Titanas

Vokiečių chemikas M. H. Klaprotas, vienas iš šio elemento atradėjų, jį pavadino titanų – senovės graikų dievo Urano sūnų garbei.

Titanas yra chemiškai stabilus ir oksiduojasi tik 610 °C ar aukštesnėje temperatūroje, tačiau susidariusi titano oksido plėvelė praleidžia dujas, todėl neapsaugo gilesnių metalo sluoksnių nuo oksidacijos. Aukštoje temperatūroje titanas gerai sugeria įvairias dujas, įskaitant ir inertines, todėl titano milteliai kai kada naudojami, kuriant itin gryną vakuumą, pvz., gaminant radijo lempas.

Titano milteliai reaguoja su deguonimi jau kambario temperatūroje – gali net užsidegti, lėtai tirpsta sieros ir druskos rūgštyse. Titano šiluminis ir elektrinis laidumas yra mažas.

Titanas yra toks pat tvirtas kaip plienas, bet 45 % lengvesnis. Titanas yra 60 % sunkesnis už aliuminį, bet dvigubai tvirtesnis. Titano lydiniai nėra elastingi, tačiau labai klampūs. Šios savybės daro Titaną labai atsparų įprastinėms metalo nuovargio rūšims. Grynas Titanas yra gana kalus (ypač aplinkoje be deguonies).

Grynas titanas gaunamas TiCl₄ redukuojant magniu (Kroll'o metodas). Reakcija atliekama plieniniame inde. Susidaręs MgCl₂(s) elektrolizuojamas, o gautas magnis ir chloras vėl naudojami reakcijose. Po redukavimo Ti susidaro kempinės pavidalo. Naudoti jį galima tik po papildomo apdorojimo ir lydymo su kitais metalais:

TiCl₄(d) + 2Mg(s) → Ti(k) + 2MgCl₂(s)

Egzistuoja dar vienas titano mineralas – ilmenitas (FeTiO₃), tačiau titano gavyba iš ilmenito yra brangesnė.

Kai kurie titano junginiai turi didelę komercinę vertę. Titano tetrachloridas, TiCl₄, naudojamas laisvam titanui ir titano junginiams gaminti, naudojamas gaminant katalizatorius plastmasių sintezei. Titano tetrachloridas dažniausiai gaminamas gamtinį rutilą (TiO₂) veikiant anglimi ir chloru:

TiO₂(k) + 2C(k) + 2Cl₂(d) → TiCl₄(d) + 2CO(d)

TiCl₄ yra bespalvis skystis (lydosi -24 °C, verda 136 °C temperatūroje). Oksidacijos būsenoje +4 visi valentiniai Ti elektronai dalyvauja ryšių sudaryme. Šio oksidacijos laipsnio titanas turi daug panašumų į 4A grupės elementus (pvz., CCl₄, SiCl₄ ir TiCl₄ molekulės yra tetraedro formos). Kai kurių dūminių užtaisų veikimas pagrįstas TiCl₄ hidrolize drėgname ore:

TiCl₄(s) + 2H₂O → TiO₂(k) + 4HCl(d)

Panašioje reakcijoje dalyvauja ir SiCl₄, kuris drėgname ore rūksta.

Sintetinis rutilas (TiO₂) yra bene didžiausią šviesos lūžimo koeficientą turinti medžiaga, todėl plačiai naudojamas juvelyriniams dirbiniams, kaip deimantų pakaitalas.

Titano dioksidas, TiO₂, yra ryškiai balta, neskaidri, inertiška ir netoksiška medžiaga. Dėl šių savybių ir gana nedidelės kainos TiO₂ dabar naudojamas baltų dažų gamybai. Jis beveik išstūmė kitą baltą pigmentą – toksišką bazinį švino karbonatą – švino baltalą. TiO₂ taip pat naudojamas popieriaus, stiklo, keramikos, grindų dangų ir kosmetinių priemonių gamyboje.

Gryną TiO₂ gamina, leisdami TiCl₄ ir O₂ dujų mišinį per įkaitintą iki 700 °C SiO₂ vamzdį:

TiCl₄(d) + O₂(d) → TiO₂(k) + 2Cl₂(d)

 

Titaną galima apdoroti įvairiais mechaniniais būdais, o jo lydiniai yra labai vertinami dėl mažo tankio, atsparumo korozijai ir mechaninio tvirtumo, todėl titanas naudojamas lėktuvų konstravime, iš titano gaminami kaulus pakeičiantys implantatai, įvairiausia chemijos pramonės įmonių įranga, skirta naudoti agresyvioje aplinkoje (vamzdžiai, reaktoriai, siurbliai ir kt.).

Dėl itin didelio klampumo titaną keblu apdirbti tekinimo, gręžimo ar frezavimo įrenginiais, todėl dažniausiai naudojamas apdirbimo būdas – štampavimas didelio slėgio presais. Kadangi titanas itin gerai sugeria įvairias dujas, suvirinti jį galima tik vakuume, nors bandoma sukurti lydinius, kurie tiktų suvirinimui argono atmosferoje.

Titanas taip pat plačiai naudojamas juodoje ir spalvotoje metalurgijoje, o titano oksidas naudojamas gaminant aukštos kokybės baltus pigmentus, keramiką ir gumą. Gamybos mastai naudojant titaną ir jo junginius auga kiekvienais metais, o tai didina žmonių, dirbančių pramonėje su titanu, skaičių.

Žmogaus kaulai titaną priima geriau nei kitus metalus ar lydinius, gerai prie jo priauga. Todėl iš titano gaminami (ar juo dengiami) į kaulą tvirtinami dantų implantų varžtai. Tokie sraigtai gerai laikosi kaule net iki 30 metų.

Normaliomis sąlygomis žmogaus organuose yra 1 mg titano šimtui gramų žmogaus audinių pelenų. Toks didelis ir gana pastovus elemento kiekis žmogaus organizme rodo, kad titanas yra gyvybiškai svarbus. Deja, eksperimentiškai nenustatyta kokiuose metaboliniuose procesuose jis dalyvauja. Yra žinoma, kad titano sieros rūgšties druskų įvedimas į kraujo donorų maisto racioną pagreitina baltymų regeneraciją ir padidina eritrocitų skaičių. Taip pat eksperimentiškai nustatyta, kad ilgalaikis titano dioksido įvedimas į gyvūnų maistą yra visiškai nekenksmingas.