Titanium

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in bei 25 °C	4,5
Härte nach Mohs und Brinell	3,0 - 4,0; 102,8 · 107
Schallgeschwindigkeit in	6070
Schmelztemperatur in °C	1670
spezifische Schmelzwärme in	436,51
Siedetemperatur in °C	3260
spezifische Verdampfungswärme in	8876,36
Standardentropie S0 in	31
Wärmeleitfähigkeit in bei 27 °C	21,9
spezifische Wärmekapazität in	0,523
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	0,4212
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,41

Titaniumgranulat

Isotope des Elements

Natürlich vorkommendes Titan besteht aus fünf stabilen Isotopen. Daneben sind 15 künstliche radioaktive Isotope bekannt, die allgemein recht kurze Halbwertszeiten haben.

Weitere Eigenschaften

Titanium gehört zur 4. Nebengruppe (Titaniumgruppe). Reines Titanium ist ein silberweißes, gut dehnbares und schmiedbares Leichtmetall, das sich schon bei Raumtemperatur leicht zu Blechen walzen lässt. Bei technischem Titanium muss man infolge von Verunreinigungen bei Rotglut schmieden, da es sehr spröde und hart ist. Seine mechanische Festigkeit bei geringer Dichte, hohe Schmelztemperatur, geringe thermische Ausdehnung sowie seine Korrosionsbeständigkeit machen es zu einem wichtigen Werkstoff für die Industrie und zu einem wichtigen Legierungsbestandteil. Ab einer Temperatur von 426 °C lässt die Festigkeit des Metalls schnell nach, als Werkstoff für höhere Temperaturen ist Titanium also nicht geeignet. Titanium ist ein Übergangsmetall und bildet in seinen Verbindungen alle Oxidationsstufen von I bis IV, wobei die Stufe IV die beständigste ist. Es ist elektropositiv und entsprechend seinem negativen Normalpotenzial ein unedles Metall. Durch Bildung einer dünnen Oxidschicht ist es bei Raumtemperatur an der Luft beständig gegenüber Wasser. Es ist in der Kälte beständig gegenüber Mineralsäuren und sogar Königswasser. Auch Alkalilaugen, Alkohol, Ameisensäure, Ammoniak, Weinsäure und Citronensäure greifen es nicht an. Von heißen Säuren wird es leicht angegriffen. Bei höheren Temperaturen verbindet sich Titanium mit den meisten Nichtmetallen.

Entdeckung

Titanium wurde 1791 von dem britischen Geistlichen und Amateurchemiker WILLIAM GREGOR (1761 - 1817) in Form des Dioxids in Creed entdeckt. Unabhängig davon entdeckte KLAPROTH 1795 auch das Dioxid bei der Untersuchung des Minerals Rutil. KLAPROTH benannte das im Dioxid vorhandene Metall nach den «Titanen», den Ursöhnen der Erde. In unreiner Form erhielt BERZELIUS das Metall erstmals 1825 durch Reduktion des Dioxids mit Natrium. 1924 erhielten die Niederländer EDWARD van ARKEL (1893 - 1976) und JAN HENDRIK de BOER (1899 - 1971) hochreines Titanium nach dem Aufwachsverfahren, dem sog. Van-Arkel-de-Boer-Verfahren. Technisch wurde Titanium erstmals 1938 durch W. KROLL (Kroll-Prozess) hergestellt.

Vorkommen/Herstellung

Titanium tritt relativ häufig in der Erdkruste auf und steht mit seiner Häufigkeit an Stelle 10. Das Metall tritt nie elementar auf. In der Natur ist Titanium sehr verbreitet und findet sich in Gesteinen und Mineralien wieder, überwiegend jedoch nur in geringen Konzentrationen. Bedeutende Primär- und Sekundärlager von titaniumhaltigen Erzen befinden sich in Kanada, USA, Brasilien, Russland, Skandinavien, Australien und in der Republik Südafrika. Die Hauptförderländer sind Australien, die GUS-Staaten und Malaysia. Technisch wird Titanium heute fast ausschließlich durch das Kroll-Verfahren hergestellt, d.h. durch Reduktion des Tetrachlorids mit Magnesium. Hochreines Titanium erhält man durch zwei Verfahren: durch das Zonenschmelz-Verfahren oder nach dem Aufwachsverfahren.

Verwendung

Titanium ist durch seine hohe Festigkeit und sein geringes Gewicht ein wertvoller Werkstoff zur Herstellung technischer Gegenstände, wie z. B. für Überschall-Flugzeuge, für den Schiffs- und U-Bootbau, Triebwerke in der Raketentechnik, für die Reaktortechnik usw. Titaniumlegierungen wie Titaniumstahl, Ti-Hartmetalle werden auch zum Anlagenbau für die chemische Industrie, Nahrungsmittel-, Textil-, und Papierindustrie verwendet. Titaniumstähle, mit weniger als 0,8 % Titanium, sind besonders fest und elastisch und daher sehr widerstandsfähig gegen Schläge und Stöße und eignen sich zur Herstellung von Eisenbahnrädern, Turbinen usw. Titanium dient ferner zur Herstellung von dünnen Brillengläsern mit hoher Brechkraft und in der Schmuckindustrie zur Herstellung von Armbändern für Uhren.

Wichtige Verbindungen

Modifikationen von TiO2 sind Rutil, Anatas und Brookit. Titanate, besonders vom Perowskittyp (CaTiO3), spielen in der Technik eine Rolle. Es sind außerdem die Tetrahalogenide TiX4, sowie Titaniumoxidchlorid TiOCl2, von Bedeutung. Das Titaniumoxidsulfat TiOSO4 ist im Prozess der technischen Gewinnung von TiO2-Weißpigmenten ebenfalls bedeutsam.

Bau

Titanium bildet ein hexagonales Metallgitter.