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O Titânio é um elemento químico de
símbolo Ti, número atômico 22 (22 prótons e 22 elétrons)
com massa atômica 47,90 u. Trata-se de um metal de
transição leve, forte, cor branca metálica, lustroso e
resistente à corrosão, sólido na temperatura ambiente. O
titânio é muito utilizado em ligas leves e em pigmentos
brancos.
É um elemento que ocorre em vários minerais, sendo as
principais fontes o rutilo e a Ilmenita. Apresenta
inúmeras aplicações como metal de ligas leves na
indústria aeronáutica, aeroespacial e outras.
Este metal foi descoberto na Inglaterra por William
Justin Gregor em 1791, a partir do mineral conhecido
como ilmenita.
Características principais
Titânio (concentrado mineral)
Titânio fabricado em conformidade com o processo Van
Arkel-de Boer
O Titânio é um elemento metálico muito conhecido por sua
excelente resistência à corrosão (quase tão resistente
quanto a platina) e por sua grande resistência mecânica.
Possui baixa condutividade térmica e elétrica. É um
metal leve, forte e de fácil fabricação com baixa
densidade (40% da densidade do aço). Quando puro é bem
dúctil e fácil de trabalhar. O ponto de fusão
relativamente alto faz com que seja útil como um metal
refratário. Ele é tão forte quanto o aço, mas 45% mais
leve. É 60% mais pesado que o alumínio, porém duas vezes
mais forte. Tais características fazem com que o titânio
seja muito resistente contra os tipos usuais de fadiga.
Esse metal forma uma camada passiva de óxido quando
exposto ao ar, mas quando está em um ambiente livre de
oxigênio ele é dúctil. Ele queima quando aquecido e é
capaz de queimar imerso em nitrogênio gasoso. É
resistente à dissolução nos ácidos sulfúrico e
clorídrico, assim como à maioria dos ácidos orgânicos.
Experimentos têm mostrado que titânio natural se torna
notavelmente radioativo após ser bombardeado por
deutério, emitindo principalmente posítrons e raios
gama. O metal é dimórfico com a forma hexagonal alfa
mudando para um cúbico beta muito lentamente por volta
dos 800 °C. Quando incandescente ele se combina com
oxigênio, e ao alcançar 550 °C é capaz de combinar com o
cloro.
Quanto à fabricação do titânio metálico, existem
atualmente seis tipos de processos disponíveis: "Kroll",
"Hunter”, redução eletrolítica, redução gasosa, redução
com plasma e redução metalotérmica. Dentre estes,
destaca-se o processo Kroll, que é o responsável, até
hoje, pela maioria do titânio metálico produzido no
mundo ocidental.
Na forma de metal e suas ligas, cerca de 60% do titânio
são utilizados nas indústrias aeronáuticas e
aeroespaciais, sendo aplicados na fabricação de peças
para motores e turbinas, fuselagem de aviões e foguetes.
Aplicações
Relógio de pulso com tampa de titânioNa engenharia
Indústria química, devido à sua resistência à corrosão e
ao ataque químico;
Indústria naval: o titânio metálico é empregado em
equipamentos submarinos e de dessalinização de água do
mar;
Indústria aeronáutica: é usado na fabricação das pás da
turbina dos turbofans, turbojatos e turbohélice;
Indústria nuclear: é empregado na fabricação de
recuperadores de calor em usinas de energia nuclear;
Indústria bélica: o titânio metálico é sempre empregado
na fabricação de mísseis e peças de artilharia;
Na metalurgia, o titânio metálico, ligado com cobre,
alumínio, vanádio, níquel e outros, proporciona
qualidades superiores aos produtos. Outra aplicação, que
se dá somente com o rutilo, é no revestimento de
eletrodos de soldar.
Outras Aplicações
Aproximadamente 95% de todo o titânio é consumido na
forma de dióxido de titânio (TiO2), um pigmento
permanente intensamente branco. Tintas feitas com
dióxido de titânio são excelentes refletores de radiação
infravermelha sendo assim muito utilizadas por
astrônomos;
Aplicações em produtos para consumo como bicicletas,
óculos e computadores estão se tornando bem comuns. As
ligas mais comuns são com alumínio, ferro, manganês,
molibdênio e outros metais;
Tetracloreto de titânio (TiCl4), um líquido incolor, é
usado para iridizar vidro;
Dióxido de titânio também é usado em protetores solares
devido à sua capacidade de proteger a pele;
Por ser considerado fisiologicamente inerte, o metal é
utilizado em implantes.
História
O titânio (chamado assim pelos Titãs, filhos de Urano e
Gaia da mitologia grega) foi descoberto na Inglaterra
por William Justin Gregor em 1791, a partir do mineral
conhecido como ilmenita (FeTiO3). Este elemento foi
novamente descoberto mais tarde pelo químico alemão
Heinrich Klaproth, desta vez no mineral rutilo (TiO2),
que o denominou de titânio em 1795.
Matthew A. Hunter preparou pela primeira vez o titânio
metálico puro (com uma pureza de 99,9%) aquecendo
tetracloreto de titânio (TiCl4) com sódio a 700-800 °C
num reator de aço.
O titânio como metal não foi utilizado fora do
laboratório até 1946, quando William J. Kroll
desenvolveu um método para produzi-lo comercialmente. O
processo Kroll consiste na redução do TiCl4 com
magnésio, método que continua sendo utilizado
atualmente.
Abundância e obtenção
O titânio como metal não é encontrado livre na natureza,
porém é o nono em abundância na crosta terrestre e está
presente na maioria das rochas ígneas e sedimentos
derivados destas rochas. É encontrado principalmente nos
minerais anatasa (TiO2), brookita (TiO2), ilmenita
(FeTiO3), leucoxeno, perovskita (CaTiO3), rutilo (TiO2)
e titanita (CaTiSiO5); também como titanato em minas de
ferro. Destes minerais, somente a ilmenita, o leucoxeno
e o rutilo apresentam importância econômica. São
encontrados depósitos importantes na Austrália, na
Escandinávia, Estados Unidos e Malásia.
O titânio metálico é produzido comercialmente a partir
da redução do tetracloreto de titânio (TiCl4) com
magnésio a 800 °C em atmosfera de argônio. Em presença
do ar reagiria com o nitrogênio e oxigênio. Este
processo, desenvolvido por William Justin Kroll em 1946,
é conhecido como "processo Kroll". Deste modo é obtido
um produto poroso conhecido como esponja de titânio que,
posteriormente, é purificado para a obtenção do produto
comercial.
Com o objetivo de atenuar o grande consumo energético do
processo Kroll (1,7 vezes maior que o necessário para o
alumínio) encontram-se em desenvolvimento procedimentos
de eletrólise com sais fundidos, ainda sem aplicação
comercial.
Para a obtenção de titânio com pureza maior, em pequenas
quantidades (escala de laboratório), pode-se empregar o
método de van Arkel-de Boer. Este método baseia-se na
reação do titânio com iodo a uma determinada temperatura
para a obtenção do tetraiodeto de titânio (TiI4) que,
posteriormente, é decomposto numa determinada
temperatura para devolver o metal com pureza maior.
Isós
São encontrados 5 isós estáveis na natureza: Ti-46,
Ti-47, Ti-48, Ti-49 e Ti-50, sendo o Ti-48 o mais
abundante (73,8%). Têm-se caracterizados 11
radioisós, sendo os mais estáveis o Ti-44, com uma
meia-vida de 5,76 minutos e o Ti-52, de 1,7 minutos.
Para os demais, suas meia-vidas são de menos de 33
segundos, e a maioria destes com menos de meio segundo.
A massa atómica dos isós varia desde 39,99 u (Ti-40)
até 57,966 u (Ti-58). O primeiro modo de decaimento
antes do isó mais estável, o Ti-48, é a captura
eletrônica, e após este é a emissão beta. Os isós do
elemento 21 (escândio) são os principais produtos do
decaimento antes do Ti-48, os posteriores são os
isós do elemento 23 (vanádio).
Precauções
O pó metálico é pirofórico. Por outro lado, acredita-se
que seus sais não sejam especialmente perigosos.
Entretanto, seus cloretos, como TiCl3 e TiCl4, são
considerados corrosivos. O titânio tem a tendência de
acumular-se nos tecidos biológicos.
Em princípio, não se conhece nenhum papel biológico.
Geral
Nome, símbolo, número Titânio, Ti, 22
Classe, série química Metal, transição
Grupo, período, bloco 4, 4, d
Densidade, dureza 4507 kg/m3, 6
Cor e aparência Prateado
Propriedades atômicas
Massa atómica 47,867(1) u
Raio médio† 140 pm
Raio atômico calculado 176 pm
Raio covalente 136 pm
Raio de van der Waals Sem dados
Configuração electrónica [Ar]3d²4s²
Estado de oxidação (óxido) 4 (anfótero)
Estrutura cristalina Hexagonal
Propriedades físicas
Estado da matéria Sólido
Ponto de fusão 1941 K (1668 °C)
Ponto de ebulição 3560 K (3287 °C)
Entalpía de vaporização 421 kJ/mol
Entalpía de fusão 15,45 kJ/mol
Pressão de vapor 0,49 Pa a 1933 K
Velocidade do som 4140 m/s a 293,15 K
Informações diversas
Eletronegatividade 1,54 (Pauling)
Calor específico 520 J/(kg·K)
Condutividade elétrica 2,34 x 106/m Ω
Condutividade térmica 21,9 W/(m·K)
Potencial de ionização
1º ="658,8" kJ/mol 6º ="11533" kJ/mol
2º ="1309,8" kJ/mol 7º ="13590" kJ/mol
3º ="2652,5" kJ/mol 8º ="16440" kJ/mol
4º ="4174,6" kJ/mol 9º ="18530" kJ/mol
5º ="9581" kJ/mol 10º ="20833" kJ/mol
Isós mais estáveis
iso. AN Meia-vida MD ED MeV PD
44Ti {sintético} 63 anos ε 0,268 44Sc
46Ti 8,0% Ti é estável com 24 neutrons
47Ti 7,3% Ti é estável com 25 neutrons
48Ti 73,8% Ti é estável com 26 neutrons
49Ti 5,5% Ti é estável com 27 neutrons
50Ti 5,4% Ti é estável com 28 neutrons
Unidades SI e CNTP exceto onde indicado o contrário.
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