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Il mwcqtitanio è l'mwcgelemento chimico della mwcwtavola periodica degli elementi che ha mwdanumero atomico 22 e simbolo mwdqTi. È il primo elemento del mwdggruppo mwdw4 del mweasistema periodico, facente parte del mweqblocco mwegd, ed è quindi un mwewelemento di transizione. È un metallo leggero,di colore bianco metallico, lucido, resistente alla mwfacorrosione. Il titanio viene utilizzato in molte mwfqleghe leggere e resistenti. Il suo mwfgbiossido, un pigmento bianco, si trova in numerosi mwfwminerali, principalmente mwgarutilo e mwgqilmenite. Il titanio non è tossico e non risulta essenziale per nessuna specie vivente.cite-ref-2[2]

• Storia

• Caratteristiche

• Isotopi

• Isotopi stabili

• Isotopi radioattivi

• Disponibilità

• Produzione

• Applicazioni

• Composti

• Biossido di titanio

• Note

• Bibliografia

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Il titanio (dal mwiqlatino mwigTitanus, mwiwTitano, nome del dodicesimo figlio di mwjaGea e mwjqUranocite-ref-treccani-3-0[3] tra i titani) fu scoperto nel 1791 dal reverendo, mineralogista e chimico britannico mwkgWilliam Gregor, individuandolo senza isolarlo nelle rocce di mwkwilmenite della Cornovaglia; lo chiamò "menacanite", dal nome della Valle di Manaccan dove aveva raccolto i campioni di roccia.

Nel 1795, il chimico tedesco mwlqHeinrich Klaprothcite-ref-treccani-3-1[3] lo isolò dai minerali di mwmgrutilo, dimostrò che era lo stesso minerale di W. Gregor e battezzò l'elemento con il nome dei titani della mwmwmitologia greca.cite-ref-treccani-3-2[3] Il titanio metallico puro (99,9%) venne preparato per la prima volta nel 1910 dall'ingegnere mwoaneozelandese mwoqMatthew Albert Hunter tramite riscaldamento di TiClmwog4 con del mwowsodio a 700-800mwpa °C.

Il titanio metallico non venne usato al di fuori dei laboratori fino al 1946, quando l'ingegnere mwpglussemburghese mwpwWilliam Justin Kroll dimostrò che il titanio poteva essere prodotto commercialmente tramite riduzione del tetracloruro di titanio con il mwqamagnesio. Finora, questo è il metodo più usato e prende il nome di mwqqprocesso Kroll.

Il titanio è un elemento metallico ben conosciuto per la sua resistenza alla mwracorrosione, quasi pari a quella del mwrqplatino, e per il suo alto rapporto tra resistenza e peso. È leggero, duro, con bassa mwrgdensità. Allo stato puro è abbastanza mwrwduttile, lucido, di colore bianco metallico. Tuttavia le leghe di titanio non sono facilmente lavorabili e la difficoltà di lavorazione alle macchine utensili è paragonabile a quella dell'mwsaacciaio inossidabile, notoriamente il più difficile da lavorare per asportazione di truciolo. Il mwsqpunto di fusione relativamente alto di questo elemento lo rende utile come metallo mwsgrefrattario. Il titanio è resistente come l'acciaio pur essendo il 40% più leggero, pesa il 60% in più dell'mwswalluminio con resistenza doppia. Queste proprietà rendono il titanio molto resistente alle forme usuali di mwtafatica dei metalli.

Questo metallo forma una patina di mwtgossido passivo se esposto all'aria a temperatura ambiente e quando si trova in un'atmosfera libera da ossigeno è molto duttile. Il titanio brucia se riscaldato nell'aria o in atmosfera di mwtwazoto, reagendo anche con idrogeno e alogeni. Il titanio è resistente all'mwuaacido solforico diluito e all'mwuqacido cloridrico, oltre che ai gas di mwugcloro, alle soluzioni di mwuwcloruri, alla maggior parte degli mwvaacidi carbossilici e gli alcali acquosi a caldo.

Esperimenti hanno mostrato che il titanio naturale diventa altamente mwvgradioattivo se bombardato con nuclei di mwvwdeuterio, emettendo principalmente mwwapositroni e mwwqraggi gamma. Il metallo è dimorfico con forma alfa esagonale che diventa beta cubica molto lentamente, alla mwwgtemperatura di circa mwww880 °C. Quando raggiunge il colore rosso il titanio si combina con l'mwxaossigeno e quando raggiunge i 550mwxq °C si combina con il cloro.

Il titanio è il primo elemento con mwyaZ pari per il quale, per avere un mwyqisotopo stabile, occorre che i mwygneutroni nel mwywnucleo superino i mwzaprotoni (occorre cioè che sia: mwzqN > mwzgZ), cosa che si verifica nel suo primo isotopo stabile, il mwzw46Ti, che ha 22 protoni e 24 neutroni. L'ultimo elemento con mwaaZ pari ad avere un isotopo stabile (o almeno osservativamente stabile) con mwaqN = mwagZ è il mwawcalcio con l'isotopo mwba40Ca.

Dell'mwbgelemento titanio si conoscono almeno 26 isotopi, con mwbwnumeri di massa che vanno da mwcamwcqA = 38 ad mwcgA = 63. Tra questi, gli isotopi naturali dell'elemento, tutti stabili, sono i cinque che seguono, con le loro abbondanze relative in parentesi: mwcw46Ti (8,25%), mwda47Ti (7,44%), mwdq48Ti (73,72%), mwdg49Ti (5,41%) e mwdw50Ti (5,18%).cite-ref-4[4]

I restanti sono tutti mwfqradioattivi.cite-ref-5[5]

Gli isotopi stabili del titanio partono da un mwhanucleo (mwhq46Ti) avente un eccesso di 2 mwhgneutroni rispetto ai mwhwprotoni e arrivano ad un nucleo (mwia50Ti) con un eccesso di 6 neutroni, passando per il mwiq48Ti (il più abbondante) con eccesso di 4 neutroni.

Questi isotopi e le loro abbondanze relative(rapporti isotopici) hanno rilevanza in mwiwcosmochimica,cite-ref-6[6]cite-ref-7[7]cite-ref-8[8] mwmageochimicacite-ref-9[9] e mwnqarcheologia.cite-ref-10[10]

I nuclidi di titanio aventi mwowA dispari, mwpa47Ti e mwpq49Ti, sono i soli ad avere mwpgspin nucleare (7/2- e 5/2-, rispettivamente) e in quanto tali sono assoggettabili alla mwpwrisonanza magnetica nucleare e quindi rivestono importanza per la caratterizzazione chimica di composti e complessi del titanio.cite-ref-11[11]cite-ref-12[12]cite-ref-13[13]

Il mwtg44Ti (spin 0), con un numero di protoni e neutroni uguale, non è stabile e decade per sola mwtwcattura elettronica (mwuaε) a mwuqscandio-44 (mwugQ = 267,63mwuw mwvakeV, Tmwvq1/2 = 60,25mwvg anni), che poi decade a sua volta mwvwε/βmwwa+, ma principalmente in modalità mwwqβ+ (94,3%, emissione di mwxapositrone),cite-ref-14[14] a mwyqcalcio-44, stabile.cite-ref-15[15]

Il mwzw45Ti (spin 7/2-), decade mw0aε per il 15,2% dei casi e decade mw0qβmw0g+ per il restante 84,2% dei casi,cite-ref-16[16] dando mw1wscandio-45 (mw2aQ = 1,04mw2q MeV, Tmw2g1/2 = 3,08mw2w ore), stabile.cite-ref-17[17]

Il mw4q51Ti (spin 3/2-), decade mw4gβmw4w− a mw5avanadio-51 (mw5qQ = 2,474mw5g MeV, Tmw5w1/2 = 5,77mw6a minuti), stabile.cite-ref-18[18]

Il mw7g52Ti (spin 0), decade mw7wβmw8a− a vanadio-52 (mw8qQ = 1,976mw8g MeV, Tmw8w1/2 = 1,7mw9a minuti), che poi decade a sua volta, in modalità mw9qmw9gβ−, a mw-acromo-52, stabile.cite-ref-19[19]

Tutti i restanti isotopi radioattivi hanno emivita inferiore ai 33 secondi e la maggior parte di questi ha emivita inferiore al mezzo secondo.

Il titanio è il nono elemento per abbondanza nella mwaqacrosta terrestre (0,6% della massa), non si trova libero in natura ed è presente in molte rocce magmatiche e nei sedimenti da esse derivanti. Si trova principalmente nei seguenti minerali: mwaqeanatasio, mwaqibrookite, mwaqmilmenite, mwaqqleucoxene, mwaquperovskite, mwaqyrutilo e mwaqctitanite, nonché nei titanati e in molti minerali ferrosi. Di questi minerali solo l'ilmenite, il leucoxene e il rutilo hanno un'importanza economica significativa. Significativi depositi di minerali di titanio si trovano in mwaqgAustralia, mwaqkScandinavia, mwaqoNord America, mwaqsMalaysia e nel mwaqwParco naturale regionale del Beigua in mwaq0Liguria.

Poiché il titanio metallico può bruciare in atmosfera di azoto purocite-ref-20[20] e alle alte temperature reagisce facilmente con l'ossigeno e il carbonio, è difficoltoso preparare il titanio metallico puro. Il metallo si trova nei mwarmmeteoriti ed è stato rintracciato nel mwarqSole e nelle stelle di classe M. Le rocce portate dalla mwaruLuna durante la missione mwaryApollo 17 erano composte per il 12,1% di TiOmwarc2. Il titanio si trova inoltre nelle ceneri di carbone, nelle piante e anche nel corpo umano.

Il primo processo di produzione commerciale del titanio è stato il mwasiprocesso van Arkel-de Boer. Invece oggi il titanio viene ottenuto tramite riduzione di mwasmTiCl4 con il mwasumagnesio, un processo sviluppato nel 1946 da mwasyWilliam Justin Kroll, oppure col mwascprocesso Hunter che è analogo al processo Kroll, ma effettuato con mwasgsodio metallico. Questo processo è complicato e costoso, ma un nuovo procedimento, chiamato metodo "FFC-Cambridge" potrebbe rimpiazzarlo. Questo nuovo metodo usa come materiale di base la polvere di diossido di titanio, una forma raffinata di rutilo, per ottenere il prodotto finale, un flusso continuo di titanio fuso adatto all'utilizzo immediato per la manifattura di leghe.

Si spera che il metodo FFC-Cambridge renda il titanio un materiale meno raro e costoso per l'industria aerospaziale e il mercato dei beni di lusso, e che verrà impiegato in molti prodotti attualmente fabbricati con alluminio o acciai speciali.

All'incirca il 95% del titanio viene consumato in forma di mwatcdiossido di titanio (TiOmwatg2) nelle mwatkvernici, nella mwatocarta e nei mwatscementi per renderli più brillanti, e nelle mwatwplastiche. Le vernici fatte con il biossido di titanio riflettono molto bene la mwat0radiazione infrarossa e sono quindi molto usate dagli astronomi.

Le leghe di titanio vengono utilizzate principalmente nell'industria aeronautica e aerospaziale, anche se il loro utilizzo in prodotti di consumo come mazze da mwat8golf, biciclette, componenti motociclistici e computer portatili sta diventando sempre più comune. Il titanio viene spesso messo in lega con mwauaalluminio, mwaueferro, mwauimanganese, mwaummolibdeno e altri metalli.

Il carburo di titanio (TiC; peso specifico 4,93; punto di fusione 2mwauu 940mwauy °C) il mwaucnitruro di titanio (TiN; peso specifico 5,40; punto di fusione 2mwaug 960mwauk °C) e più recentemente, il derivato carbonitrurico (Timwauo10Cmwaus7Nmwauw3; peso specifico 5,02; punto di fusione 3mwau0 520mwau4 °C) sono composti altamente refrattari, inerti sotto le comuni condizioni di temperatura e resistenti all'attacco della maggior parte degli acidi minerali e alcali.

Per queste ragioni sono impiegati nella costruzione di utensili e macchinari che possiedono parti destinate alle alte velocità con attrito, nel rivestimento di crogioli per contenere acidi o basi molto forti e componenti di missili sottoposti a usura termica, ad esempio ugelli.

Altri impieghi:

• Grazie all'eccellente resistenza all'acqua di mare e alle soluzioni saline in generale, viene usato per fabbricare parti dei propulsori marini e molto spesso anche nella fabbricazione delle casse degli orologi;

• Un uso tecnologico molto importante, legato alla sua resistenza alle soluzioni saline, è come materiale metallico di contatto con i fluidi ad alta concentrazione salina negli impianti di mwavqdissalazione dell'acqua marina;

• Viene utilizzato per produrre mwavygemme artificiali relativamente morbide;

• Il mwavgtetracloruro di titanio (TiClmwavk4), un liquido incolore, viene usato per ottenere l'iridescenza del vetro e viene anche usato per la fabbricazione di fumogeni poiché emette un fumo denso nell'aria umida;

• Oltre a essere un importante pigmento, il biossido di titanio viene impiegato nei filtri solari grazie alla sua capacità di proteggere la pelle;

• Ha la proprietà di essere mwavwbiocompatibile, in quanto lo strato di ossido che forma in superficie è un valido supporto a cui i tessuti biologici aderiscono, in particolare quello osseo. Per questo motivo il titanio puro CP4 e la lega a base di titanio Ti6Al4V vengono utilizzati nelle componenti protesiche di anca e ginocchio, per la fabbricazione di mwav0clip chirurgiche da sutura permanente e in mwav4odontoiatria per la realizzazione di mwav8impianti dentalicite-ref-21[21]. Tuttavia, dato l'alto coefficiente di attrito, non viene mai utilizzato come componente di giunzione articolare;

• Il suo essere inerte e la colorazione attraente lo rendono un metallo popolare per l'uso nei mwawupiercing.

• In oreficeria il titanio viene utilizzato per la realizzazione di gioielli, apprezzato per la sua biocompatibilità, la sua leggerezza e per le proprietà cromatiche ottenibili tramite il processo di mwawcanodizzazione.

• Il titanio è utilizzato nelle montature degli occhialicite-ref-22[22];

• Il mwaw4carburo e il mwaw8nitruro di titanio (TiC e TiN) vengono utilizzati nella fabbricazione di inserti per utensili adatti al taglio dei metalli ad alta velocità, cioè i cosiddetti inserti in "metallo duro". In particolare il carburo di titanio viene utilizzato, insieme al mwaxacarburo di tungsteno (WC), al mwaxecobalto e ad altri carburi (carburo di niobio e mwaxmcarburo di tantalio) per realizzare il corpo degli inserti, mentre il nitruro di titanio serve per il rivestimento superficiale degli inserti;

• L'mwaxualluminuro di titanio, grazie alle doti di tenacità ad alte temperature, leggerezza e resistenza all'ossidazione sta lentamente iniziando a sostituire le mwaxysuperleghe base nichel nella produzione delle pale utilizzate nelle turbine dei motori aeronautici;

• Facendo passare una corrente elettrica in strati sottili di nitruro di titanio a temperatura molto bassa si verifica un fenomeno detto di mwaxgsuperisolamento;

• In alcune occasioni è stato utilizzato per la fabbricazione di penne stilografiche. Nel 1970, all'indomani dell'allunaggio, la Parker produsse per un breve periodo la T-1, una stilografica interamente in titanio, in omaggio ai materiali usati nella missione spaziale. Nel 2000 la casa produttrice italiana Omas produsse una serie di stilografiche del modello classico a dodici facce "arte italiana" interamente in titanio, sia il corpo sia il pennino. La serie venne denominata T-2 ed è stata commercializzata solo per un breve periodo.

Il titanio forma numerosi complessi soprattutto con numero di ossidazione +4, il massimo per il gruppo IV; sono tutti composti o complessi diamagnetici e il numero di coordinazione più comune per il Ti è il 6.

I principali sono l'mwax8ossido TiO2 e gli alogenuri TiXmwaye4 (X = F, Cl, Br, I). Fra questi, TiClmwayi4 e TiBrmwaym4 sono importanti mwayqacidi di Lewis che si prestano bene a essere usati come catalizzatori in mwayusintesi organica. È noto anche il mwayynitruro TiN, molto duro e pressoché inerte, con punto di fusione 2950 °C.

Forma composti o complessi a numero di ossidazione +3 e anche +2 che si ossidano facilmente all'aria, specialmente i secondi. Forma anche complessi con numero di ossidazione formale 0, ad esempio un mwaygmetallocarbonile in cui il Ti è complessato da 6 molecole di monossido di carbonio che non rispetta la mwaykregola dei 18 elettroni (formalmente 16 e), che può essere ridotto a ione [Ti(CO)mwayo6]mways2- (formalmente 18 e) in cui il numero di ossidazione formale di Ti è -2.

Gli ossidi possono essere ottenuti per reazione diretta del metallo con l'ossigeno ad alta temperatura. Gli alogenuri sono principalmente formati dall'azione di un alogeno sul biossido di titanio, hanno un comportamento di acido di Lewis per formare alogenocomplessi.

Si trovano in natura giacimenti di TiOmway42 cristallino, che prende nomi diversi a seconda della struttura cristallina che presenta, (mway8rutilo, anatasio…).Altri minerali di titanio sono la mwazailmenite (titanato di ferro, FeTiOmwaze2) e la titanite (titanato di calcio, CaTiOmwazi2)

Noto anche come mwazutitania in ambito ceramico o mineralogico. Alcune forme cristalline (mwazypolimorfi) sono il mwazcrutilo e l'mwazganatasio. Anche se il metallo di titanio è relativamente poco comune a causa dei costi di estrazione, il biossido di titanio è economico, facilmente disponibile in grandi quantità e largamente utilizzato in campo industriale come pigmento bianco in vernici, plastiche e mwazkcemento da costruzione. La polvere di TiOmwazo2 è chimicamente inerte, non svanisce con la luce solare ed è molto opaca; ciò le permette di impartire un colore bianco brillante alle sostanze chimiche grigie o marroni che formano le plastiche normalmente usate.

Il biossido di titanio puro ha un mwazwindice di rifrazione molto alto e una mwaz0dispersione ottica superiore al mwaz4diamante. mwaz8Zaffiri e mwaaarubini prendono il loro mwaaeasterismo dal biossido di titanio in essi presente.

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• mwaraLeghe di titanio

• mwariTitanio nativo

• mwarqTaglio ad acqua – lavorazione di grossi spessori

• mwaryElectron beam melting (EBM) – fusione a fascio di elettroni

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