Titan als Element - Technische Daten

Chemische Eigenschaften und Physiologie

Titan ist ein metallisches Element aus der IV. Nebengruppe des Periodensystem. Von Titan gibt es eine Reihe natürlicher Isotope (⁴⁶Ti bis ⁵⁰Ti). Daneben kennt man noch künstliche Isotope ⁴¹Ti bis ⁵³Ti mit Halbwertszeiten zwischen 80 Millisekunden und 47 Jahren. Titan bildet in reiner Form metallisch glänzende, nadelige oder tannenbaumähnliche Kristalle. Bei Titan handelt es sich um ein Leichtmetall und es tritt in zwei Modifikationen auf:
Die hexagonale α-Form geht bei 882°C in die kubische β-Form über.
In seinen Verbindungen tritt Titan als typisches Übergangsmetall in den Oxidationsstufen +2, +3 und +4 auf. Die violetten Ti(III)-Salze sind starke Reduktionsmittel. Die stabilsten und technisch wichtigen Ti(IV)-Verbindungen sind Titandioxid, Titansulfat und Titanoxidsulfat, Titantetrachlorid und die Titanate(IV).
Titan wird von Flußsäure und heißen Säuren leicht angegriffen, ist aber in der Kälte widerstandsfähig gegen verdünnte Salzsäure und Schwefelsäure. Bei gewöhnlicher Temperatur ist Titan luftbeständig, es verbrennt im Sauerstoffstrom erst bei Rotglut zu Titandioxid.
Metallisches Titan zeichnet sich durch geringes Gewicht, große mechanische Festigkeit, einen hohen Schmelzpunkt und geringe thermische Ausdehnung aus. Gewöhnlich ist Titan infolge geringer Verunreinigungen spröde, hart und nur bei Rotglut schmiedbar, dagegen kann man das reinste Titan schon in der Kälte zu Blechen walzen. Als Werkstoff für höhere Temperaturen ist Titan weniger geeignet, da seine Festigkeit trotz des hohen Schmelzpunktes oberhalb 426°C schnell nachlässt.
Titan gilt als nichttoxisches Metall. Als Spurenelement, z.B. in Pflanzen, scheint Titan keine nennenswerte Rolle zu spielen.

Vorkommen

Der Anteil des Titan an der Erdkruste wird heute auf 0,56% geschätzt. Damit steht Titan in der Häufigkeitsliste der Elemente zwischen Wasserstoff und Chlor. Das verhältnismäßig wenig bekannte Titan ist also häufiger als z.B. Chlor, Phosphor, Kohlenstoff, Schwefelund Stickstoff. Es gehört mit Aluminium, Eisen und Magnesium zu den am häufigsten in der Natur vorkommenden Metallen.
Die wichtigsten und bekanntesten Titan-Mineralien sind Rutil, Anatas, Brookit, Ilmenit, Perowskit und Titanit. Insgesamt ist Titan in nahezu 100 verschiedenen Mineralien enthalten. Auf den spurenweisen Einbau von Rutil und Ti³⁺-Ionen ist die Farbe des Rosenquarzes und auch die gelegentliche Violettfärbung von Phosphatgläsern zurückzuführen. Die wichtigsten Titan-Lager in Form von Primärerzen (Ilmenit) liegen in Norwegen, Russland, Finnland, Kanada und den USA. Große Anatas-Vorkommen wurden auch in Brasilien entdeckt.
Lt. Eintrag in Mindat.org wurde Titan zum einen als gediegenes Mineral in Granit im hexagonalen System kristallisiert und als Inklusie im Granat im metamorphen Ultrahochdruck-Komplex tetragonal kristallisiert gefunden.

Herstellung

Durch Flotation und elektrostatische bzw. magnetische Scheidung erhält man aus den natürlichen Titan-Erzen Konzentrate, die entweder – wie beim Schwefelsäure-Aufschluss des Ilmenits – zu Titandioxid oder zu Titantetrachlorid bzw. zu Ferrotitan verarbeitet werden. Da die Reinherstellung von metallischem Titan (infolge der großen Affinität zu Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff) Schwierigkeiten bereitet, begnügte man sich in der Technik etwa bis 1950 im wesentlichen mit der Herstellung einer unter 1400°C schmelzenden Eisen-Titan-Legierung mit 10 bis 25% Titan, die man durch Reduktion von Rutil mit Kohle oder Aluminium in Gegenwart von Eisen erhält.

Verwendung

Titan ist aufgrund seiner Eigenschaften ein sehr wertvoller Werkstoff in der Luft- und Raumfahrt (Triebwerke, Flugzeugzellenbau), in der Tiefseetechnik und beim U-Bootbau. In der Medizin spielt Titan bei der Herstellung von Knochennägeln, Prothesen, Nadeln eine Rolle. Titan-Elektroden kommen als sogenannte aktivierte Ti-Anoden (mit Edelmetallen oder Edelmetalloxiden beschichtetes Titan-Metall), z.B. in der Chloralkali-Elektrolyse, Elektrodialyse und Galvanotechnik zum Einsatz. Eine spezielle Verwendung findet Titan in der Schmuck-Industrie für Uhr-Armbänder und farbigen Modeschmuck, den man erhält, wenn Ammoniumsulfat-Lösungen auf dem Metall elektrochemisch zersetzt werden.

Geschichtliches

William Gregor (1791) und Martin H. Klaproth (1795) entdeckten unabhängig voneinander das Dioxid eines neuen Metalls, das von Klaproth nach den Riesen der griech. Mythologie Titan genannt wurde. Berzelius stellte aus dem Dioxid schon 1825 durch Reduktion mit Natrium unreines, metallisches Titan her. Die fabrikmäßige Titan-Herstellung setzte erst um 1946 ein .

siehe auch Elemente

Fundstellen

• Irkutskaya Oblast, Transbaikalia, Russland

Quellangaben

• Quelle: Römpp-Chemielexikon; 10 Auflage (1996), S. 4561
• Verfasser: Hg