Titanio
Nombre, símbolo, número
Titanio, Ti, 22
Serie química
Metales de transición
Grupo, período, bloque
4, 4, d
Densidad
4507 kg/m3
Dureza Mohs
6
Descubridor
William Gregor en 1791
El titanio es un elemento químico de símbolo Ti y número atómico 22. Se trata de un metal de transición de color gris plata. Comparado con el acero, metal con el que compite en aplicaciones técnicas, es mucho más ligero (4,5/7,8). Tiene alta resistencia a la corrosión y gran resistencia mecánica, pero es mucho más costoso que aquel, lo cual limita su uso industrial.
Es un metal abundante en la naturaleza; se considera que es el cuarto metal estructural más abundante en la superficie terrestre y el noveno en la gama de metales industriales. No se encuentra en estado puro sino en forma de óxidos, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en las cenizas de animales y plantas. Su utilización se ha generalizado con el desarrollo de la tecnología aeroespacial, donde es capaz de soportar las condiciones extremas de frío y calor que se dan en el espacio y en la industria química, por ser resistente al ataque de muchos ácidos; asimismo, este metal tiene propiedades biocompatibles, dado que los tejidos del organismo toleran su presencia, por lo que es factible la fabricación de muchas prótesis e implantes de este metal.
El titanio fue declarado material estratégico por parte de Estados Unidos durante muchos años. Puede formar aleaciones con otros elementos, tales como hierro, aluminio, vanadio, molibdeno y otros, para producir componentes muy resistentes que son utilizados por las industrias aeroespacial, aeronáutica, militar, petroquímica, agroindustrial, automovilística y médica.
Historia
El titanio (que recibe el nombre de los Titanes, hijos de Urano y Gea de la mitología griega) fue descubierto en 1791 por William Gregor, al analizar un material que había encontrado. En 1795, el químico Martín Kalprotz, descubridor del uranio, le dio el nombre de titanio.
Este elemento es muy habitual en la naturaleza. Las rocas ígneas, los materiales formados por descomposición de rocas ígneas, muchos minerales, principalmente los que tienen hierro y todos los organismos vegetales y animales, contienen titanio.
El titanio se extrae en primer lugar del rutilo (óxido de titanio), abundante en las arenas costeras. Para ello, el titanio debe someterse antes a un proceso de refinado, para prevenir su reacción con sustancias tales como el nitrógeno, el oxígeno y el hidrógeno.
Matthew A. Hunter fue el primero que obtuvo titanio (con una pureza del 99.9%) calentando tetracloruro de titanio (TiCl4) con sodio a 700-800 °C.
El titanio como metal no se empleó hasta 1946 en que William Justin Kroll desarrolló un método para poder producirlo industrialmente, reducciendo el TiCl4 con magnesio. Este método, llamado Método de Kroll, se sigue utilizando actualmente. En este proceso el metal se debe mantener en una atmósfera de gas inerte, como argón o helio, para impedir la reacción con otros elementos.1
En la década de 1950 y 1960 la Unión Soviética lo empleó en usos militares. En los EE. UU., el Departamento de Defensa (DOD) entendiendo la importancia estratégica del metal apoyó. Durante la guerra fría, el gobierno estadounidense lo consideró un material estratégico, y las reservas de esponja de titanio fueron mantenidas por el Centro de Reservas Nacional de Defensa, que desapareció en 2005. Hoy el mayor productor mundial es el consorcio ruso VSMPO-AVISMA, que supone el 29% de la producción mundial.
En 2006, la Agencia de Defensa estadounidense subvencionó con 5,7 millones de dólares a dos empresas para desarrollar un nuevo proceso de fabricación de polvo de titanio. Pues con calor y presión, el polvo de titanio de peso ligero sirve para revestir y fortalecer superficies como armaduras o componentes del sector aeroespacial, el transporte o industrias de tratamiento químico.
Isótopos
Electrones del titanio.
Se encuentran 5 isótopos estables en la naturaleza: 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti y 50Ti, siendo el 48Ti el más abundante (73,8%). Se han caracterizado 11 radioisótopos, siendo los más estables el 44Ti, con un periodo de semidesintegración de 60 años, 45Ti (184,8 minutos), 51Ti (5,76 minutos) y el 52Ti (1,7 minutos). Para el resto, sus periodos de semidesintegración son de menos de 33 segundos, y la mayoría de menos de medio segundo.
El peso atómico de los isótopos va desde 39,99 uma (40Ti) hasta 57,966 uma (58Ti). El primer modo de decaimiento antes del isótopo más estable, el 48Ti, es la captura electrónica, mientras que después de éste es la desintegración beta. Los isótopos del elemento 21 (escandio) son los principales productos de decaimiento antes del 48Ti, mientras que después son los isótopos del elemento 23 (vanadio).
Características del titanio
Características físicas
Entre las características físicas del titanio se tienen las siguientes:
Es un metal de transición.
Su densidad o peso específico es de 4507 kg/m3.
Tiene un punto de fusión de 1675 °C (1941 K).
Su masa atómica es de 47,867 u.
Es de color plateado grisáceo.
Es paramagnético, es decir, no se imanta debido a su estructura electrónica.
Forma aleaciones con otros elementos para mejorar las prestaciones mecánicas.
Es resistente a la corrosión.
Refractario.
Poca conductividad térmica y eléctrica: No es buen conductor del calor ni de la electricidad.
Características mecánicas
Entre las características mecánicas del titanio se tienen las siguientes:
Mecanizado por arranque de viruta similar al acero inoxidable.
Permite fresado químico.
Maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
Dúctil, permite la fabricación de alambre delgado.
Duro. Escala de Mohs 6.
Muy resistente a la tracción.
Gran tenacidad.
Permite la fabricación de piezas por fundición y moldeo.
Material soldable.
Permite varias clases de tratamientos tanto termoquímicos como superficiales.
Mantiene una alta memoria de su forma
Características químicas
Se encuentra en forma de óxido, en la escoria de ciertos minerales y en cenizas de animales y plantas.
Presenta dimorfismo, a temperatura ambiente tiene estructura hexagonal compacta (hcp) llamada fase alfa. Por encima de 882 °C presenta estructura cúbica centrada en el cuerpo (bcc) se conoce como fase beta.
La resistencia a la corrosión que presenta es debida al fenómeno de pasivación que sufre (se forma un óxido que lo recubre). Es resistente a temperatura ambiente al ácido sulfúrico (H2SO4) diluido y al ácido clorhídrico (HCl) diluido, así como a otros ácidos orgánicos, también es resistente a las bases, incluso en caliente. Sin embargo se puede disolver en ácidos en caliente. Asimismo, se disuelve bien en ácido fluorhídrico (HF), o con fluoruros en ácidos. A temperaturas elevadas puede reaccionar fácilmente con el nitrógeno, el oxígeno, el hidrógeno , el boro y otros no metales.
Sus iones no tienen existencia a pH básicos.
Efectos del Titanio sobre la salud
El titanio elemental y el dióxido de titanio tienen un nivel bajo de toxicidad. Animales de laboratorio (ratas) expuestos a dióxido de titanio por inhalación han desarrollado pequeñas áreas localizadas de polvo oscuro depositado en los pulmones. Una exposición excesiva en los humanos puede resultar en ligeros cambios en los pulmones.
Efectos de la sobre-exposición al polvo de titanio: La inhalación del polvo puede causar tirantez y dolor en el pecho, tos, y dificultad para respirar. El contacto con la piel y los ojos puede provocar irrritación. Vías de entrada: Inhalación, contacto con la piel, contacto con los ojos.
Carcinogenicidad: La agencia internacional para la investigación del cáncer (IARC) ha incluído el dióxido de titanio en el grupo 3 (el agente no es clasificable con respecto a su carcinogenicidad en humanos).
Efectos ambientales del Titanio
Baja toxicidad.
No se han documentado efectos ambientales negativos del titanio.
Nombre, símbolo, número
Titanio, Ti, 22
Serie química
Metales de transición
Grupo, período, bloque
4, 4, d
Densidad
4507 kg/m3
Dureza Mohs
6
Descubridor
William Gregor en 1791
El titanio es un elemento químico de símbolo Ti y número atómico 22. Se trata de un metal de transición de color gris plata. Comparado con el acero, metal con el que compite en aplicaciones técnicas, es mucho más ligero (4,5/7,8). Tiene alta resistencia a la corrosión y gran resistencia mecánica, pero es mucho más costoso que aquel, lo cual limita su uso industrial.
Es un metal abundante en la naturaleza; se considera que es el cuarto metal estructural más abundante en la superficie terrestre y el noveno en la gama de metales industriales. No se encuentra en estado puro sino en forma de óxidos, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en las cenizas de animales y plantas. Su utilización se ha generalizado con el desarrollo de la tecnología aeroespacial, donde es capaz de soportar las condiciones extremas de frío y calor que se dan en el espacio y en la industria química, por ser resistente al ataque de muchos ácidos; asimismo, este metal tiene propiedades biocompatibles, dado que los tejidos del organismo toleran su presencia, por lo que es factible la fabricación de muchas prótesis e implantes de este metal.
El titanio fue declarado material estratégico por parte de Estados Unidos durante muchos años. Puede formar aleaciones con otros elementos, tales como hierro, aluminio, vanadio, molibdeno y otros, para producir componentes muy resistentes que son utilizados por las industrias aeroespacial, aeronáutica, militar, petroquímica, agroindustrial, automovilística y médica.
Historia
El titanio (que recibe el nombre de los Titanes, hijos de Urano y Gea de la mitología griega) fue descubierto en 1791 por William Gregor, al analizar un material que había encontrado. En 1795, el químico Martín Kalprotz, descubridor del uranio, le dio el nombre de titanio.
Este elemento es muy habitual en la naturaleza. Las rocas ígneas, los materiales formados por descomposición de rocas ígneas, muchos minerales, principalmente los que tienen hierro y todos los organismos vegetales y animales, contienen titanio.
El titanio se extrae en primer lugar del rutilo (óxido de titanio), abundante en las arenas costeras. Para ello, el titanio debe someterse antes a un proceso de refinado, para prevenir su reacción con sustancias tales como el nitrógeno, el oxígeno y el hidrógeno.
Matthew A. Hunter fue el primero que obtuvo titanio (con una pureza del 99.9%) calentando tetracloruro de titanio (TiCl4) con sodio a 700-800 °C.
El titanio como metal no se empleó hasta 1946 en que William Justin Kroll desarrolló un método para poder producirlo industrialmente, reducciendo el TiCl4 con magnesio. Este método, llamado Método de Kroll, se sigue utilizando actualmente. En este proceso el metal se debe mantener en una atmósfera de gas inerte, como argón o helio, para impedir la reacción con otros elementos.1
En la década de 1950 y 1960 la Unión Soviética lo empleó en usos militares. En los EE. UU., el Departamento de Defensa (DOD) entendiendo la importancia estratégica del metal apoyó. Durante la guerra fría, el gobierno estadounidense lo consideró un material estratégico, y las reservas de esponja de titanio fueron mantenidas por el Centro de Reservas Nacional de Defensa, que desapareció en 2005. Hoy el mayor productor mundial es el consorcio ruso VSMPO-AVISMA, que supone el 29% de la producción mundial.
En 2006, la Agencia de Defensa estadounidense subvencionó con 5,7 millones de dólares a dos empresas para desarrollar un nuevo proceso de fabricación de polvo de titanio. Pues con calor y presión, el polvo de titanio de peso ligero sirve para revestir y fortalecer superficies como armaduras o componentes del sector aeroespacial, el transporte o industrias de tratamiento químico.
Isótopos
Electrones del titanio.
Se encuentran 5 isótopos estables en la naturaleza: 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti y 50Ti, siendo el 48Ti el más abundante (73,8%). Se han caracterizado 11 radioisótopos, siendo los más estables el 44Ti, con un periodo de semidesintegración de 60 años, 45Ti (184,8 minutos), 51Ti (5,76 minutos) y el 52Ti (1,7 minutos). Para el resto, sus periodos de semidesintegración son de menos de 33 segundos, y la mayoría de menos de medio segundo.
El peso atómico de los isótopos va desde 39,99 uma (40Ti) hasta 57,966 uma (58Ti). El primer modo de decaimiento antes del isótopo más estable, el 48Ti, es la captura electrónica, mientras que después de éste es la desintegración beta. Los isótopos del elemento 21 (escandio) son los principales productos de decaimiento antes del 48Ti, mientras que después son los isótopos del elemento 23 (vanadio).
Características del titanio
Características físicas
Entre las características físicas del titanio se tienen las siguientes:
Es un metal de transición.
Su densidad o peso específico es de 4507 kg/m3.
Tiene un punto de fusión de 1675 °C (1941 K).
Su masa atómica es de 47,867 u.
Es de color plateado grisáceo.
Es paramagnético, es decir, no se imanta debido a su estructura electrónica.
Forma aleaciones con otros elementos para mejorar las prestaciones mecánicas.
Es resistente a la corrosión.
Refractario.
Poca conductividad térmica y eléctrica: No es buen conductor del calor ni de la electricidad.
Características mecánicas
Entre las características mecánicas del titanio se tienen las siguientes:
Mecanizado por arranque de viruta similar al acero inoxidable.
Permite fresado químico.
Maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
Dúctil, permite la fabricación de alambre delgado.
Duro. Escala de Mohs 6.
Muy resistente a la tracción.
Gran tenacidad.
Permite la fabricación de piezas por fundición y moldeo.
Material soldable.
Permite varias clases de tratamientos tanto termoquímicos como superficiales.
Mantiene una alta memoria de su forma
Características químicas
Se encuentra en forma de óxido, en la escoria de ciertos minerales y en cenizas de animales y plantas.
Presenta dimorfismo, a temperatura ambiente tiene estructura hexagonal compacta (hcp) llamada fase alfa. Por encima de 882 °C presenta estructura cúbica centrada en el cuerpo (bcc) se conoce como fase beta.
La resistencia a la corrosión que presenta es debida al fenómeno de pasivación que sufre (se forma un óxido que lo recubre). Es resistente a temperatura ambiente al ácido sulfúrico (H2SO4) diluido y al ácido clorhídrico (HCl) diluido, así como a otros ácidos orgánicos, también es resistente a las bases, incluso en caliente. Sin embargo se puede disolver en ácidos en caliente. Asimismo, se disuelve bien en ácido fluorhídrico (HF), o con fluoruros en ácidos. A temperaturas elevadas puede reaccionar fácilmente con el nitrógeno, el oxígeno, el hidrógeno , el boro y otros no metales.
Sus iones no tienen existencia a pH básicos.
Efectos del Titanio sobre la salud
El titanio elemental y el dióxido de titanio tienen un nivel bajo de toxicidad. Animales de laboratorio (ratas) expuestos a dióxido de titanio por inhalación han desarrollado pequeñas áreas localizadas de polvo oscuro depositado en los pulmones. Una exposición excesiva en los humanos puede resultar en ligeros cambios en los pulmones.
Efectos de la sobre-exposición al polvo de titanio: La inhalación del polvo puede causar tirantez y dolor en el pecho, tos, y dificultad para respirar. El contacto con la piel y los ojos puede provocar irrritación. Vías de entrada: Inhalación, contacto con la piel, contacto con los ojos.
Carcinogenicidad: La agencia internacional para la investigación del cáncer (IARC) ha incluído el dióxido de titanio en el grupo 3 (el agente no es clasificable con respecto a su carcinogenicidad en humanos).
Efectos ambientales del Titanio
Baja toxicidad.
No se han documentado efectos ambientales negativos del titanio.