טיטניום

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Disambig RTL.svg המונח "TI" מפנה לכאן. לערך העוסק בפירושים אחרים, ראו TI (פירושונים).
ונדיום - טיטניום - סקנדיום
 

Ti
Zr  
 
 
Ti-TableImage.png
כללי
מספר אטומי 22
סמל כימי Ti
סדרה כימית מתכות מעבר
צפיפות 4507 kg/m3
מראה
אפור-לבן כסוף מתכתי
Titan-crystal bar.JPG
תכונות אטומיות
משקל אטומי 47.867 amu
רדיוס ואן דר ואלס _ pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה 2, 8, 10, 2
תכונות פיזיקליות
מצב צבירה בטמפ' החדר מוצק
טמפרטורת התכה 1941.15K (1668°C)
טמפרטורת רתיחה 3560.15K (3287°C)
לחץ אדים 0.49Pa ב-1933K
מהירות הקול 4140 מטר לשנייה ב293.15K
שונות
אלקטרושליליות 1.54
קיבול חום סגולי 520 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית 2.34 106/m·Ω
מוליכות תרמית 21.9 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה 658.8 kJ/mol
אנרגיית יינון שנייה 1309.8 kJ/mol
אנרגיית יינון שלישית 2652/5 kJ/mol

טיטניום (Titanium) הוא יסוד כימי שסמלו הכימי Ti ומספרו האטומי 22. מתכת מעבר קלה, חזקה, מבריקה ועמידה בפני קורוזיה. היסוד נקרא על שם הטיטנים מהמיתולוגיה היוונית.

תכונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

על פני השטח של טיטניום נוצרת שכבה דקיקה של תחמוצת טבעית, אשר בדומה לאלומיניום מעניקה למתכת הגנה מצוינת מפני חמצון. בשל זאת לטיטניום עמידות גבוהה בפני חמצון, הקרובה לזו של פלטינה. בזכות שכבת התחמוצת הטבעית, טיטניום גם עמידה נגד תמיסות דלילות של חומצה כלורית וחומצה גופרתית, כמו גם תמיסות של כלור ורוב החומצות האורגניות.[1] עם זאת, חומצות חזקות תוקפות טיטניום במהירות.[2] לטיטניום נקודת היתוך גבוהה וחוזק דומה לפלדה (וקלה יותר ב-45% ממנה), היא כבדה ב-60% מאלומיניום אבל חזקה פי שניים ממנו. תכונות כמו אלו הופכות את הטיטניום למתכת שימושית מאוד.

טיטניום הוא אחד היסודות היחידים הבוערים בסביבת חנקן,ב-800°C, ובאטמוספירת חנקן, הוא מתרכב איתו לטיטניום חנקני.

טיטניום דו-חמצני מתרכב עם מים ליצירת חומצה טיטנית:H4TiO4.

ניסויים הראו שטיטניום טבעי הופך להיות מאוד רדיואקטיבי לאחר הפצצה באלומת דאוטרונים, ופולט פוזיטרונים וקרינת גמא.

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

שעון עם ציפוי טיטניום

טיטניום דו-חמצני (TiO2) משמש בתור פיגמנט לצבעים, נייר וחומרים פלסטיים. צבעים שמכילים טיטניום דו-חמצני הם רפלקטורים מצוינים לקרינת אור תת-אדום ומשמשים כחומרי צביעה במתקנים אסטרונומיים. בין הצבענים מבוססי הטיטניום נכללים לבן טיטניום וצהוב ניקל טיטניום.

בזכות התכונות המצוינות של הטיטניום, סגסוגות טיטניום משמשות לבניית מטוסים, רוטורים של מסוקים, תחמושת, ספינות, חלליות, קוצבי לב, אפודי מגן, תכשיטים, שלדות אופניים ומחבטי גולף. טיטניום משולב לעתים קרובות עם אלומיניום, עם ונדיום עם נחושת, עם ברזל, עם מנגן, עם מוליבדנום וכן עם מתכות אחרות. סגסוגת של טיטניום וונדיום משמשת לציפוי מטוסים. אחת הסגסוגות הנפוצות ביותר היא Ti-6Al-4V, המכונה בקיצור Titanium-6-4, והיא כוללת 6% משקלי של אלומיניום ו-4% משקלי של ונדיום (והיתר טיטניום).

לטיטניום שימוש נרחב ברפואה. חומר זה הוא החומר המוביל ממנו מייצרים שתלים אורטופדיים. היתרון בשימוש בטיטניום לצורך זה הוא שחומר זה אדיש מבחינה כימית ומתקבל באופן טוב על ידי גוף האדם. כמו כן, חוסר המגנטיות שלו מאפשרת למושתלים, להיבדק במכונות MRI ללא בעיות.

שימושים נוספים:

  • בזכות העמידות נגד מי ים, טיטניום משמש בתור חומר גלם למדחפים בסירות ובספינות.
  • טיטניום משמש ליצירת אבני חן מלאכותיות.
  • טיטניום דו-חמצני נמצא בתכשירי הגנה מהשמש.
  • ליצירת תכשיטים שונים והחדרת פירסינג, מצוין לעשיית פירסינג מכיוון שאין בו ניקל.
  • טיטניום ניטריד, TiN משמש למגוון יישומים במיקרואלקטרוניקה בהם דרוש מוליך עם עמידות לטמפרטורות גבוהות. בפרט, טיטניום ניטריד משמש בתור אלקטרודת השער בהתקני MOSFET מדורות מתקדמים (בעלי מקדם דיאלקטרי גבוה, החל משנת 2007).
  • טיטניום משמש בסוג מסוים (ולא נפוץ) של משאבות ואקום גבוה מאוד (UHV) המכונות Titanium sublimation pump, או משאבות TSP.[3]

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

מרטין היינריך קלפרות, הכימאי שנתן ליסוד את השם טיטניום

מחקר[עריכת קוד מקור | עריכה]

טיטניום התגלה לראשונה ב-1791 באנגליה על ידי הכומר של קהילת קרייד (Creed), ויליאם גרגור, שהיה גאולוג חובב. הוא זיהה את נוכחותו של היסוד החדש במינרל אילמניט כשמצא חול שחור ליד נחל בסמוך לכפר מאנאקן (Manaccan) שבמחוז קורנוול באנגליה ושם לב כי חול זה נמשך למגנט. אנליזה של החול העלתה נוכחות של שתי תחמוצות מתכתיות, תחמוצת ברזל (שהסבירה את המשיכה למגנט), ו-45.25% של תחמוצת מתכתית לבנה שהוא לא הצליח לזהות. בהבחינו כי התחמוצת הבלתי מזוהה מכילה מתכת שתכונותיה לא תאמו לאף אחד מהיסודות הידועים, דיווח גרגור על ממצאיו ל"חברה הגאלוגית המלכותית של קורנוול" ובמגזין המדע הגרמני "Crell's Annalen".

בערך באותו הזמן, הפיק פרנץ יוזץ מילר חומר דומה, אך לא יכול היה לזהותו. התחמוצת התגלתה במקביל ובאופן עצמאי על ידי הכימאי הגרמני, מרטין היינריך קלפרות, ב-1795 במינרל רוטיל מהונגריה. קלפרות גילה כי המינרל מכיל יסוד חדש שאותו כינה טיטניום על שם הטיטאנים במיתולוגיה היוונית. לאחר ששמע על התגלית המוקדמת יותר של גרגור הוא השיג דגימה מה"מאנאקניט" ואימת שהיא הכילה טיטניום.

מיום גילויו היה קשה להפיק טיטניום טהור ממכרות. טיטניום טהור (99.9%) הופק לראשונה ב-1910 על ידי מאתיו א. האנטר כשהוא חימם טיטניום 4 כלורי (TiCl4) עם נתרן בטמפרטורה של 700-800 מעלות צלזיוס.

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

לקראת סוף המאה ה-19 הוחל בהפקה מסחרית של מינרלים מבוססי טיטניום בדרום מזרח פנסילבניה. באותה תקופה הופקו גם כמויות קטנות של רוטיל בצפון קרולינה ובג'ורג'יה. בשנת 1901 בהפקה נרחבת של רוטיל בוירג'יניה לצורך יצירת כימקלים מטיטניום ולצביעת קרמיקות. בשנת 1916 הוחל בהפקה של טיטניום בפלורידה לצורך ייצור טיטניום טטרכלוריד עבור קליעים נותבים, זיקוקים ומסך עשן[4].

אולם, עד 1946 לא השתמשו בטיטניום כמתכת מחוץ למעבדות. רק לאחר שויליאם ג'סטין קארול הוכיח שאפשר להפיק טיטניום בצורה מסחרית, המצב השתנה ובסוף שנות ה-40 של המאה ה-20 הוחל בהפקה של הטיטניום בכמויות מסחריות ובתכנון השימוש בו בתעופה, בניית אוניות ובמתקני התעשייה הכימית‏[5].

בשנות ה-50 של המאה ה-20 החל שימוש נרחב בטיטניום בייצור מטוסים ובתחילת שנות ה-60 כל מטוסי הסילון החדישים כללו פסי חיזוק מטיטניום‏[6]. באותן שנים רוב הטיטניום ששימש את התעשייה הופק בקנדה[7].

צורה בטבע[עריכת קוד מקור | עריכה]

טיטניום הוא היסוד התשיעי הכי נפוץ בקרום כדור הארץ (0.6% מהמסה) ומהווה חלק מסלעים, ממכרות ברזל וממינרלים רבים. טיטניום התגלה במטאוריטים וכמו כן על השמש. סלעים שחזרו מהירח עם אפולו 17 הכילו 12.1% טיטניום דו-חמצני (TiO2). טיטניום נמצא גם בצמחים ואפילו בבני אדם.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  2. ^ Casillas, N.; Charlebois, S.; Smyrl, W. H.; White, H. S. (1994). "Pitting Corrosion of Titanium". J. Electrochem. Soc. 141 (3): 636–642. doi:10.1149/1.2054783. 
  3. ^ מצגת על משאבות TSP
  4. ^ Titanium in B. A. Kennedy, Surface Mining, page 246
  5. ^ התעשייה זקוקה למתכות חדשות, דבר, 19 באוגוסט 1949
  6. ^ ענקים נופלים משמים, דבר, 8 ביוני 1962
  7. ^ מוריס גולדסמית, טיטאניום, על המשמר, 5 ביולי 1955