Titán

Titanium (lat. titanium) är ett grundämne i Periodiska systemet, som har beteckningen Ti och atomnummer 22. Det är ett lätt, hållbart, glänsande övergångsmetall med stålaktig yta, motståndskraftig mot korrosion (även i salt vatten, i syror, respektive i närvaro av klor). I naturen förekommer titan endast i form av föreningar, de vanligaste mineralen är rutil och ilmenit.

Titan används som komponent i fasta och lättviktiga legeringar (med järn, aluminium, vanadin, molypden och många andra ämnen), som har ett brett användningsområde inom många industriområden (i rymdforskning, försvar, flygindustrin, maskinbyggnad, kemisk industri, medicin m.fl.). Titanoxid används som vitt pigment (under namnet titanvitt), samt som komponent i tandkräm och som fotokatalysator.

Historia

Titanium som ett nytt grundämne identifierades för första gången av den amatörgelägaren William Gregor (yrkesmässigt präst och senare vicar i Creed i Cornwall) år 1791, som märkte att den svarta sanden från flodbäcken i grannbyn Manaccan blev tilltråckt av en magnet. Denna sand var mineralen ilmenit och genom analysen upptäckte Gregor att den bestod av två oxidkomponenter - järn och ett nytt, tidigare okänt grundämne (titanoxid). Han meddelade sin upptäckt till Royal Geological Society of Cornwall och publicerade den även i den tyska vetenskapliga tidskriften Creel's Annalen.

Kring samma tid förberedde den ungerske mineralogen Franz-Joseph Müller von Reichenstein samma förening, men kunde inte identifiera den. Titanoxid upptäcktes igen år 1795 av den tyske kemisten Martin Heinrich Klaproth i rutil från Ungern (mer exakt från lokaliteten vid Revúca på dagens Slovakiens område), som bevisade att det var en oxid av ett nytt grundämne och namngav detta grundämne efter titanerna från den grekiska mytologin. När han fick veta om Gregors tidigare upptäckt bekräftade han att samma grundämne fanns i svarta sandarna från Manaccan.

Produktionen av rent titanium lyckades dock först år 1910 hos Matthew Hunter, som förberedde metallen med 99,9% renhet genom reduktion av titanoxid med natrium vid temperaturer mellan 700 och 800 °C. Titanium reagerar vid högre temperaturer med kol, så de klassiska metoder för reduktion med koksk misslyckades. Reduktion med natrium var dock mycket kostsam och mängden titanium som producerades med denna metod räckte endast till laboratorieförsök. År 1932 ersatte den luxemburgske metallurgen William Kroll natrium med kalcium och nio år senare med magnesium, och titanium började produceras industriellt. Krolls process används fortfarande för produktion av titanium, trots att det finns billigare metoder för förberedning

Kemiska egenskaper
Den viktigaste egenskapen hos titanium är dess motståndskraft mot korrosion, samt olöslighet i de flesta lösningar av utspädda syror, även om den löser sig i koncentrerade syror. Med värdet E° −0,42 V borde den uttrycka vätgas från vatten, men denna reaktion sker praktiskt taget inte. På ytan bildas nämligen en passiverande lager av titanoxid, som förhindrar vidare korrosion.

Vid förhöjda temperaturer i luften bildas en passiverande och skyddande oxidlager på titanium, som förhindrar korrosion, men vid rumstemperatur motståndskraftig mot korrosion. Om det upphettas till 610 °C eller högre i luften, brinner det och bildar titanoxid; och det är en av de få grundämnen som brinner även i ren kväveatmosfär (brinner vid 800 °C). Titanium motståndskraftig mot utspädd svavelsyra och klorvätesyra, samt mot gasformigt klor och de flesta organiska syror.

Försök visade att naturligt titanium blir radioaktivt när det utsätts för deuteroner, och ger ut huvudsakligen positroner och hård gammastrålning. När det upphettas till rödglödning förenas det med syre och vid 550 °C förenas det även med klor. Det reagerar också med andra halogener och absorberar väte.

Användning
Praktisk användning av elementärt titanium beror främst på dess ovanliga kemiska motståndskraft och låg densitet. Det bör noteras att produktionen av titanium är relativt kostsam idag och att användning av titankomponenter är meningsfull endast i fall, när det inte är möjligt att använda billigare alternativ baserade på aluminium- och magnesiumlegeringar – duraler.

Från början av industriell produktion av metalliskt titanium låg fokus på dess användning inom rymdteknologi och specialapplikationer inom flygindustrin. Titanium och dess legeringar är därför grundmaterial vid tillverkning av skelett eller ytskyddsskärmar för rymdfarkoster (satelliter, rymdsonder och rymdstationer). Inom flygindustrin används de vid tillverkning av viktigt belastade delar i flygplan, dvs. främst vid konstruktion av militära jaktplan och idag även vid konstruktion av kommersiella transportflygplan.

Inom kemisk industri är titanium allt populärare material vid tillverkning eller enkel linning av kemiska reaktorer, som arbetar i extrema förhållanden och kräver hög motståndskraft mot korrosion.

Titanium används allt oftare i utrustning som arbetar länge i kontakt med salt vatten. Det kan vara komponenter i fartyg eller ubåtar (fartygsskruvar), samt komponenter i industriella system som används för avsaling (desalinering) av salt vatten.

I vardagen kan man möta titanium som material vid tillverkning av lyxiga armbandsur eller delar av smycken.