Titanyum Nedir? Özellikleri ve Kullanım Alanları

Titanyumun korozyon direnci çoğu metalden daha üstündür, bu da onu havacılık, tıbbi implantlar ve spor malzemeleri dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanım için ideal hale getirir.
Yazar Burcu Kara
titanyum

Titanyum, insanlara yapılan implantlarda, uçaklarda ve birçok farklı üründe kullanılan oldukça güçlü bir metal. Öyleyse bu kullanışlı element hakkında daha fazlasını öğrenelim; titanyumun özelliklerine, kullanım alanlarına, kaynaklarına, izotoplarına ve diğer ilginç yönlerine değinelim.

Titanyum Hakkında Temel Bilgiler

  • Titanyum atom numarası: 22
  • Sembol: Ti
  • Atom ağırlığı: 47.88
  • Keşfeden: William Gregor, 1791 (İngiltere)
  • Elektron dizilimi: [Ar] 4s2 3d2
  • Kelime anlamı: Latin devleri; mitolojide Dünya'nın ilk oğulları.

Titanyum İzotopları

Ti-38 ila Ti-63 arasında değişen 26 titanyum izotopu var. Titanyum, atom kütleleri 46-50 olan beş sabit izotopa sahip. En bol miktarda bulunan izotop, tüm doğal titanyumun %73,8'ini oluşturan Ti-48 oluyor.

Titanyumun Yapısal Özellikleri

Titanyum 1660°C (+/- 10) erime noktasına, 3287°C kaynama noktasına, 4.54 özgül ağırlığa, 2, 3 veya 4 değerliğe sahip. Saf titanyum düşük yoğunluklu, yüksek mukavemetli, parlak beyaz bir metaldir ve yüksek korozyon direnci vardır. Seyreltik sülfürik ve hidroklorik asitlere, nemli klor gazı, birçok organik asit ve klorid çözeltisine dayanıklıdır. Titanyuma biçim verebilmek için oksijenden arındırılması şarttır. Havayla temas ettiğinde yanıyor. Ayrıca azot ile yanan tek elementtir.

Titanyum dimorfiktir; 880°C civarında altıgen a formu yavaş yavaş kübik b formuna dönüşür. Metal, kırmızı ısı sıcaklıklarında oksijen ve 550°C'de klor ile birleşir. Titanyum çelik kadar güçlüdür, ancak %45 daha hafiftir. Alüminyumdan ise %60 daha ağırdır, ancak iki kat güçlüdür.

Titanyum metali fizyolojik olarak atıl kabul ediliyor. Saf titanyum dioksit, oldukça yüksek kırılma indisi ve elmastan daha yüksek optik dağılım değeriyle biraz daha berraktır. Doğal titanyum, döteryumla bombardıman edildiğinde yüksek oranda radyoaktif hale gelir.

Titanyum Hakkında İlginç Bilgiler

  • Titanyum ilk kez ilmenit olarak bilinen siyah kumda keşfedildi. İlmenit, demir oksitlerin ve titanyum oksitlerin bir karışımıdır.
  • William Gregor titanyumu keşfettiğinde Mannacan mahallesinin papazıydı. Yeni metaline "manaccanite" adını verdi.
  • Alman kimyager Martin Klaproth, Gregor'un metalini yeniden keşfetti ve ismine Yunan mitolojisindeki Titan'ların adı olan titanyumu verdi. Diğer kimyagerler de 'Titanyum' adını tercih etti ancak Gregor orijinal kaşif olarak kabul edildi.
  • Saf titanyum metali ancak 1910 yılında Matthew Hunter tarafından izole edilebildi (keşfedilmesinden 119 yıl sonra).
  • Tüm titanyumların yaklaşık %95'i titanyum dioksit (TiO2) üretiminde kullanılır. Titanyum dioksit, boyalarda, plastiklerde, diş macununda ve kâğıtta kullanılan oldukça parlak beyaz bir pigmenttir.
  • Titanyum tıbbi işlemlerde kullanılıyor, çünkü toksik değil ve vücutla reaktif olmuyor.

Titanyumun Kullanım Alanları

Titanyum alüminyum, molibden, demir, manganez ve benzer metallerle alaşım oluşturmak için kullanılır. Titanyum alaşımları, aşırı mukavemet ve aşırı sıcaklıklara dayanma kabiliyetinin gerekli olduğu durumlarda kullanılır (örneğin, havacılık uygulamaları). Titanyum tuz arıtma tesislerinde de kullanılabilir. Deniz suyuna maruz kalması gereken bileşenlerde sıklıkla tercih edilir. Deniz suyuna karşı katodik korozyon koruması sağlamak için platin kaplı titanyum anot kullanılabilir.

Vücut titanyuma tepki göstermediğinden cerrahi uygulamalarda sıklıkla yararlanılan bir metaldir. Elde edilen taş nispeten yumuşak olmasına rağmen, insanlar değerli taşlar yapmak için titanyum dioksite başvuruyor. Yıldız safir ve yakutların asterizmi, TiO2'nin varlığının bir sonucudur. Ev boyamada ve sanatsal boyalarda titanyum dioksitten yararlanılıyor. Boya kalıcıdır ve geniş yüzey yayılımı sağlar. Ayrıca kızılötesi radyasyonu mükemmel yansıtır. Titanyum boya bu nedenle Güneş gözlemevlerinde kullanılıyor.

Titanyum elementi en çok oksit pigmentleri için kullanılıyor. Titanyum oksit bazı kozmetiklerde ışığı dağıtmaya yarar. Titanyum tetraklorür camı iridize etmek için kullanılır. Bileşik, hava ile temasta kuvvetli şekilde duman çıkardığından duman filtreleri üretmek için de kullanılır.

Titanyum Kaynakları

Titanyum, yer kabuğunda en çok bulunan 9. element. Magmatik kayalarda neredeyse her zaman bulunur. Rutil, ilmenit, kamataşı (sfen) ve birçok demir cevheri ve titanatlardan çıkarılır. Titanyum kömür külü, bitkiler ve insan vücudunda mevcuttur. Titanyum Güneş'te ve meteorlarda bulunur. Apollo 17 göreviyle Ay'dan getirilen kayalarda %12,1 oranında TiO2 bulundu. Daha önceki görevlerden elde edilen kayalar daha düşük oranda titanyum dioksit varlığı göstermişti. M tipi yıldızların spektrumlarında titanyum oksit kemerleri görülür. ABD'li Kroll şirketi 1946'da tetraklorürü magnezyum ile indirgeyerek ticari olarak titanyum üretilebileceğini gösterdi.

Titanyumun Element Bilgileri

  • Element sınıflandırması: Geçiş metali
  • Yoğunluğu (g/cc): 4.54
  • Erime noktası (K): 1933
  • Kaynama noktası (K): 3560
  • Görünümü: Parlak, koyu gri metal
  • Atom yarıçapı (pm): 147
  • Atom hacmi (cc/mol): 10.6
  • Kovalent yarıçapı (pm): 132
  • İyonik yarıçapı: 68 (+ 4e) 94 (+ 2e)
  • Özgül ısısı (@20°C J/g mol): 0.523
  • Füzyon Isısı (kJ/mol): 18.8
  • Buharlaşma sıcaklığı (kJ/mol): 422.6
  • Debye sıcaklığı (K): 380.00
  • Pauling negatiflik numarası: 1.54
  • İlk iyonlaşma enerjisi (kJ/mol): 657.8
  • Yükseltgenme basamakları: 4, 3
  • Örgü Yapısı: 1.588
  • Örgü sabiti (Å): 2.950
  • CAS kayıt numarası: 7440-32-6

Titanyum Hakkında Sık Sorulanlar

Titanyumun çeşitli alanlarda kullanılmasını sağlayan özellikleri nelerdir?

Titanyum, yüksek erime noktasına sahip, güçlü, hafif ve korozyona dayanıklı bir metaldir. Güç-ağırlık oranı çelikle karşılaştırılabilirken, korozyon direnci çoğu metalden daha üstündür, bu da onu havacılık, tıbbi implantlar ve spor malzemeleri dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanım için ideal hale getirir.

Titanyum nasıl elde edilir?

Titanyum tipik olarak cevherlerinden, titanyum tetraklorürün (TiCl4) magnezyum ile indirgenmesini içeren Kroll işlemi yoluyla çıkarılır. Elde edilen titanyum sünger daha sonra eritilir ve safsızlıkları gidermek ve istenen ürünü oluşturmak için bir dizi adımla saflaştırılır.

Üretim ve işlemede titanyum ile çalışmanın getirdiği zorluklardan bazıları nelerdir?

Titanyum, diğer elementlerle yüksek reaktivitesi ve kesici aletlerle reaksiyona girme eğilimi nedeniyle çalışılması zor bir malzemedir. Ayrıca yüksek erime noktası, işleme için özel ekipman gerektirir ve bu da pahalı olabilir.

Titanyumun biyomedikal uygulamalarda kullanımı zaman içinde nasıl gelişti?

Titanyum, biyouyumluluğu, korozyon direnci ve mukavemeti nedeniyle eklem replasmanları ve diş implantları gibi tıbbi implantlar için giderek daha popüler bir malzeme haline gelmiştir. Üretim tekniklerindeki gelişmeler, daha karmaşık şekillerin ve yapıların oluşturulmasına izin vererek tıptaki potansiyel uygulamalarını daha da genişletmiştir.

Titanyumun gelecekteki bazı potansiyel uygulamaları nelerdir?

Araştırmacılar titanyumun yüksek performanslı piller, hidrojen depolama ve su arıtma gibi bir dizi gelişmekte olan teknolojide kullanımını araştırıyor. Benzersiz özellikleri onu mukavemet, hafiflik ve korozyon direncinin önemli faktörler olduğu çeşitli uygulamalar için umut verici bir aday haline getirmektedir.

Titanyum ne zaman keşfedildi?

Titanyum ve oksijenden oluşan bir bileşik 1791 yılında İngiliz kimyager ve mineralog William Gregor tarafından keşfedilmiştir. Bağımsız olarak 1795 yılında yeniden keşfedilmiş ve Alman kimyager Martin Heinrich Klaproth tarafından adlandırılmıştır.

Titanyumun atom numarası nedir?

Titanyumun atom numarası 22'dir.

Titanyum nasıl elde edilir?

Titanyum Kroll prosesi ile elde edilir. Çok kararlı bir karbür kolayca üretildiğinden ve ayrıca metal yüksek sıcaklıklarda oksijen ve nitrojene karşı oldukça reaktif olduğundan, oksitin karbon ile indirgenmesi yaygın yöntemiyle elde edilemez.

Kaynaklar: