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Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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Reines
Titan ist ein silberweiß glänzendes, gut dehn- und schmiedbares
Leichtmetall, das sich durch hervorragende mechanische Festigkeit auszeichnet.
Verunreinigtes, technisches Titan ist jedoch sehr spröde und hart,
so dass es sich kaum schmieden lässt. Oberhalb von 426°C nimmt
die Festigkeit des Metalls ab, daher ist es als Werkstoff in reiner Form
für höhere Temperaturen nicht geeignet. Es nimmt dann auch leicht
Sauerstoff, Stickstoff
und größere Mengen an Wasserstoff
auf, so dass Sprödigkeit und Härte auch mit dem Ansteigen der
Temperatur zunehmen. Die elektrische Leitfähigkeit
ist nicht besonders gut, sie beträgt im Vergleich zum Silber nur 3,77%,
die thermische Leitfähigkeit nur 5,11%.
Titan steht in der Spannungsreihe
noch über dem Zink und ist damit ein relativ
unedles Metall. Aufgrund der sich bildenden Oxidschicht ist es aber an
der Luft und gegenüber Wasser beständig. Mit kalten Säuren
reagiert es außer mit Flusssäure
nicht. In heißer Salzsäure setzt eine Wasserstoffentwicklung
ein und es wird langsam aufgelöst.
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Toxikologie |
| Titan ist in Dentallegierungen und in Knochenimplantaten enthalten. Einige Personen reagieren darauf mit allergischen Reaktionen. Das elementare Titan und das als Pigment verwendete Titandioxid haben aber wohl nur ein geringes toxisches Potential. Trotzdem sollte man die Stäube nicht freisetzen oder einatmen. |
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Vorkommen |
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| Das
Element Titan kommt in der Natur relativ häufig vor und steht zwischen
Wasserstoff und Chlor an 10. Stelle der Elementhäufigkeit.
Elementar kommt es jedoch in der Natur nie vor, sondern immer nur chemisch
gebunden. Das Titaneisenerz Ilmenit
ist das für die Technik bedeutendste, da aus ihm das Weißpigment
Titandioxid (TiO2) gewonnen wird.
Die wichtigsten Ilmenit-Lagerstätten in Europa kommen in Norwegen
(Ekersund-Soggendal), Finnland und im Ilmengebirge im südlichen Ural
vor. Weitere Lagerstätten finden sich in Kanada, USA und in Australien.
Zu den Titanmineralien gehören der Titanit (Ca-Ti-Silicat), der Perowskit (CaTiO3), der Rutil, der Anatas und der Brookit (alle drei TiO2). Große Rutil-Lagerstätten finden sich in Südafrika, Australien und in den USA, große Anatas-Lagerstätten in Brasilien.
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Geschichte |
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Titandioxid
wurde von dem Briten William Gregor (1761-1817) in Creed/Cornwall im Jahre
1791 und dem Deutschen Martin H. Klaproth (1743-1817) in Berlin im Jahre
1795 unabhängig voneinander entdeckt. Klaproth entdeckte das vermutete
Element bei Untersuchungen des Minerals Rutil und benannte es nach den
Titanen, den Ursöhnen der Erde, der griechischen Sagen. Das Metall
in unreiner Form stellt erstmals J.J.
Berzelius (1779-1848) im Jahre 1825 durch Reduktion aus Titandioxid
mit Natrium her. Erst 1910 gelang die Herstellung
von reinem Titan durch M.A. Hunter in den USA durch Reduktion von Titantetrachlorid
mit Natrium. Die industrielle Produktion wurde
ab 1938 durch das von W. Kroll entwickelte Verfahren ermöglicht, das
seit 1946 großtechnisch angewendet wird.
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Herstellung |
| Die
industrielle Herstellung erfolgt heute nach dem von W. Kroll entwickelten
Verfahren. Zunächst wird aus dem Titaneisenerz Ilmenit Titantetrachlorid
hergestellt (näheres siehe unter Titandioxid).
Das so entstandene Titantetrachlorid wird gereinigt und bei ca. 1000°C
in einer Heliumatmosphäre mit Magnesium
zum Metall reduziert:
TiCl4 + 2 Mg  Ti +
2 MgCl2
Es entsteht schwammiges Titan, aus dem restliches Magnesium und Magnesiumchlorid mit verdünnter Salzsäure herausgelöst und durch Vakuumdestillation entfernt wird. Statt Magnesium kann auch Natrium als Reduktionsmittel genommen werden: TiCl4 + 4 Na Ti +
4 NaCl
Nach dem Zonenschmelzverfahren von van Arkel und de Boer zersetzt man Titantetraiodid an dünnen, 1300°C heißen Wolframfäden. Da die Herstellung von Titan enorm kosten- und energieaufwendig ist, spielen heute Recyclingverfahren aus Titanschrott immer mehr eine bedeutende Rolle. |
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Verwendung |
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Titan
und seine Legierungen sind zur Herstellung von technischen Gegenständen,
bei denen es auf geringes Gewicht und hohe mechanische Belastbarkeit ankommt,
von großer Bedeutung. Daher finden sie im Flugzeugbau, in der Weltraumfahrt,
im Schiffs- und U-Bootbau, in der Reaktortechnik, im Anlagenbau und im
chemischen Apparatebau, zum Beispiel bei der Salpetersäureherstellung
vielfältige Anwendungen. In der Medizintechnik werden Schrauben, Prothesen
und künstliche Gelenke aus Titan und Titanlegierungen hergestellt.
Das Metall wird auch in Brillenfassungen, Uhren und Schmuck verwendet.
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| Copyright: Thomas Seilnacht |
Gefahr
