتمی استادارد                                                           ۴۷.۸۶۷
نقطه ذوب                                                                (۰C) 1668 شماره (CAS No)                                                        ۷۴۴۰-۳۲-۶
نقطه جوش                                                              (۰C) 3287 ساختار کریستالی                                          هگزاگونال (hcp)

 

کشف و تاریخچه

 

اولین ماده معدنی تیتانیوم، یک ماسه سیاه رنگ به نام مناکانیت است که در سال ۱۷۹۱ در کورن وال توسط کشیش ویلیام گرگور کشف شد. او آن را تجزیه و تحلیل کرد و نتیجه گرفت که از اکسیدهای آهن و یک فلز ناشناخته تشکیل شده است و آن را به همین ترتیب به انجمن زمین شناسی سلطنتی کرن وال گزارش داد.

 

در سال ۱۷۹۵، دانشمند آلمانی مارتین هاینریش کلاپروت از برلین بر روی سنگ معدن قرمز معروف به شرل در مجارستان تحقیق کرد که منجر به تشخیص نوعی روتیل (TiO۲) است و کلاپروت دریافت که این اکسید عنصری است که قبلاً ناشناخته بود و آن را تیتانیوم نامید.

 

هنگامی که به او در مورد کشف گریگور گفتند، وی مناکانیت مورد مطالعه و بررسی قرار داد و تأیید کرد که حاوی تیتانیوم نیز هست. تنها در سال ۱۹۱۰ بود که M. A. Hunter که برای شرکت جنرال الکتریک در ایالات متحده کار می کرد، وبا حرارت دادن تتراکلرید تیتانیوم و فلز سدیم، فلز خالص تیتانیوم ساخت.

 

منابع و تهیه تیتانیوم

 

منابع و تهیه تیتانیوم

 

بر اساس مقاله britannica تیتانیوم به طور گسترده توزیع شده و ۰.۴۴ درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد. این فلز تقریباً در همه سنگ ها، شن و ماسه، خاک رس و سایر خاک ها به صورت ترکیبی یافت می شود.

 

همچنین در گیاهان و حیوانات، آب های طبیعی و لایروبی در اعماق دریا و شهاب سنگ ها و ستاره ها وجود دارد. تهیه تیتانیوم خالص به دلیل واکنش پذیری آن دشوار است و نمی توان آن را با روش معمول کاهش اکسید با کربن بدست آورد، زیرا یک کاربید بسیار پایدار به راحتی تولید می شود.

 

علاوه بر این، فلز تیتانیم نسبت به اکسیژن و نیتروژن در دمای بالا کاملاً واکنش پذیر است. بنابراین، فرایندهای خاصی ابداع شده است که پس از سال ۱۹۵۰، تیتانیوم را از یک کنجکاوی آزمایشگاهی به یک فلز ساختاری مهم تولید تجاری تبدیل کرده است.

 

موارد استفاده تیتانیم

 

موارد استفاده تیتانیم

 

دی اکسید تیتانیوم به عنوان یک ماده رنگی سفید در نقاشی های بیرونی به دلیل بی اثر بودن شیمیایی، قدرت پوشش دهی زیاد، تیرگی در برابر آسیب نور اشعه ماورا UV بنفش و ظرفیت تمیز کردن اتوماتیک، بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، از این دی اکسید همچنین یکبار به عنوان ماده سفید کننده و آرام کننده در مینای چینی استفاده شده و به آنها نور نهایی، سختی و مقاومت در برابر اسید را می دهد. یک رژلب معمولی حاوی ۱۰٪ تیتانیوم است.

 

آلیاژهای تیتانیم با مقاومت کششی بسیار بالا حتی در دماهای بالا، وزن سبک، مقاومت در برابر خوردگی بالا و توانایی مقاومت در برابر دماهای شدید مشخص می شوند. با توجه به این خواص، آنها عمدتا در هواپیماها، لوله های نیروگاه ها، زره ها  کشتی های دریایی، فضاپیماها و موشک ها مورد استفاده قرار می گیرند. تیتانیوم به اندازه فولاد مقاوم است اما ۴۵٪ سبک تر است.

 

در پزشکی از تیتانیوم برای ساختن جایگزین مفصل ران و زانو، سرعت سازان، صفحات استخوان و پیچ و صفحات جمجمه برای شکستگی جمجمه استفاده می شود. مبدل های سرامیکی حاوی تیتانات باریم از نظر پایداری حرارتی و از نظر مقاومت اثر و ظرفیت تشکیل سرامیک به اشکال مختلف با نمک روشل مطلوب مقایسه می شوند.

 

اثرات بر سلامتی

 

اثرات بر سلامتی

 

هیچ نقش بیولوژیکی برای تیتانیوم وجود ندارد. مقدار قابل توجهی از تیتانیوم در بدن انسان وجود دارد و تخمین زده شده است که ما حدود ۰.۸ میلی گرم در روز مصرف می کنیم، اما بیشتر آنها جذب بدن نمی شوند. این فلز سمی نیست و بدن انسان می تواند تیتانیوم را با دوز زیاد تحمل کند.

 

عنصر تیتانیوم و دی اکسید تیتانیوم از درجه سمیت کمی برخوردار هستند. حیوانات آزمایشگاهی (موش های صحرایی) که از طریق استنشاق در معرض دی اکسید تیتانیوم قرار گرفته اند، مناطق کوچکی از رسوبات گرد و غبار رنگی تیره در ریه هایشان ایجاد شده است.

 

اثرات زیاد قرار گرفتن در معرض پودر تیتانیوم شامل استنشاق گرد و غبار، می تواند باعث سفتی و درد در قفسه سینه، سرفه و دشواری در تنفس شود. تماس این ماده با پوست یا چشم ممکن است باعث تحریک شود. هیچ اثر زیست محیطی از تیتانیوم گزارش نشده است.