Titán

Titanio (lat. titanium) è un elemento chimico nella Tavola periodica degli elementi, che ha il simbolo Ti e il numero atomico 22. È un metallo di transizione leggero, forte, lucido, di aspetto simile all'acciaio, resistente alla corrosione (anche nell'acqua di mare, negli acidi, rispettivamente in presenza di cloro). Nella natura, il titanio si trova solo in forma di composti, i minerali più comuni sono rutile e ilmenite.

Il titanio viene utilizzato come componente di leghe solide e leggere (con ferro, alluminio, vanadio, molibdeno e molti altri elementi), che hanno un largo impiego in molti settori industriali (nell'aerospazio, nell'esercito, nell'aviazione, nella meccanica, nell'industria chimica, nella medicina, ecc.). L'ossido di titanio viene utilizzato come pigmento bianco (sotto il nome di titanio bianco), così come come componente di dentifrici e come fotocatalizzatore.

Storia

Il titanio come elemento nuovo fu identificato per la prima volta da un geologo dilettante William Gregor (di professione pastore e in seguito vicario della parrocchia di Creed in Cornovaglia) nel 1791, che si accorse che la sabbia nera nei depositi alluvionali del vicino paese Manaccan era attratta da un magnete. Questa sabbia era un minerale chiamato ilmenite e analizzandola Gregor scoprì che era composta da due ossidi - ferro e un nuovo elemento, finora non identificato (ossido di titanio). Annunciò la sua scoperta alla Società Geologica Reale della Cornovaglia (Royal Geological Society of Cornwall) e la pubblicò anche in una rivista scientifica tedesca Creel's Annalen.

Approssimativamente nello stesso periodo, il mineralogista ungherese Franz-Joseph Müller von Reichenstein preparò lo stesso composto, ma non riuscì a identificarlo. L'ossido di titanio fu riscoperto nel 1795 dal chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth nel rutile dell'Ungheria (più precisamente da una località vicino a Revúca sull'attuale territorio della Slovacchia), che riuscì a dimostrare che era l'ossido di un elemento nuovo e diede a questo elemento il nome dagli giganti della mitologia greca Titanes. Quando venne a sapere della scoperta precedente di Gregor, confermò che anche nella sabbia nera di Manaccan si trovava lo stesso elemento.

Tuttavia, la produzione del titanio puro riuscì solo nel 1910 a Matthew Hunter, che preparò un metallo con una purezza del 99,9% riducendo il cloruro di titanio con il sodio alla temperatura di 700 a 800 °C. Il titanio, infatti, reagisce con il carbonio alla temperatura elevata, quindi i metodi tradizionali di riduzione con il coke fallivano. La riduzione con il sodio era però molto costosa e la quantità di titanio prodotta con questo processo era sufficiente solo per esperimenti di laboratorio. Solo nel 1932, il metallurgico lussemburghese William Kroll sostituì il sodio con il calcio e nove anni dopo con il magnesio e il titanio iniziò a essere prodotto industrialmente. Il processo Kroll è usato per la produzione del titanio anche oggi, nonostante esistano anche metodi più economici per la sua preparazione.

Proprietà chimiche
La proprietà più importante del titanio è la sua resistenza alla corrosione, così come l'insolubilità nella maggior parte delle soluzioni di acidi diluiti, anche se si dissolve negli acidi concentrati. Con il valore E° −0,42 V dovrebbe spostare l'idrogeno dall'acqua, ma questa reazione non avviene praticamente. Si forma però uno strato passivante di ossido di titanio in superficie, che impedisce la corrosione ulteriore.

Alla temperatura elevata nell'aria si forma uno strato passivante e protettivo di ossido sul titanio, che impedisce la corrosione, ma a temperatura ambiente resiste alla corrosione. Se riscaldato nell'aria a una temperatura di 610 °C o superiore, brucia producendo ossido di titanio; ed è uno dei pochi elementi che brucia anche nell'atmosfera pura di azoto (brucia a 800 °C). Il titanio resiste all'acido solforico diluito e all'acido cloridrico, così come al cloro gassoso e alla maggior parte degli acidi organici.

Gli esperimenti hanno mostrato che il titanio naturale diventa radioattivo quando viene sparato con deutoni, emettendo soprattutto positroni e radiazione gamma dura. Riscaldato al rosso si combina con l'ossigeno e a 550 °C si combina anche con il cloro. Reagisce anche con altri alogeni e assorbe idrogeno.

Applicazione
L'applicazione pratica del titanio elementare deriva principalmente dalla sua straordinaria resistenza chimica e dalla sua bassa densità. Si deve tener presente che la produzione del titanio è oggi relativamente costosa e l'impiego operativo dei componenti in titanio è sensato solo nei casi in cui non è possibile utilizzare un'alternativa più economica basata su leghe di alluminio e magnesio – duralumin.

Dal momento iniziale della produzione industriale del titanio metallico, il suo utilizzo si è concentrato sulle tecnologie spaziali e sulle applicazioni speciali dell'industria aeronautica. Il titanio e le sue leghe sono quindi un materiale base per la produzione di scheletri o schermi protettivi esterni degli oggetti spaziali (satelliti, sonde spaziali e stazioni spaziali). Nell'industria aeronautica, vengono utilizzati per la produzione di componenti significativamente sollecitati degli aerei, in particolare per la costruzione di aerei da combattimento e oggi anche per la costruzione di aerei commerciali.

Nell'industria chimica, il titanio è sempre più un materiale popolare per la produzione o per il rivestimento semplice di reattori chimici che operano in condizioni estreme e richiedono una grande resistenza alla corrosione.

Il titanio è sempre più utilizzato in dispositivi che lavorano a lungo a contatto con l'acqua di mare. Possono essere componenti delle navi o delle submersibili (chiodi per navi), così come componenti industriali per la desalinizzazione (desalinizzazione) dell'acqua di mare.

Nella vita quotidiana possiamo incontrare il titanio, ad esempio, come materiale per la produzione di orologi di lusso o componenti di gioielli.