O titânio foi descoberto em Cornwall, Grã-Bretanha, por William Gregor em 1791 e foi nomeado por Martin Heinrich Klaproth em homenagem aos Titãs da mitologia grega. O elemento ocorre dentro de uma série de depósitos minerais, principalmente rutile e ilmenita, que são amplamente distribuídos na crosta e litosfera da Terra; é encontrado em quase todos os seres vivos, bem como corpos de água, rochas e solos. O metal é extraído de seus principais minérios minerais pelos processos Kroll e Hunter. O composto mais comum, o dióxido de titânio, é um fotocatalyst popular e é usado na fabricação de pigmentos brancos. Outros compostos incluem tetracloide de titânio (TiCl4), um componente de cortinas de fumaça e catalisadores; e triclorito de titânio (TiCl3), que é usado como catalisador na produção de polipropileno.
O titânio pode ser ligado com ferro, alumínio, vanádio e molhênio, entre outros elementos, para produzir ligas fortes e leves para aeroespacial (motores a jato, mísseis e espaçonaves), processos militares, industriais (químicos e petroquímicos, plantas de dessalinização, celulose e papel)automotivo, agricultura (agricultura), próteses médicas, implantes ortopédicos, instrumentos e arquivos odontológicos e endodônticos, implantes dentários, artigos esportivos, joias, celulares, e outras aplicações.
As duas propriedades mais úteis do metal são resistência à corrosão e relação força-densidade, a mais alta de qualquer elemento metálico. Em sua condição não ligada, o titânio é tão forte quanto alguns aços, mas menos denso. Existem duas formas alotrópicos e cinco isótopos naturalmente ocorridas deste elemento, 46Ti a 50Ti, sendo 48Ti a mais abundante (73,8%).
Propriedades físicas
Como um metal, o titânio é reconhecido por sua alta relação força-peso. É um metal forte com baixa densidade que é bastante dúctil (especialmente em um ambiente livre de oxigênio), brilhante, e metálico-branco na cor. O ponto de fusão relativamente alto (1.668 °C ou 3.034 °F) torna-o útil como um metal refratário. É paramagnético e tem uma condutividade elétrica e térmica bastante baixa em comparação com outros metais. O titânio é supercondutor quando resfriado abaixo de sua temperatura crítica de 0,49 K.
As notas de titânio comercialmente puras (99,2% puras) têm a força de tração final de cerca de 434 MPa (63.000 psi), igual à das ligas de aço comuns de baixo grau, mas são menos densas. O titânio é 60% mais denso que o alumínio, mas mais do que o dobro da liga de alumínio 6061-T6 mais usada. Certas ligas de titânio (por exemplo, Beta C) alcançam forças de tração de mais de 1.400 MPa (200.000 psi). No entanto, o titânio perde força quando aquecido acima de 430 °C (806 °F).
O titânio não é tão duro como alguns tipos de aço tratado com calor; não é magnético e um mau condutor de calor e eletricidade. A usinagem requer precauções porque o material pode galopar a menos que ferramentas afiadas e métodos adequados de resfriamento sejam usados. Assim como as estruturas metálicas, as feitas de titânio têm um limite de fadiga que garante longevidade em algumas aplicações.
O metal é uma alotropa dimórfica de uma forma hexagonal α que se transforma em uma forma de β cúbica (rede) centrada no corpo a 882 °C (1.620 °F). O calor específico da forma α aumenta drasticamente à medida que é aquecido a esta temperatura de transição, mas depois cai e permanece bastante constante para a forma β, independentemente da temperatura.
Propriedades químicas
Como alumínio e magnésio, a superfície do metal de titânio e suas ligas oxidam imediatamente após a exposição ao ar para formar uma fina camada de passivação não porosa que protege o metal a granel de mais oxidação ou corrosão. Quando se forma pela primeira vez, esta camada protetora tem apenas 1-2 nm de espessura, mas continua a crescer lentamente, atingindo uma espessura de 25 nm em quatro anos. Esta camada dá excelente resistência ao titânio à corrosão, quase equivalente à platina.
O titânio é capaz de suportar ataques por ácidos sulfúricos e clorídricos diluídos, soluções de cloreto e a maioria dos ácidos orgânicos. No entanto, o titânio é corroído por ácidos concentrados. Como indicado pelo seu potencial negativo redox, o titânio é termodinamicamente um metal muito reativo que queima em uma atmosfera normal a temperaturas mais baixas do que o ponto de fusão. O derretimento só é possível em uma atmosfera inerte ou no vácuo. A 550 °C (1.022 °F), combina-se com cloro. Também reage com os outros halógenos e absorve hidrogênio.
O titânio reage prontamente com oxigênio a 1.200 °C (2.190 °F) no ar, e a 610 °C (1.130 °F) em oxigênio puro, formando dióxido de titânio. O titânio é um dos poucos elementos que queimam em gás nitrogênio puro, reagindo a 800 °C (1.470 °F) para formar nitreto de titânio, o que causa embrittlement. Devido à sua alta reatividade com oxigênio, nitrogênio e muitos outros gases, o titânio que é evaporado de filamentos é a base para bombas de sublimação de titânio, nas quais o titânio serve como um carniceiro para esses gases por ligação quimicamente a eles. Essas bombas produzem de baixa remuneração em sistemas de vácuo ultra-altos.
Ocorrência
O titânio é o nono elemento mais abundante na crosta terrestre (0,63% por massa) e o sétimo metal mais abundante. Está presente como óxidos na maioria das rochas ígneas, em sedimentos derivados deles, em seres vivos e em corpos naturais de água. Dos 801 tipos de rochas ígneas analisadas pelo Serviço Geológico dos Estados Unidos, 784 continham titânio. Sua proporção em solos é de aproximadamente 0,5 a 1,5%.
Minerais comuns contendo titânio são anatase, brookite, ilmenita, perovskite, rutile e titanita (sphene). Akaogiita é um mineral extremamente raro que consiste em dióxido de titânio. Desses minerais, apenas rutile e ilmenita têm importância econômica, mas mesmo eles são difíceis de encontrar em altas concentrações. Cerca de 6,0 e 0,7 milhões de toneladas desses minerais foram extraídos em 2011, respectivamente. Existem depósitos significativos de ilmenita com titânio na Austrália Ocidental, Canadá, China, Índia, Moçambique, Nova Zelândia, Noruega, Serra Leoa, África do Sul e Ucrânia. Cerca de 210.000 toneladas de esponjas metálicas de titânio foram produzidas em 2020, a maioria na China (110.000 t), Japão (50.000 t), Rússia (33.000 t) e Cazaquistão (15.000 t). Estima-se que as reservas totais de anatase, ilmenita e rutile ultrapassem 2 bilhões de toneladas.
A concentração de titânio é de cerca de 4 picomolar no oceano. A 100 °C, estima-se que a concentração de titânio na água seja inferior a 10-7 M no pH 7. A identidade das espécies de titânio em solução aquosa permanece desconhecida devido à sua baixa solubilidade e à falta de métodos espectroscópicos sensíveis, embora apenas o estado de oxidação 4+ seja estável no ar. Não existem evidências para um papel biológico, embora organismos raros sejam conhecidos por acumular altas concentrações de titânio.
O titânio está contido em meteoritos, e foi detectado no Sol e em estrelas do tipo M (o tipo mais frio) com uma temperatura de superfície de 3.200 °C (5.790 °F). As rochas trazidas da Lua durante a missão Apollo 17 são compostas por 12,1% de TiO2. O titânio nativo (metálico puro) é muito raro.
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