Les propietats i les aplicacions del titani

El titani és el 22è element de la taula periòdica i el novè element més abundant, així com el quart element metàl·lic més abundant a l’escorça terrestre. Els minerals en què es troba es troben en formacions al·luvials i volcàniques, i els dipòsits solen contenir entre un 2 i un 12% de minerals pesants, com ara ilmenita, rutile, leucoxè, zircó i altres, entre els quals el rutile i la ilmenita són els dos minerals principals que contenen titani, que representa el 24% de l’escorça terrestre. Tanmateix, es produeix a la natura només en combinacions químiques; els més habituals són l’oxigen i el ferro. La Xina té les primeres reserves de titani: el titani-magnetita de vanadi a Panzhihua, Sichuan, està disponible en quantitat desconsiderada (uns 1.500 milions de tones, el 97% de les reserves provades de la Xina).

El titani és un tipus de metall fort amb baixa densitat que és força dúctil (especialment en un entorn lliure d’oxigen), brillant i de color blanc metàl·lic. Gaudeix de moltes propietats úniques.

Propietats físiques

Relació força-pes. La relació força-pes d’un material determinat és la força del material dividida per la massa (també coneguda habitualment com a pes, al planeta terra) del material. Per ser més exactes, la resistència específica és la força d’un material dividida per la seva densitat. I el titani és reconegut per la seva alta relació resistència-pes. Aquest metall és tan fort com l’acer i un 45% més lleuger, però si bé és el doble de fort que l’alumini, és un 60% més pesat. Aquesta proporció és el que el fa tan ideal per a aplicacions aeroespacials i altres

Pobre conductor de calor i electricitat. El punt de fusió del titani és de 3.034 ° F o 1.668 ° C. El punt de fusió relativament alt el fa útil com a metall refractari. A més, en comparació amb altres metalls, el titani és paramagnètic i transmet bé la calor. També té una conductivitat elèctrica i tèrmica bastant baixa. Per tant, la seva mida canvia molt poc si es produeixen canvis extrems de temperatura. Tot i això, el titani és superconductor quan es refreda per sota de la seva temperatura crítica de 0,49 K.

Resistència a la tracció. El titani té una resistència a la tracció màxima d’aproximadament 434 MPa (63.000 psi), igual a la dels aliatges d’acer comuns de baix grau.

Densitat. La densitat del titani és de 4,5 grams per cm3, molt menys que el ferro, per això els aliatges de titani són tan importants en la indústria aeroespacial.

Força de fatiga. També anomenada força de resistència, la resistència a la fatiga fa referència a la tensió més alta que pot suportar un material durant un nombre determinat de cicles sense trencar-se. Un aliatge de titani té una resistència a la fatiga de cicles molt elevats, que arriba als 106-107 cicles.

Propietats químiques

Resistencia a la corrosió. El titani té una alta passivitat (la passivitat és la pèrdua de reactivitat electroquímica, disminuint així la velocitat de corrosió del metall); per tant, presenta alts nivells de resistència a la corrosió per a la majoria d’àcids minerals i clorurs. La superfície del metall de titani i els seus aliatges s’oxiden immediatament després de l’exposició a l’aire per formar una fina capa de passivació no porosa que protegeix el metall a granel d’una oxidació o corrosió addicionals.

Toxicitat. A més, no és tòxic i és biològicament compatible amb teixits i ossos humans, cosa que el converteix en un material ideal per a productes d’implants mèdics.

Resistència als àcids. El titani és capaç de suportar atacs d’àcids sulfúric i clorhídric diluïts, solucions de clorur i la majoria d’àcids orgànics. Tot i això, el titani es corroeix amb àcids concentrats.

Aquestes propietats úniques del titani el converteixen en un metall ideal per a una àmplia gamma d'aplicacions.

Aeroespacial

El titani es considera "metall aeroespacial". Es diu que el 2006, el 73% del metall de titani als EUA encara s’utilitzava per a la construcció aeroespacial. Com hem esmentat anteriorment, el titani és tan fort com l’acer, però un 45% més lleuger i es caracteritza per una resistència a la tracció molt elevada fins i tot a altes temperatures, una alta resistència a la corrosió i la capacitat de suportar temperatures extremes. Per tant, el titani s’utilitza principalment en avions, canonades per a centrals elèctriques, blindatge, naus espacials i míssils. Per exemple, un Boeing 777 té un pes operatiu màxim buit d’aproximadament 304000 lliures o 137,8 tones mètriques. D’aquest enorme pes, 59 tones mètriques es construeixen a partir de titani.

Marina

El metall és soluble en àcids concentrats però no en aigua. Si submergís una làmina de titani en aigua de mar durant 4000 anys, només tindria corrosió fins a la profunditat aproximada del gruix d’un tros de paper de copiadora. Per tant, el titani s'utilitza per fabricar eixos d'hèlixs, aparells i intercanviadors de calor a les plantes dessalinitzadores; escalfadors-refrigeradors per a aquaris d’aigua salada, fileres i líders i bussejadors' ganivets. El titani també s'utilitza en els allotjaments i components dels dispositius de vigilància i vigilància desplegats per l'oceà per a la ciència i els militars.

Mèdic

El titani és biològicament compatible amb el cos humà, és a dir, que el cos no intenta rebutjar-lo. També té la capacitat natural d’integrar-se amb els ossos del cos per crear una estructura permanent. Això el fa útil per a una àmplia gamma