Titan

Titan (latin: titanium, franska: titane) är ett metalliskt grundämne och det nionde vanligaste grundämnet i jordskorpan. Titan används i legeringar inom bland annat flyg- och rymdteknik^[13]. Titan används också till implantat i människokroppen, till exempel för att fästa tandproteser i käkben, eftersom benvävnad växer fast i titan och titan inte orsakar avstötning. Titan används också i smycken eftersom det sällan orsakar allergi.^[14][15] Vidare används metallen, på grund av sin förmåga att tåla starka syror utan korrosion, som anod-/katod-ledare i ytbehandlingsindustrin och är lämplig i tillverkning av vissa typer av högtalarmembran. Titanets höga styrka, som tillåter tunnare konstruktioner än flertalet andra metaller, kombinerat med förhållandevis låg densitet utnyttjas också vid produktion av utrustningar där låg vikt eftersträvas, exempelvis turbinblad, vissa klockor och kokkärl för vandrare.

Den här artikeln handlar om grundämnet titan. För Saturnus måne, se Titan (måne). För andra betydelser, se Titan (olika betydelser).

Titan
Nummer 22 Tecken Ti Grupp 4 Period 4 Block d
Ti ↓ Zr Skandium ← Titan → Vanadin     [Ar] 3d2 4s2             22Ti                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Emissionsspektrum
Generella egenskaper
Relativ atommassa	47,867(1)[1] u
Utseende	Silvervit
Fysikaliska egenskaper
Densitet vid r.t.	4,506 g/cm3
– flytande, vid smältpunkten	4,11 g/cm3
Aggregationstillstånd	Fast
Smältpunkt	1 941 K (1 668 °C)
Kokpunkt	3 560 K (3 287 °C)
Molvolym	10,64 × 10−6 m³/mol
Smältvärme	18,7 kJ/mol
Ångbildningsvärme	457[2] kJ/mol
Specifik värmekapacitet	523[3] J/(kg × K)
Molär värmekapacitet	25,06 J/(mol × K)
Ångtryck Tr. (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k Te. (K) 1 982 2 171 (2 403) 2 692 3 064 3 558
Atomära egenskaper
Atomradie	147 pm
Kovalent radie	160 pm
Elektronaffinitet	7,6 kJ/mol
Jonisationspotential	Första: 658,8 kJ/mol Andra: 1 309,8 kJ/mol Tredje: 2 652,5 kJ/mol Fjärde: 4 174,6 kJ/mol (Lista)
Arbetsfunktion	4,33[4] eV
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration	[Ar] 3d2 4s2
e− per skal	2, 8, 10, 2
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd	4, 3, 2, 1, −1, −2[5]
Oxider (basicitet)	TiO2 (amfoterisk)
Elektronegativitet	1,54 (Paulingskalan) 1,38 (Allenskalan)
Normalpotential	−0,86 V (TiO2+ + 2 H+ + 4 e− → Ti + H2O)
Diverse
Kristallstruktur	Hexagonal tätpackad (hcp)
Ljudhastighet	4140 m/s
Termisk expansion	8,6 µm/(m × K) (25 °C)
Värmeledningsförmåga	21,9 W/(m × K)
Elektrisk konduktivitet	2,5 × 106 A/(V × m)
Elektrisk resistivitet	420 nΩ × m (20 °C)
Magnetism	Paramagnetisk
Magnetisk susceptibilitet	1,8 × 10−4[6]
Youngs modul	116 GPa
Skjuvmodul	44 GPa
Kompressionsmodul	110 GPa
Poissons konstant	0,34[7]
Mohs hårdhet	6,5[8]
Vickers hårdhet	830–3420 MPa
Brinells hårdhet	716–2770 MPa
Identifikation
CAS-nummer	7440-32-6
Pubchem	23963
Historia
Namnursprung	Titaner, söner till jordgudinnan inom grekisk mytologi.[9][10]
Upptäckt	William Gregor (1791)
Första isolation	Jöns Jakob Berzelius (1825)
Namngivare	Martin Heinrich Klaproth (1795)
Stabilaste isotoper
Huvudartikel: Titanisotoper Nuklid NF t1/2 ST SE (MeV) SP 44Ti {syn.} 63 a ε 0,268 44Sc 46Ti 8,0 % Stabil 47Ti 7,3 % Stabil 48Ti 73,8 % Stabil 49Ti 5,4 % Stabil 50Ti 5,4 % Stabil
Säkerhetsinformation
Säkerhetsdatablad: Sigma-Aldrich
Globalt harmoniserat system för klassifikation och märkning av kemikalier GHS-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [11] Pulver: Brandfarlig
H-fraser	H250, H252
P-fraser	P210, P222, P280, P235+410, P422, P420
EU-märkning av farliga ämnen EU-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [12] Pulver: Brandfarlig (F) Irriterande (Xi)
R-fraser	R17, R36/37/38
S-fraser	S26
NFPA 704 1 1 2
SI-enheter och STP används om inget annat anges.

Titandioxid har ett högt brytningsindex och i pulverform reflekterar det därför mycket ljus. Det är ett vitt pigment som används i solkrämer, smink och målarfärger.

Titanbearbetning

Titanets hårdhet (6,5 på Mohs hårdhetsskala^[8]) motsvarar den hos ohärdat stål vilket gör det möjligt att bearbeta titan med verktyg avsedda för stålbearbetning. Stansning är vanligt förekommande men sliter på stansarna; stansar som går av är inte helt ovanligt. Vid bockning spricker titan lätt om man tillämpar vanlig bockning (1–3 mm radie). Oftast måste man ha 5–10 mm radie vid bockning för att förhindra sprickor.

Legeringar

Det finns många olika titanlegeringar. Gemensamma fördelar för dem är att de är korrosionshärdiga, det vill säga rostar inte, tål värme bra och har låg densitet. Nackdelen är att titan till följd av bland annat reningsprocesser är en dyr metall.

Det finns två huvudtyper av titanlegeringar:

• Legeringar med palladium. Dessa är de mest korrosionshärdiga legeringarna.
• Legeringar med aluminium och vanadin eller mangan. Denna typ av legering har mycket bra hållfasthetsegenskaper och används bland annat till flygplansdelar och flygmotordetaljer.

Historia

År 1791 framställde engelsmannen William Gregor titanoxid ur mineralet ilmenit. Ämnet fick år 1795 namnet titanium av den tyske kemisten Martin Heinrich Klaproth, som upptäckte samma oxid i mineralet rutil.^[16]

Metallen framställdes först i oren form år 1825 av Jöns Jacob Berzelius. Rent titan utvanns 1910 av amerikanen Matthew A. Hunter genom upphettning av titantetraklorid med natriummetall i en sluten stålbehållare.^[16] Den industriella produktionen av titan var länge ett problem. År 1937 fick metallurgen Kroll patent på en framställningsmetod där titantetraklorid reduceras med kalcium i ädelgasatmosfär. Processen har vidareutvecklats och reduktionen sker med magnesium vid en temperatur av 800-900^oC. Det finns även en framställningsprocess (Arkellprocessen) där man utgår från titantetrajodid som omvandlas till titanjodid TiJ₂ som därefter sönderdelas till titan och jod.

Källor

1. ”CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2019”. IUPAC. https://www.ciaaw.org/atomic-weights.htm. Läst 18 februari 2021.
2. Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
3. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
4. David R. Lide: CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press LLC, 1998, ISBN 0-8493-0479-2.
5. Andersson, N.; et al (2003). ”Emission spectra of TiH and TiD near 938 nm”. J. Chem. Phys. 118: sid. 10543. doi:10.1063/1.1539848. ISSN 0021-9606. Arkiverad från originalet den 9 februari 2012. https://web.archive.org/web/20120209151538/http://bernath.uwaterloo.ca/media/257.pdf. Läst 24 november 2015.
6. Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Sid. E-129 – E-145. ISBN 0-8493-0470-9. De angivna värdena har här räknats om enligt SI.
7. der-wirtschaftsingenieur.de: Elastizitäts-Modul (E-Modul). Läst 29 maj 2013.
8. ”The hardness scale introduced by Friederich Mohs” (på engelska) (pdf). Rensselaer Polytechnic Institute. https://www.ecse.rpi.edu/~schubert/Educational-resources/Materials-Hardness.pdf. Läst 15 januari 2017.
9. Royal Society of Chemistry – Visual Element Periodic Table
10. – Online Etymological Dictionary
11. CAS 15292-44-1 i substansdatabasen GESTIS-Stoffdatenbank hos IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung). Läst 15 september 2015. (JavaScript krävs)
12. Datablad Titan (Pulver) på AlfaAesar. Läst 5 februari 2010. (JavaScript krävs)..
13. ”Material i arbetsstycket”. Sandvik Coromant. https://www.sandvik.coromant.com/sv-se/knowledge/materials/pages/workpiece-materials.aspx. Läst 17 september 2021.
14. ”Titanium allergy in dental implant patients: a clinical study on 1500 consecutive patients”. U.S. National Library of Medicine. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18705814.
15. ”Titanium”. Melisa Foundation. Arkiverad från originalet den 29 november 2012. https://web.archive.org/web/20121129232307/http://www.melisa.org/titanium-allergy.php. Läst 9 december 2012.
16. Anders Lennartsson, Periodiska systemet, Studentlitteratur, 2011