Titan

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Pulver
02 – Leicht-/Hochentzündlich
Gefahr
H- und P-Sätze H: Entzündet sich in Berührung mit Luft von selbst.
P:
  • Kontakt mit Luft nicht zulassen.
  • Unter inertem Gas handhaben.
  • Inhalt in / unter … aufbewahren. (Die vom Gesetzgeber offen gelassene Einfügung ist vom Inverkehrbringer zu ergänzen)
EU-Gefahrstoffkennzeichnung
Pulver
Leichtentzündlich Reizend
Leicht-
entzündlich
Reizend
(F) (Xi)
R- und S-Sätze R:
  • Selbstentzündlich an der Luft.
  • Reizt die Augen, Atmungsorgane und die Haut.
S: Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren. (Pulver)


Titan ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ti und der Ordnungszahl 22. Es gehört zu den Übergangsmetallen. Leicht, fest, dehnbar, weiß-metallisch glänzend und korrosionsbeständig ist es besonders für Anwendungen geeignet, bei denen es auf hohe Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und geringes Gewicht ankommt.

Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Titan, Ti, 22
Serie Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block 4, 4, d
Aussehen silbrig metallisch
Massenanteil an der Erdhülle 0,41 %
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur hexagonal (bis 882 °C,
darüber kubisch-raumzentriert)
Dichte 4,507 g/cm3
Mohshärte 6
Magnetismus paramagnetisch
Schmelzpunkt 1941 K (1668 °C)
Siedepunkt 3560 K (3287 °C)
Schallgeschwindigkeit 4140 m/s bei 293,15 K

Geschichte

Titan wurde 1791 in England von dem Geistlichen und Amateurchemiker William Gregor im Titaneisen entdeckt. Mehrere Jahre später entdeckte es der deutsche Chemiker Heinrich Klaproth im Rutilerz erneut. 1795 benannte er das neue Element Titan.

Reines Titanmetall (99,9 %) stellte 1910 erstmals Matthew A. Hunter her, indem er in einer Stahlbombe Titantetrachlorid mit Natrium auf 700 bis 800 °C erhitzte.

Erst die Einführung der großtechnisch durchgeführten Reduktion von Titantetrachlorid mit Magnesium (Kroll-Prozess durch William Justin Kroll 1946) erschloss das Titan für kommerzielle Anwendungen.

Vorkommen

Titan kommt in der Lithosphäre nur in Verbindungen mit Sauerstoff als Oxid vor. Es ist keineswegs selten, steht es doch an 10. Stelle der Elementhäufigkeit in der Erdkruste. Meist ist es aber nur in geringer Konzentration vorhanden. Die Hauptvorkommen liegen in Australien, Skandinavien, Nordamerika und Malaysia.

Meteoriten können Titan enthalten. In der Sonne und in Sternen der Spektralklasse M wurde ebenfalls Titan nachgewiesen. Gesteinsproben der Mondmission Apollo 17 enthielten bis zu 12,1 % TiO2. Auch in Kohlenaschen, Pflanzen und im menschlichen Körper ist es enthalten.

Gewinnung

Reines Titan kommt in der Erde kaum vor. Titan wird aus Ilmenit oder Rutil gewonnen. Der dabei verwendete Herstellungsprozess (s.u.) ist sehr aufwendig, was sich im hohen Preis für Titan niederschlägt.

Meist vom Ilmenit oder Rutil ausgehend, wird angereichertes Titandioxid mit Chlor zu Titantetrachlorid in der Hitze umgesetzt. Anschließend erfolgt eine Reduktion zum Titan durch flüssiges Magnesium (Kroll-Prozess). Zur Herstellung von bearbeitbaren Legierungen muss der erhaltene Titanschwamm im Vakuum-Lichtbogenofen umgeschmolzen werden.

Größter Produzent von Titan und Titanlegierungen ist die externer Link  VSMPO-AVISMA.

Eigenschaften

Titan bildet an Luft eine äußerst beständige oxidische Schutzschicht aus, die es in vielen Medien korrosionsbeständig macht. Bemerkenswert ist die hohe Festigkeit bei einer relativ geringen Dichte. Oberhalb einer Temperatur von 400 °C gehen die Festigkeitseigenschaften aber schnell zurück. Hochreines Titan ist duktil. Bei höheren Temperaturen versprödet es durch Aufnahme von Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff sehr schnell. Zu beachten ist auch die hohe Reaktivität von Titan mit vielen Medien bei erhöhten Temperaturen oder erhöhtem Druck, wenn die Passivschicht dem chemischen Angriff nicht gewachsen ist. Hier kann die Reaktionsgeschwindigkeit bis zur Explosion anwachsen. In reinem Sauerstoff bei 25 °C und 25 bar verbrennt Titan von einer frischen Schnittkante ausgehend vollständig zu Titandioxid. Bei Temperaturen oberhalb von 880 °C reagiert es mit Sauerstoff, bei Temperaturen ab 550 °C mit Chlor trotz Passivierungsschicht. Titan reagiert ("brennt") auch mit reinem Stickstoff, was bei Hitzeentwicklung wie zum Beispiel bei spanender Bearbeitung unbedingt beachtet werden muss.

In verdünnter Schwefelsäure, Salzsäure, chloridhaltigen Lösungen und den meisten organischen Säuren ist Titan beständig. Titan ist als Pulver feuergefährlich. Die meisten Titansalze gelten als harmlos. Unbeständige Verbindungen wie Titantrichlorid sind stark korrosiv, da sie mit Spuren von Wasser Salzsäure bilden.
Titantetrachlorid wird in Nebelkerzen und Nebelgranaten eingesetzt; es reagiert mit der Luftfeuchte und bildet einen weißen Rauch aus Titandioxid, außerdem Salzsäurenebel.

Im Körpergewebe neigt Titan zur Anreicherung. Eine biologische Rolle des Titans im menschlichen Körper ist zur Zeit nicht bekannt.

Die mechanischen Eigenschaften und das korrosive Verhalten lassen sich durch meist geringfügige Legierungszusätze von Aluminium, Vanadium, Mangan, Molybdän, Palladium, Kupfer, Zirconium und Zinn erheblich verbessern.

Während metallisches Titan wegen der hohen Herstellungskosten oft anspruchsvollen technischen Anwendungen vorbehalten bleibt, sind Titanverbindungen relativ preiswert. das ungiftige Farbpigment Titandioxid ist ein Begleiter des alltäglichen Lebens geworden. Praktisch alle heutigen weißen Kunststoffe und Farben, auch Lebensmittelfarben (Titanweiß in Lebensmitteln als E 171 zu finden), enthalten Titandioxid. Aber auch im Bereich der Elektro- und Werkstofftechnik und neuerdings auch in der Herstellung von Hochleistungs-Akkumulatoren für den Fahrzeug-Antrieb (Lithiumtitanat) werden Titanverbindungen eingesetzt.

Titan wird vor allem als Legierungsbestandteil für Stahl verwendet. Es verleiht Stahl eine hohe Zähigkeit, Festigkeit und Duktilität. Titanstähle haben auch ein gutes Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit. Titan selbst hat ebenfalls eine hohe Temperaturbeständigkeit, Festigkeit sowie eine geringe Dichte.

Anwendungsbeispiele

Verbindungen des Titans mit Bor, Kohlenstoffoder Stickstofffinden Verwendung als Hartstoffe. Auch zur Herstellung von Cermets, Verbundwerkstoffen aus Keramik und Metall, werden Titanverbindungen eingesetzt.

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Basierend auf einem Artikel in Wikipedia.de


 
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 30.05. 2020