Beta Titan

aus Titan (Element)

Das Titan ist ein Chemikalieelement mit dem Elementzeichen Titan und der Atomzahl 22 es zählt zu den übergangsmetallen und befindet sich in der vierten Untergruppe (4. IUPAC-Gruppe) oder in der Tabellengruppe Titan im Periodenraster. Titan ist eines der zehn gängigsten Elemente in der Erdrinde, wird aber nahezu ausschliesslich als Komponente von Mineralstoffen eingesetzt.

Das Vorkommen von elementaren Titan ist jedoch aus mehreren Vorkommen belegt. Der Titan wurde 1791 in Großbritannien vom Pfarrer und Hobbychemiker Wilhelm Grigor in Titan-Eisen aufgedeckt. Im Jahre 1795 fand es auch der dt. Apotheker Henry Klaproth in Rutil-Erz und gab dem Bauelement - nach den griechischen Göttern der Titans - seinen jetzigen Beinamen.

Erst 1831 gelingt es ihm jedoch, das metallische Titan aus dem Gestein zu extrahieren. 10 ] 99,9% Reintitan wurde 1910 zum ersten Mal von Matthäus A. hergestellt. Jäger (1878-1961) durch Erhitzen von Tetrachlortitan (Titan(IV)-chlorid) mit Natron auf 700 bis 800 Grad Celsius in einer Metallbombe. 11 ] Die großflächige Reduzierung von Tetrachlortitan mit Hilfe von Magnesit ermöglichte die Entwicklung von Titan für den kommerziellen Einsatz.

Bis auf wenige Ausnahmefälle (dazu gehören elementare Titan und Minerale in Legierungsform, intermetallische Komponenten und Sulfide) kommt Titan in der Erdrinde nur in Verbindung mit oxidischem Stickstoff vor. Sie ist keine Seltenheit, da sie mit einem Anteil von 0,565 % an 9. Platz der Elementfrequenz in der Erdrinde liegt.

Bedeutende Mineralstoffe sind: Meteorite können Titan beinhalten. Titan wurde auch in der Sonnen- und in Sternchen der spektralen Klasse M1 nachweisbar. 14 ][15] Felsproben der Mond-Mission mit bis zu 12,1% Titan(IV)-oxid. Es ist auch in Kohlenasche, Pflanze und im Menschen zu finden. In der Regel wird das angereicherte Titaniumdioxid, beginnend mit dem ilmenitischen oder rutilen, in der Wärme mit Hilfe von Chlorgas und Steinkohle zu Tetrachlorid und Kohlenmonoxid umgewandelt.

Das Titantetrachlorid wird dann mit Flüssigmagnesium zu Titan reduziert. Für die Produktion von zerspanbaren Werkstoffen muss der gewonnene Titan-Schwamm in einem Vakuum-Lichtbogenofen wieder aufgeschmolzen werden. Der größte Hersteller von Titan und Titallegierungen ist VSMPO-AVISMA mit Sitz in Werchnaya Salzburg und Jekaterinenburg im Urnerland, die sich seit dem 12. September 2006 mittelbar im Besitz der Holdinggesellschaft für den Export Rosoborone ist.

Reintitan wird nach dem Van-Arkel-de-Boer-Verfahren gewonnen. Das Titan ist in der Umgebungsluft eine extrem widerstandsfähige Oxidschutzschicht (Passivierungsschicht), die es vor vielen Stoffen absichert. Reintitan ist mit einem Anteil von 6 (nach Mohs) nur mäßig fest, wird aber durch niedrige Legierungszuschläge eine höhere Steifigkeit bei vergleichsweise geringer Rohdichte erlangt.

Dies macht Titan-Legierungen besonders für Applikationen mit hohen Anforderungen an Korrosionsfestigkeit, Stabilität und geringem Eigengewicht aus. Das hochreine Titan ist dehnbar, d.h. es kann durch plastische Verformung verformt werden. Man beachte auch die große Reaktionsfähigkeit von Titan mit vielen Materialien bei höheren Drücken oder höheren Dichten.

Im reinen Luftsauerstoff bei 25 Grad Celsius und 25 Grad Celsius wird Titan von einer frisch geschnittenen Kante komplett zu Titaniumdioxid verbrannt. Ungeachtet der Passivschicht reagieren sie mit Luftsauerstoff bei einer Temperatur über 880 Grad Celsius und mit Chlorgas bei einer Temperatur über 550 Grad Celsius. Auch Titan verhält sich mit dem reinen Nitrogen, das z.B. bei der Zerspanung durch Wärmeentwicklung zu beachten ist.

Titan ist resistent gegen verwässerte Schwefelsäuren, Salzsäuren, Chloridlösungen, Kaltsalpetersäure, Alkalien wie Natronlauge und die meisten organ. Es bildet aber nach und nach in konzentrierte Schwefelsäuren das violette Titansulfat. Bei Temperaturen unter 0,4 K[17] wird Titan supraleitfähig. Unter 880 Grad Celsius ist Titan in einer hexagonalen, dichten Kugeldichtung erhältlich.

Ab 880 Grad Celsius entsteht eine kubische, raumzentrische Gitterkonstruktion. Durch Eloxieren kann Titan eingefärbt werden. Andere bedeutende Titan-Legierungen, die vor allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet werden: Durch seine hexagonale Struktur ist Titan verhältnismäßig schwer zu formen. In der Produktion von Titanblechen aus Titansteinen macht das Walzverfahren ca. 50 % der Gesamtkosten des Produkts aus.

Als Mikrolegierungskomponente für Stähle wird vor allem Titan eingesetzt. Bei nichtrostenden Edelstählen schützt Titan vor interkristalliner Korrosivität. Titanlegierungen sind mit ca. 25 /kg sehr kostspielig. Einsatz in Meerwasser und chlorhaltigen Medien: Outdoor- und Sportartikel: Mehr als 90 % der Titanerzproduktion werden überwiegend nach dem Chloridverfahren und in geringerem Umfang nach dem Sulphatverfahren zu Titanoxid aufbereitet.

Als harte Werkstoffe werden Compounds aus Titan mit Borsäure, Kohle oder Nitrogen verwendet. Titaniumverbindungen werden auch für die Produktion von Cermet, spezielle Hartmetalle verwendet. Bei der Bewaffnung: Einige sowjetische U-Boottypen hatten Druckhüllen aus Titanlegierungen (z.B. Mike-Klasse, Alfa-Klasse, Papa-Klasse oder Sierra-Klasse). Auch in der Militärluftfahrt wird Titan häufiger verwendet als in der Zivilluftfahrt.

Infolgedessen wurde ein großer Teil des abgebauten Titan in Rußland während der Hochzeit der russischen Rüstungsindustrie wiederverwendet. Durch die Titanoxidschicht kann der Kieferknochen fest auf dem Zahnimplantat wachsen (Osseointegration) und somit das künstliche Zahnimplantat fest in den Menschen integriert werden. Bei Mittelohroperationen ist Titan das ideale Werkstoff für Gehörknöchelchenersatzprothesen und Tympanonschläuche.

Titanclips für Aneurysmenoperationen haben in der Neurologie aufgrund ihrer besseren NMR-Eigenschaften die Edelstahlclips weitestgehend ersetzt. Titaniumdioxid kann ein Teil der Farbgebung von Arzneimitteln und Nahrungsergänzungen in Form von Tabletten sein. 2002 lancierte das Unternehmen das Mobiltelefon 8910 und ein Jahr später das Mobiltelefon mit Titangehäuse.

Mit dem " Kraftpaket für das neue Modell "PowerBookG4Titanium" hat das Unternehmen Apples Inc. im März 2002 ein neues Produkt auf den Markt gebracht. Das Gehäuse bestand zu großen Teilen aus Titan, und die 15.2-Bildschirm-Version des Notizbuchs wog nur 2,4 kg bei einer Stärke von 1″. Manche Notizbücher der Reihe der ThinkPads von Lenovo sind mit einem titanverstärkten Kunststoffkoffer oder einem Titan-Magnesium-Verbundkofferrahmen ausgestattet.

Elektrozigaretten: Hier wird als Heizwendel Titaniumdraht eingesetzt, da sich der spezifische Widerstandswert von Titan in Abhängigkeit von der jeweiligen Umgebungstemperatur messtechnisch ändert . Hierfür wird neben Nickel-200-Drähten und V2A-Stahldrähten auch Titan in der Branche immer beliebter. Das TiO2+ ist ein charakteristischer gelb-oranger Komplexe (Triaquohydroxooxotitan(IV)-Komplex) mit Wasserstoffperoxyd, der auch für den fotospektrometrischen Test eingesetzt werden kann.

Es werden Titan und Titan-Legierungen genormt: Das Titan als Puder ist brennbar, dicht und unbedenklich. Viele Titan-Salze werden als unbedenklich angesehen. Nicht stabile Stoffe wie z. B. Titantrichloride sind hochkorrosiv, da sie mit Wasserspuren salzsäurebilden. In Nebelgranaten wird Tetrachlorid verwendet; es reagieren mit der Luftfeuchtigkeit und erzeugen einen weissen Qualm aus Titaniumdioxid sowie Salzsäure-Nebel.

Metallic-Titan ist aufgrund der höheren Herstellkosten für anspruchsvolle technische Applikationen reserviert, während das vergleichsweise kostengünstige und nicht toxische Buntpigment Titaniumdioxid zu einem Alltagsbegleiter geworden ist. Nahezu alle modernen weissen Kunststoff- und Farbstoffe sowie Lebensmittelfarbstoffe beinhalten Titaniumdioxid (es ist in Nahrungsmitteln als E 171 enthalten). Auch in der Elektro- und Materialtechnik und seit kurzem bei der Fertigung von Hochleistungsakkus für Fahrzeugantriebe (Lithium-Titanat-Batterien) kommen Titan-Verbindungen zum Einsatz.