El titanio fue descubierto en Cornualles, Gran Bretaña, por William Gregor en 1791 y fue nombrado por Martin Heinrich Klaproth en honor a los titanes de la mitología griega. El elemento se encuentra dentro de una serie de depósitos minerales, principalmente rutilo e ilmenita, que están ampliamente distribuidos en la corteza terrestre y la litosfera; se encuentra en casi todos los seres vivos, así como en cuerpos de agua, rocas y suelos. El metal se extrae de sus principales minerales mediante los procesos Kroll y Hunter. El compuesto más común, el dióxido de titanio, es un fotocatalizador popular y se utiliza en la fabricación de pigmentos blancos. Otros compuestos incluyen tetracloruro de titanio (TiCl4), un componente de cortinas de humo y catalizadores; y tricloruro de titanio (TiCl3), que se utiliza como catalizador en la producción de polipropileno.
El titanio se puede alear con hierro, aluminio, vanadio y molibdeno, entre otros elementos, para producir aleaciones fuertes y livianas para la industria aeroespacial (motores a reacción, misiles y naves espaciales), militares, procesos industriales (productos químicos y petroquímicos, plantas de desalinización, pulpa y papel) automotriz, agricultura (agricultura), prótesis médicas, implantes ortopédicos, instrumentos y archivos dentales y de endodoncia, implantes dentales, artículos deportivos, joyas, teléfonos móviles, y otras aplicaciones.
Las dos propiedades más útiles del metal son la resistencia a la corrosión y la relación resistencia-densidad, la más alta de cualquier elemento metálico. En su condición sin alear, el titanio es tan fuerte como algunos aceros pero menos denso. Hay dos formas alotrópicas y cinco isótopos naturales de este elemento, 46Ti a 50Ti, siendo 48Ti el más abundante (73,8%).
Propiedades físicas
Como metal, el titanio es reconocido por su alta relación resistencia-peso. Es un metal fuerte con baja densidad que es bastante dúctil (especialmente en un ambiente libre de oxígeno), lustroso y de color blanco metálico. El punto de fusión relativamente alto (1.668 °C o 3.034 °F) lo hace útil como metal refractario. Es paramagnético y tiene una conductividad eléctrica y térmica bastante baja en comparación con otros metales. El titanio es superconductor cuando se enfría por debajo de su temperatura crítica de 0,49 K.
Los grados de titanio comercialmente puros (99.2% puros) tienen la resistencia a la tracción final de aproximadamente 434 MPa (63,000 psi), igual a la de las aleaciones de acero comunes de bajo grado, pero son menos densos. El titanio es un 60% más denso que el aluminio, pero más del doble de fuerte que la aleación de aluminio 6061-T6 más utilizada. Ciertas aleaciones de titanio (por ejemplo, Beta C) alcanzan resistencias a la tracción de más de 1.400 MPa (200.000 psi). Sin embargo, el titanio pierde fuerza cuando se calienta por encima de 430 ° C (806 ° F).
El titanio no es tan duro como algunos grados de acero tratado térmicamente; no es magnético y es un mal conductor de calor y electricidad. El mecanizado requiere precauciones porque el material puede galvar a menos que se utilicen herramientas afiladas y métodos de enfriamiento adecuados. Al igual que las estructuras de acero, las hechas de titanio tienen un límite de fatiga que garantiza la longevidad en algunas aplicaciones.
El metal es un alótropo dimórfico de una forma hexagonal α que cambia a una forma cúbica centrada en el cuerpo (red) β a 882 ° C (1,620 ° F). El calor específico de la forma α aumenta dramáticamente a medida que se calienta a esta temperatura de transición, pero luego cae y permanece bastante constante para la forma β independientemente de la temperatura.
Propiedades químicas
Al igual que el aluminio y el magnesio, la superficie del metal de titanio y sus aleaciones se oxidan inmediatamente después de la exposición al aire para formar una capa de pasivación delgada no porosa que protege el metal a granel de una mayor oxidación o corrosión. Cuando se forma por primera vez, esta capa protectora tiene solo 1-2 nm de espesor, pero continúa creciendo lentamente, alcanzando un grosor de 25 nm en cuatro años. Esta capa le da al titanio una excelente resistencia a la corrosión, casi equivalente al platino.
El titanio es capaz de resistir los ataques de ácidos sulfúricos y clorhídricos diluidos, soluciones de cloruro y la mayoría de los ácidos orgánicos. Sin embargo, el titanio está corroído por ácidos concentrados. Como lo indica su potencial redox negativo, el titanio es termodinámicamente un metal muy reactivo que se quema en una atmósfera normal a temperaturas más bajas que el punto de fusión. La fusión es posible solo en una atmósfera inerte o en el vacío. A 550 °C (1,022 °F), se combina con cloro. También reacciona con los otros halógenos y absorbe hidrógeno.
El titanio reacciona fácilmente con el oxígeno a 1.200 °C (2.190 °F) en el aire, y a 610 °C (1.130 °F) en oxígeno puro, formando dióxido de titanio. El titanio es uno de los pocos elementos que se queman en el gas nitrógeno puro, reaccionando a 800 ° C (1,470 ° F) para formar nitruro de titanio, que causa fragilidad. Debido a su alta reactividad con oxígeno, nitrógeno y muchos otros gases, el titanio que se evapora de los filamentos es la base de las bombas de sublimación de titanio, en las que el titanio sirve como eliminador de estos gases al unirse químicamente a ellos. Tales bombas producen a bajo costo presiones extremadamente bajas en sistemas de vacío ultra alto.
Ocurrencia
El titanio es el noveno elemento más abundante en la corteza terrestre (0,63% en masa) y el séptimo metal más abundante. Está presente como óxidos en la mayoría de las rocas ígneas, en los sedimentos derivados de ellas, en los seres vivos y en los cuerpos de agua naturales. De los 801 tipos de rocas ígneas analizadas por el Servicio Geológico de los Estados Unidos, 784 contenían titanio. Su proporción en suelos es de aproximadamente 0,5 a 1,5%.
Los minerales comunes que contienen titanio son la anatasa, la brookita, la ilmenita, la perovskita, el rutilo y la titanita (esfena). La akaogiita es un mineral extremadamente raro que consiste en dióxido de titanio. De estos minerales, solo el rutilo y la ilmenita tienen importancia económica, pero incluso son difíciles de encontrar en altas concentraciones. Alrededor de 6,0 y 0,7 millones de toneladas de esos minerales se extrajeron en 2011, respectivamente. Existen importantes depósitos de ilmenita con titanio en Australia occidental, Canadá, China, India, Mozambique, Nueva Zelanda, Noruega, Sierra Leona, Sudáfrica y Ucrania. En 2020 se produjeron alrededor de 210.000 toneladas de esponjas metálicas de titanio, principalmente en China (110.000 t), Japón (50.000 t), Rusia (33.000 t) y Kazajstán (15.000 t). Se estima que las reservas totales de anatasa, ilmenita y rutilo superan los 2 mil millones de toneladas.
La concentración de titanio es de aproximadamente 4 picomolares en el océano. A 100 °C, la concentración de titanio en agua se estima en menos de 10−7 M a pH 7. La identidad de las especies de titanio en solución acuosa sigue siendo desconocida debido a su baja solubilidad y la falta de métodos espectroscópicos sensibles, aunque solo el estado de oxidación 4+ es estable en el aire. No existe evidencia de un papel biológico, aunque se sabe que los organismos raros acumulan altas concentraciones de titanio.
El titanio está contenido en meteoritos, y se ha detectado en el Sol y en estrellas de tipo M (el tipo más frío) con una temperatura superficial de 3.200 ° C (5.790 ° F). Las rocas traídas de la Luna durante la misión Apolo 17 están compuestas por un 12,1% de TiO2. El titanio nativo (metálico puro) es muy raro.
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