عنصر التيتانيوم
التيتانيوم النقي هو معدن خفيف ، فضي أبيض ، صلب ، لامع. ولديه أيضًا نسبة عالية من القوة إلى الوزن.
عنصر التيتانيوم
التيتانيوم (Ti) : هو عنصر كيميائي ، و هو معدن رمادي فضي من المجموعة 4 (IVb) من الجدول الدوري، و هو معدن هيكلي خفيف الوزن وعالي القوة ومنخفض التآكل ويستخدم في شكل سبائك للأجزاء في الطائرات عالية السرعة
رمزه: Ti وعدده الذري : 22
وزنه الذري : 47.88
توزيعه الالكتروني: [Ar] 4s 2 3d 2
كيف تم اكتشافه ؟
تم الإعلان عن اكتشاف التيتانيوم في عام 1791 من قبل عالم الجيولوجيا الهاوي القس ويليام جريجور من كورنوال بإنجلترا.
عثر جريجور على رمال مغناطيسية سوداء تشبه البارود في مجرى مائي في أبرشية ماناكان في كورنوال
بإنجلترا ، ثم حلل جريجور الرمل ، ووجد أنه يتكون إلى حد كبير من أكسيد الحديد الأسود (Fe 3 O 4 ) وأكسيد غير نقي إلى حد ما لمعدن جديد ، والذي وصفه بأنه “كالكس بني ضارب إلى الحمرة”.
تحول هذا الكالكس إلى اللون الأصفر عند إذابته في حمض الكبريتيك والأرجواني عند اختزاله بالحديد أو القصدير أو الزنك .
خلص جريجور إلى أنه كان يتعامل مع معدن جديد أطلق عليه ماناكانيت تكريما لأبرشية ماناكان.
اكتشف كلابروث التيتانيوم في معدن الروتيل ، من Boinik ، المجر. تمامًا مثل كالكس جريجور ، كان الروتيل لونًا أحمر.
في عام 1797 قرأ كلابروث قصة جريجور من عام 1791 وأدرك أن الأكسيد الأحمر الذي وجد فيه التيتانيوم والأكسيد الأحمر الذي وجد فيه جريجور ماناكانيت هما في الواقع متماثلان .
مما سبق نجد أن : التيتانيوم و ماناكانيت هما نفس العنصر وكان جريجور هو المكتشف الحقيقي للعنصر.
كيفية الحصول عليه :
الأمر استغرق 119 عامًا من اكتشافه حتى تم عزل 99.9 ٪ من التيتانيوم النقي في عام 1910 من قبل عالم المعادن ماثيو هانتر في شينيكتادي ، نيويورك ، الذي قام باختزال رباعي كلوريد التيتانيوم (TiCl 4 ) بالصوديوم في أسطوانة فولاذية محكمة الإغلاق .
و في عام 1936 ، جعلت عملية كرول (تسخين كلوريد التيتانيوم (IV) بالماغنيسيوم ) الإنتاج التجاري للتيتانيوم ممكنًا.
ثم بحلول عام 1948 ، وصل الإنتاج العالمي إلى 3 أطنان فقط في السنة
شرح عملية كرول لتحضير التيتانيوم النقي :
إحدى الخامات ، مثل الإلمنيت (FeTiO3 ) أو الروتيل (TiO2 ) ، يتم معالجتها بالحرارة باستخدام الكربون والكلور لإنتاج رباعي كلوريد التيتانيوم ، TiCl4 ، والذي يتم تقطيره جزئيًا لإزالة الشوائب مثل كلوريد الحديديك ، FeCl 3 .
يتم بعد ذلك اختزال TiCl4 بالماغنيسيوم المصهور عند حوالي 800 درجة مئوية (1500 درجة فهرنهايت) في جو من الأرجون ، ويتم إنتاج التيتانيوم المعدني ككتلة إسفنجية يمكن من خلالها إزالة فائض الماغنيسيوم و كلوريد الماغنيسيوم بالتطاير عند حوالي 1000 درجة مئوية (1800 درجة فهرنهايت).
يمكن بعد ذلك دمج الإسفنج في جو من الأرجون أو الهيليوم في القوس الكهربائي ويصب في سبائك.
على نطاق المختبر ، يمكن صنع التيتانيوم النقي للغاية عن طريق تبخير رباعي اليود ، TiI 4 ، في صورة نقية جدًا وتحللها على سلك ساخن في الفراغ.
وجوده في الطبيعة :
التيتانيوم هو تاسع أكثر المعادن وفرة في القشرة الأرضية. لا يوجد التيتانيوم بحرية في الطبيعة ولكنه يوجد في معادن مثل الروتيل (أكسيد التيتانيوم) ، الإلمنيت (أكسيد التيتانيوم الحديدي) والسفين (التيتانيوم أو سيليكات تيتانيوم الكالسيوم) .
لاحظ أن : المعدنان التجاريان الرئيسيان هما الإلمنيت والروتيل .
نظائره :
يتكون التيتانيوم الطبيعي من خمسة نظائر مستقرة: التيتانيوم -46 (8.0٪) ، التيتانيوم -47 (7.3٪) ، التيتانيوم -48 (73.8٪) ، التيتانيوم -49 (5.5٪) ، التيتانيوم -50 (5.4٪).
خصائصه الفيزيائية :
1- التيتانيوم النقي هو معدن خفيف ، فضي أبيض ، صلب ، لامع. ولديه أيضًا نسبة عالية من القوة إلى الوزن.
2- لديه قوة ومقاومة ممتازة للتآكل ومعدل تآكل التيتانيوم منخفض جدًا ؛لدرجة أنه بعد 4000 عام في مياه البحر ، كان التآكل قد اخترق المعدن حتى سماكة ورقة رقيقة.
3- في درجات الحرارة المرتفعة ، يحترق المعدن في الهواء ، وبشكل غير عادي ، يحترق التيتانيوم أيضًا في النيتروجين النقي.
4- التيتانيوم مطيل (قابل للتمدد دون أن ينكسر ) ، وقابل للطرق عند تسخينه.
5- إنه غير قابل للذوبان في الماء ، ولكنه قابل للذوبان في الأحماض المركزة.
6- يمكن صقله لدرجة عالية من اللمعان.
7- يتميز المعدن بموصلية كهربائية وحرارية منخفضة جدًا .
خصائصه الكيميائية:
لا يتعرض التيتانيوم للهجوم بواسطة الأحماض المعدنية عند درجة حرارة الغرفة أو بواسطة القلويات المائية الساخنة .
يذوب في حمض الهيدروكلوريك الساخن ، ويعطي أنواع التيتانيوم في حالة الأكسدة +3 ، وحمض النيتريك الساخن يحوله إلى أكسيد مائي غير قابل للذوبان في الحمض أو القاعدة.
أفضل مذيبات المعدن هي حمض الهيدروفلوريك أو الأحماض الأخرى التي تمت إضافة أيونات الفلوريد إليها ؛ تعمل هذه الوسائط على إذابة التيتانيوم والاحتفاظ به في محلول بسبب تكوين معقدات الفلورو.
أستخدامات التيتانيوم الهامة :
1- يستخدم معدن التيتانيوم كعامل في صناعة السبائك مع المعادن بما في ذلك الألومنيوم والحديد والموليبدينوم والمنجنيز
2-إن الجمع بين القوة العالية والكثافة المنخفضة (إنه خفيف جدًا مقارنة بالمعادن الأخرى ذات الخصائص الميكانيكية والحرارية المماثلة) ، ومقاومة التآكل الممتازة تجعله مفيدًا للعديد من أجزاء الطائرات والمركبات الفضائية والصواريخ والسفن.
3- يتم استخدام التيتانيوم في هياكل السفن وأعمدة المروحة والهياكل الأخرى المعرضة للبحر.
4- يستخدم التيتانيوم أيضًا في غرسات استبدال المفاصل ، مثل مفصل الورك ذي الكرة والمقبس ، و يستخدم أيضا في الأجهزة التعويضية ، لأنه لا يتفاعل مع الأنسجة اللحمية والعظام.
لاحظ أن : يستخدم التيتانيوم في الإجراءات الطبية لأنه غير سام وغير متفاعل في الجسم.
5- حوالي 95 ٪ من إنتاج التيتانيوم في شكل ثاني أكسيد التيتانيوم (تيتانيا). تستخدم هذه الصبغة البيضاء بشكل مكثف ، مع معامل الانكسار العالي وامتصاص قوي للأشعة فوق البنفسجية ، في الطلاء الأبيض ، وتلوين الطعام ، ومعجون الأسنان ، والبلاستيك ، وواقي الشمس.
6- يستخدم التيتانيوم في العديد من المنتجات اليومية مثل لقم الثقب والدراجات ونوادي الجولف والساعات وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.
7-يشكل التيتانيوم تلقائيًا طبقة أكسيد واقية صلبة عند ملامسته لأي أكسجين. هذه الطبقة هي التي تمنح المعدن لمعانه وبريقه ، مع وجود اختلافات في سمك الطبقة يؤثر ذلك على اللون الذي يبرزه المعدن. كما أن لديها مرونة ملحوظة ، مما يجعلها المعدن المفضل للهياكل الفنية والمعمارية.
على سبيل المثال :
(1)النصب التذكاري الذي يبلغ طوله 40 مترًا (131 قدمًا) ليوري جاجارين (أول رجل يسافر في الفضاء) في موسكو ، مصنوع من التيتانيوم بسبب لون المعدن الجذاب وارتباطه بالصواريخ.
(2)متحف جوجنهايم ، بلباو مُغلف بألواح من التيتانيوم.
(3)يمكن استخدامه أيضًا للمساعدة في الإصلاح الهيكلي للمباني التاريخية. تم استخدام التيتانيوم كجزء من الإصلاح والتثبيت الهيكلي لعام 2008 لبرج بيزا المائل في إيطاليا.
المقالة جميلة جدا
شكرا 🌹🌹🌹