Titan

Titan (lat. titanium) je chemický prvek v Periodické tabulce prvků, který má značku Ti a protonové číslo 22. Je to lehký, pevný, lesklý přechodný kov ocelového vzhledu, odolný vůči korozi (iv mořské vodě, v kyselinách, resp. v přítomnosti chloru). V přírodě se titan vyskytuje jen v podobě sloučenin, nejrozšířenějšími minerály jsou rutil a ilmenit.

Titan se používá jako složka pevných a lehkých slitin (se železem, hliníkem, vanadem, molybdenem a mnoha dalšími prvky), které mají široké uplatnění v mnoha odvětvích průmyslu (v kosmonautice, vojenství, letectví, strojírenství, chemickém průmyslu, v medicíně atd.) . Oxid titaničitý se používá jako bílý pigment (pod názvem titanová běloba), také jako složka zubních past a jako fotokatalyzátor.

Historie

Titan jako nový prvek poprvé identifikoval amatérský geolog William Gregor (povoláním pastor a později vikář farnosti Creed v Cornwallu) v roce 1791, který si všiml, že černý písek z náplavů v sousední obci Manaccan je přitahován magnetem. Tento písek byl minerál ilmenit a jeho analýzou Gregor zjistil, že je tvořen dvěma oxidy – železa a nového, dosud neidentifikovaného prvku (oxid titaničitý). Svůj objev oznámil Královské geologické společnosti Cornwallu (Royal Geological Society of Cornwall) a také jej publikoval iv německém vědeckém časopise Creel's Annalen.

Přibližně ve stejnou dobu uherský mineralog Franz-Joseph Müller von Reichenstein připravil stejnou sloučeninu, ale nedokázal ji identifikovat. Oxid titaničitý znovuobjevil v roce 1795 německý chemik Martin Heinrich Klaproth v rutilu z Uherska (přesněji z lokality u Revúce na území dnešního Slovenska), který i dokázal, že je to oxid nového prvku a tento prvek pojmenoval po obrech z řecké mytologie Titan. Když se dozvěděl o dřívějším objevu Gregora, potvrdil, že v černých píscích z Manaccanu se také nachází stejný prvek.

Samotná výroba čistého titanu se však podařila až v roce 1910 Matthewu Hunterovi, který připravil kov o čistotě 99,9% redukcí chloridu titaničitého sodíkem při teplotě 700 až 800 °C. Titan totiž za zvýšené teploty reaguje s uhlíkem, tak klasické způsoby redukce rud koksem selhávaly. Redukce sodíkem však byla velmi nákladná a množství tímto procesem vyprodukovaného titanu stačilo akorát na laboratorní pokusy. Teprve v roce 1932 lucemburský metalurg William Kroll nahradil sodík vápníkem a za devět let hořčíkem a titan se začal produkovat průmyslově. Krollův proces se používá k výrobě titanu i v současnosti, přestože existují i levnější způsoby přípravy

Chemické vlastnosti
Nejdůležitější vlastností titanu je jeho odolnost vůči korozi, jakož i nerozpustnost ve většině roztoků zředěných kyselin, ačkoli v koncentrovaných kyselinách se rozpouští. S hodnotou E° −0,42 V by měl vytlačovat vodík z vody, ale tato reakce prakticky neprobíhá. Na povrchu se totiž vytváří pasivační vrstva oxidu titaničitého, která zabraňuje další korozi.

Při zvýšené teplotě na vzduchu se na titanu vytváří pasivační a ochranná oxidová vrstva zabraňující korozi, ale při pokojové teplotě odolává korozi. Pokud se ve vzduchu zahřeje na teplotu 610 °C nebo vyšší, hoří za vzniku oxidu titaničitého; a je jedním z mála prvků, které hoří i v čisté dusíkové atmosféře (hoří při 800 °C). Titan odolává zředěné kyselině sírové i kyselině chlorovodíkové, jakož i plynnému chloru a většině organických kyselin.

Pokusy ukázaly, že přírodní titan se mění na radioaktivní, když je ostřelován deuterony, přičemž vyzařuje zejména pozitrony a tvrdé gama záření. Rozžhavený do červena se slučuje s kyslíkem a při teplotě 550 °C se slučuje is chlórem. Reaguje is jinými halogeny a absorbuje vodík.

Použití
Praktické využití elementárního titanu vyplývá především z jeho mimořádné chemické odolnosti a malé hustoty. Je třeba vzít v úvahu, že výroba titanu je v současnosti relativně finančně náročná a provozní nasazení titanových komponentů je účelné jen v případech, kdy nelze použít levnější alternativu na bázi slitin hliníku a hořčíku – duralů.

Od počátku průmyslové výroby kovového titanu spočívalo těžiště jeho využití v kosmických technologiích a speciálních aplikacích leteckého průmyslu. Titan a jeho slitiny jsou proto základním materiálem při výrobě skeletů nebo povrchových ochranných štítů kosmických objektů (družic, vesmírných sond a vesmírných stanic). V leteckém průmyslu nacházejí využití při výrobě významně namáhaných součástí letadel, tedy především při konstrukci vojenských stíhacích letadel a dnes i při konstrukci komerčních dopravních letadel.

V chemickém průmyslu je titan stále populárnějším materiálem pro výrobu nebo snadné vystlaní chemických reaktorů, které pracují v extrémních podmínkách a vyžadují vysokou odolnost vůči korozi.

Titan je stále častěji používán v zařízeních, která dlouhodobě pracují ve styku s mořskou vodou. Mohou to být součásti lodí nebo ponorek (lodní šrouby), ale i komponenty průmyslových celků, sloužících k odsolování (desalinaci) mořské vody.

V běžném každodenním životě se s titanem můžeme setkat například. jako s materiálem pro výrobu luxusních náramkových hodinek nebo částí šperků.