Titán

Vlastnosti titánu link

Titán je ľahký a pevný kov. Má hustotu 4,5 g/cm³, čo je asi 57 % hustoty ocele, a jeho zliatiny sú pritom rovnako pevné ako oceľ. Tenká vrstva oxidu titaničitého ho pasivuje. Titán preto odoláva korózii aj v morskej vode, v roztokoch chloridov a vo väčšine zriedených kyselín. Rozpúšťa ho kyselina fluorovodíková.

Pri vysokej teplote sa titán zlučuje s kyslíkom aj s dusíkom. Horí aj v dusíku, pričom vzniká nitrid titanitý TiN. Jemný titánový prášok sa na vzduchu môže sám vznietiť.

Výskyt a výroba titánu link

Titánu je v zemskej kôre pomerne veľa, kov je však drahý pre náročnú výrobu. Hlavnou rudou je ilmenit FeTiO₃, čistejšou surovinou rutil TiO₂. Ruda sa najprv zahrieva s koksom a chlórom. Táto redukčná chlorácia premení oxid titaničitý na chlorid titaničitý:

\( \ce{TiO2 + 2 C + 2 Cl2 ->[t] TiCl4 + 2 CO} \)

Kvapalný chlorid titaničitý sa prečistí destiláciou. Potom sa redukuje roztaveným horčíkom pri teplote 800 až 900 °C v atmosfére argónu, ktorý chráni horúci kov pred kyslíkom a dusíkom:

\( \ce{TiCl4 + 2 Mg ->[t] Ti + 2 MgCl2} \)

Vzniká pórovitý kov nazývaný titánová špongia. Chlorid horečnatý sa elektrolýzou rozkladá späť na horčík a chlór, ktoré sa znova použijú. Špongia sa pretavuje vo vákuu alebo v argóne na kompaktný kov.

Využitie titánu link

Titán a jeho zliatiny spájajú malú hustotu, veľkú pevnosť a odolnosť voči korózii. Najpoužívanejšia je zliatina s hliníkom a vanádom so 6 % hliníka a 4 % vanádu. Titán a jeho zliatiny sa používajú v týchto oblastiach:

• letectvo a kozmonautika – konštrukcie lietadiel, podvozky a lopatky leteckých motorov
• chemický priemysel – nádrže, potrubia a výmenníky tepla pre agresívne látky a morskú vodu
• lekárstvo – kĺbové náhrady, zubné implantáty, skrutky a dlahy na kosti
• športové potreby – golfové palice, tenisové rakety a rámy bicyklov

Titán je biokompatibilný. Organizmus ho neodmieta a kosť priamo prirastá k jeho povrchu. Na rezné nástroje sa nanáša tvrdý povlak nitridu titanitého TiN, ktorý má zlatožltú farbu.

Zlúčeniny titánu link

Titán tvorí najmä zlúčeniny s oxidačným číslom IV. Atóm titánu v nich nemá d-elektróny, preto je oxid titaničitý biely a chlorid titaničitý bezfarebný. S oxidačným číslom III má atóm titánu jeden d-elektrón a jeho zlúčeniny sú farebné. Roztoky s hexaakvatitanitým katiónom [Ti(H₂O)₆]³⁺, napríklad roztok chloridu titanitého TiCl₃, sú fialové. Titanité zlúčeniny sú silné redukovadlá a na vzduchu sa oxidujú na titaničité.

Oxid titaničitý link

Oxid titaničitý TiO₂ je najvýznamnejšia zlúčenina titánu. Je to biela, chemicky stála látka nerozpustná vo vode. V prírode sa vyskytuje v troch modifikáciách: rutil, anatas a brookit. Má veľmi vysoký index lomu, preto silno rozptyľuje svetlo a dobre zakrýva podklad. Ako biely pigment titánová beloba sa používa vo farbách, plastoch, papieri, zubných pastách a kozmetike. Nahradil toxickú olovnatú belobu. Na tento pigment sa spracuje asi 93 % vyťaženého titánu.

V opaľovacích krémoch jemné častice oxidu titaničitého pohlcujú a rozptyľujú ultrafialové žiarenie. Ako potravinárske farbivo E 171 sa v Európskej únii od roku 2022 nesmie používať. Európsky úrad pre bezpečnosť potravín totiž nemohol vylúčiť, že poškodzuje genetickú informáciu buniek.

Anatas po pohltení ultrafialového žiarenia urýchľuje na svojom povrchu oxidáciu organických látok, je teda fotokatalyzátor. Používa sa v samočistiacich sklách a náteroch, na ktorých sa nečistoty na svetle rozkladajú.

Chlorid titaničitý link

Chlorid titaničitý TiCl₄ je bezfarebná kvapalina a medziprodukt pri výrobe titánu aj čistého oxidu titaničitého. Na vlhkom vzduchu dymí, lebo sa vzdušnou vlhkosťou hydrolyzuje:

\( \ce{TiCl4 + 2 H2O -> TiO2 + 4 HCl} \)

Vzniká hmla jemných čiastočiek oxidu titaničitého a kvapôčok kyseliny chlorovodíkovej. Preto sa chlorid titaničitý používal na dymové clony a na písanie dymom na oblohu.