Titanio
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Biossido di titanio
Processo hunter
Storia del titanio
Processo kroll
CHe cos'è ?
isotopi
Menù
gundam
Disponibilità
caratteristiche
Curiosità lunare
Produzione
Video
Fonti
Storia del titanio
La storia inizia qualche anno prima in Inghilterra e più precisamente a Tregony, piccolo villaggio della Cornovaglia, dove nel 1761 nasce William Gregor. Il giovane frequenta la Bristol Grammar School e lì inizia ad interessarsi di chimica. Quindi si iscrive al prestigioso St.John’s College di Cambridge per poi ricevere, nel 1787, gli ordini della Chiesa Anglicana diventando vicario presso Diptford, nel Devonshire (contea della Gran Bretagna situata nella penisola della Cornovaglia, al confine con la contea di Cornovaglia propriamente detta). Senza trascurare i suoi doveri di ministro del culto, Gregor prosegue le sue ricerche alimentando la vecchia passione per la chimica.
Info
Fonti
Che cos'è il Titanio
Il titanio è l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha numero atomico 22 e simbolo Ti. È il primo elemento del gruppo 4 del sistema periodico, facente parte del blocco d, ed è quindi un elemento di transizione. È un metallo leggero, resistente, di colore bianco metallico, lucido, resistente alla corrosione. Il titanio viene utilizzato in molte leghe leggere e resistenti. Il suo biossido nei pigmenti bianchi; si trova in numerosi minerali, principalmente rutilo e ilmenite. Il titanio non è tossico e non risulta essenziale per nessuna specie vivente.
Info
Fonti
Caratteristiche
Il titanio è un elemento metallico ben conosciuto per la sua resistenza alla corrosione, quasi pari a quella del platino, e per il suo alto rapporto tra resistenza e peso. È leggero, duro, con bassa densità, allo stato puro è abbastanza duttile, lucido, di colore bianco metallico. Tuttavia le leghe di titanio non sono facilmente lavorabili e la difficoltà di lavorazione alle macchine utensili è paragonabile a quella dell'acciaio inossidabile, notoriamente il più difficile da lavorare per asportazione di truciolo. Il punto di fusione relativamente alto di questo elemento lo rende utile come metallo refrattario. Il titanio è resistente come l'acciaio pur essendo il 40% più leggero, pesa il 60% in più dell'alluminio con resistenza doppia. Queste proprietà rendono il titanio molto resistente alle forme usuali di fatica dei metalli. Questo metallo forma una patina di ossido passivo se esposto all'aria a temperatura ambiente e quando si trova in un'atmosfera libero da ossigeno è molto duttile. Il titanio brucia se riscaldato nell'aria o in atmosfera di azoto, reagendo anche con idrogeno e alogeni. Il titanio è resistente all'acido solforico diluito e all'acido cloridrico, oltre che ai gas di cloro, alle soluzioni di cloruri, alla maggior parte degli acidi carbossilici e gli alcali acquosi a caldo.
Info
Fonti
Produzione
Il primo processo di produzione commerciale del titanio è stato il processo van Arkel-de Boer. Invece oggi il titanio viene ottenuto tramite riduzione di TiCl4 con il magnesio, un processo sviluppato nel 1946 da William Justin Kroll, oppure col processo Hunter che è analogo al processo Kroll, ma effettuato con sodio metallico. Questo processo è complicato e costoso, ma un nuovo procedimento, chiamato metodo "FFC-Cambridge" potrebbe rimpiazzarlo. Questo nuovo metodo usa come materiale di base la polvere di diossido di titanio, una forma raffinata di rutilo, per ottenere il prodotto finale, un flusso continuo di titanio fuso adatto all'utilizzo immediato per la manifattura di leghe. Si spera che il metodo FFC-Cambridge renda il titanio un materiale meno raro e costoso per l'industria aerospaziale e il mercato dei beni di lusso, e che verrà impiegato in molti prodotti attualmente fabbricati con alluminio o acciai speciali.
Info
fonti
Biossido di Titanio
Noto anche come titania in ambito ceramico o mineralogico. Alcune forme cristalline (polimorfi) sono il rutilo e l'anatasio. Anche se il metallo di titanio è relativamente poco comune a causa dei costi di estrazione, il diossido di titanio è economico, facilmente disponibile in grandi quantità e largamente utilizzato in campo industriale come pigmento bianco in vernici, plastiche e cemento da costruzione. La polvere di TiO2 è chimicamente inerte, non svanisce con la luce solare ed è molto opaca; ciò le permette di impartire un colore bianco brillante alle sostanze chimiche grigie o marroni che formano le plastiche normalmente usate. Il diossido di titanio puro ha un indice di rifrazione molto alto e una dispersione ottica superiore al diamante. Zaffiri e rubini prendono il loro asterismo dal diossido di titanio in essi presente.
Info
fonti
Isotopi
Dell'elemento titanio si conoscono almeno 26 isotopi, con numeri di massa che vanno da A = 38 ad A = 63. Tra questi, gli isotopi naturali dell'elemento, tutti stabili, sono i cinque che seguono, con le loro abbondanze relative in parentesi: 46Ti (8,25%), 47Ti (7,44%), 48Ti (73,72%), 49Ti (5,41%) e 50Ti (5,18%). I restanti sono tutti radioattivi. Isotopi stabili Gli isotopi stabili del titanio partono da un nucleo (46Ti) avente un eccesso di 2 neutroni rispetto ai protoni e arrivano ad un nucleo (50Ti) con un eccesso di 6 neutroni, passando per il 48Ti (il più abbondante) con eccesso di 4 neutroni. Questi isotopi le loro abbondanze relative(rapporti isotopici) hanno rilevanza in cosmochimica, geochimica e archeologia. I nuclidi di titanio aventi A dispari, 47Ti e 49Ti, sono i soli ad avere spin nucleare (7/2- e 5/2-, rispettivamente) e in quanto tali sono assoggettabili alla risonanza magnetica nucleare del titanio e quindi rivestono importanza per la caratterizzazione chimica di composti e complessi di Ti.
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Disponibilità
fonti
Il titanio è il nono elemento per abbondanza nella crosta terrestre (0,6% della massa), non si trova libero in natura ed è presente in molte rocce magmatiche e nei sedimenti da esse derivanti. Si trova principalmente nei seguenti minerali: anatasio, brookite, ilmenite, leucoxene, perovskite, rutilo e titanite, nonché nei titanati e in molti minerali ferrosi. Di questi minerali solo l'ilmenite, il leucoxene e il rutilo hanno un'importanza economica significativa. Significativi depositi di minerali di titanio si trovano in Australia, Scandinavia, Nord America, Malaysia e nel Parco naturale regionale del Beigua in Liguria. Poiché il titanio metallico può bruciare in atmosfera di azoto puro e alle alte temperature reagisce facilmente con l'ossigeno e il carbonio, è difficoltoso preparare il titanio metallico puro. Il metallo si trova nei meteoriti ed è stato rintracciato nel Sole e nelle stelle di classe M. Le rocce portate dalla Luna durante la missione Apollo 17 erano composte per il 12,1% di TiO2. Il titanio si trova inoltre nelle ceneri di carbone, nelle piante e anche nel corpo umano.
Fonti
Curiosità Lunare
A questo proposito, una curiosità, che potrebbe aprire scenari futuri davvero fantascientifici. L’analisi dei campioni di rocce lunari riportati sulla Terra hanno rivelato che sul nostro satellite gli ossidi di titanio sono presenti in percentuali mai riscontrate sul nostro pianeta. In particolare, i campioni riportati dall’ultima delle missioni Apollo, la 17, hanno rivelato una presenza di TiO2 pari a circa il 12,1% del totale, lasciando intravedere in un futuro forse non troppo remoto la possibilità da parte dell’uomo di poter sfruttare direttamente i giacimenti lunari. In ogni caso, non è la sua rarità a determinarne il costo di produzione tuttora molto elevato. Senza arrivare alle incredibili percentuali lunari, nella crosta terrestre esso risulta essere il nono elemento più abbondante (lo 0,63% in massa, per l’esattezza), e si ritrova nella maggior parte delle rocce eruttive e dei sedimenti che ne derivano. In particolare l’ilmenite, il minerale principale da cui si estrae il titanio, è presente in Australia, Canada, Ucraina e Norvegia, mentre il rutilio si trova con una certa abbondanza in Nord America e in Sud Africa. Portando la produzione annua mondiale a circa 90.000 tonnellate, e a 4,5 milioni di tonnellate per il diossido di titanio, TiO2.
Info
Fonti
Processo Hunter
Egli partì da una miscela di rutilo, cloro e coke, ottenendo così tetracloruro di titanio (TiCl4) e anidride carbonica. Il secondo passaggio del processo prevedeva la riduzione del tetracloruro di titanio con sodio, per formare titanio metallico. La differenza con il metodo utilizzato da Nilson e Pettersson consisteva nel fatto che Hunter era partito da tetracloruro di titanio molto puro, ottenendo pertanto un risultato decisamente migliore. I limiti del metodo Hunter risiedevano tuttavia nelle modalità con cui avveniva la riduzione: il metallurgista utilizzava infatti una bombola di acciaio inossidabile a tenuta d’aria, eseguendo la reazione alla temperatura di 700-800 °C. Una reazione che avveniva in maniera esplosiva, utilizzando il sodio elementare, di notevole pericolosità. Non a caso, Hunter conduceva la maggior parte dei suoi esperimenti all’aperto, nel campo di calcio del campus universitario.
Info
Fonti
Processo Kroll
I rischi e la scarsa efficienza del metodo Hunter, relegarono la produzione di titanio a poco più di una curiosità da laboratorio, fino a quando, nel 1932, il chimico lussemburghese William J. Kroll appunto produsse le prime quantità significative di titanio duttile combinando il tetracloruro di titanio col calcio. Nel 1938 i suoi sforzi avevano portato alla produzione di circa 20 chilogrammi di titanio: da lì a poco lo scoppio della Seconda Guerra Mondiale lo costrinse a emigrare negli Stati Uniti dove proseguì le sue ricerche Uniti presso la Union Carbide Company e successivamente presso l’U.S. Bureau of Mines. Col tempo, Kroll perfezionò ulteriormente il metodo, sostituendo come agente riducente il magnesio al calcio. Si trattava di un processo costoso, decisamente meno efficiente di quello che porta alla produzione dell’acciaio in altoforno, ma che tuttavia resta a tutt’oggi il metodo più utilizzato per la produzione industriale del titanio e che fa di Kroll il padre della moderna industria del titanio. A tutt’oggi infatti il processo Kroll è la base per la maggior parte della produzione di titanio, anche se il costo elevato resta il vero limite nell’utilizzo di questo “wonder metal”. Proprio per i costi di produzione, per molto tempo l’utilizzo del titanio rimase confinato al settore militare, dove il budget non rappresentava un limite invalicabile. Fu l’industria bellica statunitense a inaugurarne l’uso nei primi anni ’40 del secolo scorso, in pieno conflitto mondiale.
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Fonti
Gundam: La robotica giapponese anni 70
Un’ultima curiosità. Chi è nato negli anni ’70 non potrà non ricordare la celebre serie anime “Gundam”, vero e proprio cult per tutti gli amanti dei robot giapponesi e oggetto di venerazione in madrepatria (basti pensare che a Odaiba, Tokio, ne è stata realizzata una riproduzione in scala 1:1 alta venti metri…). Ebbene, nella ricerca spesso ossessiva di fedeltà e realismo dei cratori della serie (caratteristica questa che la differenzia nettamente da molte altre serie anime), il “mobile suit” è realizzato in un ipotetico Gundarium spesso definito come una lega realizzata a partire dal Titanio lunare. Mai come in questo caso, pensando agli utilizzi futuri di questo metallo, sembra davvero valido il detto “sky is the limit…”.
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Titanio
Raffaele Maltempo
Created on March 21, 2023
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Processo hunter
Storia del titanio
Processo kroll
CHe cos'è ?
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Storia del titanio
La storia inizia qualche anno prima in Inghilterra e più precisamente a Tregony, piccolo villaggio della Cornovaglia, dove nel 1761 nasce William Gregor. Il giovane frequenta la Bristol Grammar School e lì inizia ad interessarsi di chimica. Quindi si iscrive al prestigioso St.John’s College di Cambridge per poi ricevere, nel 1787, gli ordini della Chiesa Anglicana diventando vicario presso Diptford, nel Devonshire (contea della Gran Bretagna situata nella penisola della Cornovaglia, al confine con la contea di Cornovaglia propriamente detta). Senza trascurare i suoi doveri di ministro del culto, Gregor prosegue le sue ricerche alimentando la vecchia passione per la chimica.
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Che cos'è il Titanio
Il titanio è l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha numero atomico 22 e simbolo Ti. È il primo elemento del gruppo 4 del sistema periodico, facente parte del blocco d, ed è quindi un elemento di transizione. È un metallo leggero, resistente, di colore bianco metallico, lucido, resistente alla corrosione. Il titanio viene utilizzato in molte leghe leggere e resistenti. Il suo biossido nei pigmenti bianchi; si trova in numerosi minerali, principalmente rutilo e ilmenite. Il titanio non è tossico e non risulta essenziale per nessuna specie vivente.
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Caratteristiche
Il titanio è un elemento metallico ben conosciuto per la sua resistenza alla corrosione, quasi pari a quella del platino, e per il suo alto rapporto tra resistenza e peso. È leggero, duro, con bassa densità, allo stato puro è abbastanza duttile, lucido, di colore bianco metallico. Tuttavia le leghe di titanio non sono facilmente lavorabili e la difficoltà di lavorazione alle macchine utensili è paragonabile a quella dell'acciaio inossidabile, notoriamente il più difficile da lavorare per asportazione di truciolo. Il punto di fusione relativamente alto di questo elemento lo rende utile come metallo refrattario. Il titanio è resistente come l'acciaio pur essendo il 40% più leggero, pesa il 60% in più dell'alluminio con resistenza doppia. Queste proprietà rendono il titanio molto resistente alle forme usuali di fatica dei metalli. Questo metallo forma una patina di ossido passivo se esposto all'aria a temperatura ambiente e quando si trova in un'atmosfera libero da ossigeno è molto duttile. Il titanio brucia se riscaldato nell'aria o in atmosfera di azoto, reagendo anche con idrogeno e alogeni. Il titanio è resistente all'acido solforico diluito e all'acido cloridrico, oltre che ai gas di cloro, alle soluzioni di cloruri, alla maggior parte degli acidi carbossilici e gli alcali acquosi a caldo.
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Il primo processo di produzione commerciale del titanio è stato il processo van Arkel-de Boer. Invece oggi il titanio viene ottenuto tramite riduzione di TiCl4 con il magnesio, un processo sviluppato nel 1946 da William Justin Kroll, oppure col processo Hunter che è analogo al processo Kroll, ma effettuato con sodio metallico. Questo processo è complicato e costoso, ma un nuovo procedimento, chiamato metodo "FFC-Cambridge" potrebbe rimpiazzarlo. Questo nuovo metodo usa come materiale di base la polvere di diossido di titanio, una forma raffinata di rutilo, per ottenere il prodotto finale, un flusso continuo di titanio fuso adatto all'utilizzo immediato per la manifattura di leghe. Si spera che il metodo FFC-Cambridge renda il titanio un materiale meno raro e costoso per l'industria aerospaziale e il mercato dei beni di lusso, e che verrà impiegato in molti prodotti attualmente fabbricati con alluminio o acciai speciali.
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Biossido di Titanio
Noto anche come titania in ambito ceramico o mineralogico. Alcune forme cristalline (polimorfi) sono il rutilo e l'anatasio. Anche se il metallo di titanio è relativamente poco comune a causa dei costi di estrazione, il diossido di titanio è economico, facilmente disponibile in grandi quantità e largamente utilizzato in campo industriale come pigmento bianco in vernici, plastiche e cemento da costruzione. La polvere di TiO2 è chimicamente inerte, non svanisce con la luce solare ed è molto opaca; ciò le permette di impartire un colore bianco brillante alle sostanze chimiche grigie o marroni che formano le plastiche normalmente usate. Il diossido di titanio puro ha un indice di rifrazione molto alto e una dispersione ottica superiore al diamante. Zaffiri e rubini prendono il loro asterismo dal diossido di titanio in essi presente.
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Isotopi
Dell'elemento titanio si conoscono almeno 26 isotopi, con numeri di massa che vanno da A = 38 ad A = 63. Tra questi, gli isotopi naturali dell'elemento, tutti stabili, sono i cinque che seguono, con le loro abbondanze relative in parentesi: 46Ti (8,25%), 47Ti (7,44%), 48Ti (73,72%), 49Ti (5,41%) e 50Ti (5,18%). I restanti sono tutti radioattivi. Isotopi stabili Gli isotopi stabili del titanio partono da un nucleo (46Ti) avente un eccesso di 2 neutroni rispetto ai protoni e arrivano ad un nucleo (50Ti) con un eccesso di 6 neutroni, passando per il 48Ti (il più abbondante) con eccesso di 4 neutroni. Questi isotopi le loro abbondanze relative(rapporti isotopici) hanno rilevanza in cosmochimica, geochimica e archeologia. I nuclidi di titanio aventi A dispari, 47Ti e 49Ti, sono i soli ad avere spin nucleare (7/2- e 5/2-, rispettivamente) e in quanto tali sono assoggettabili alla risonanza magnetica nucleare del titanio e quindi rivestono importanza per la caratterizzazione chimica di composti e complessi di Ti.
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Il titanio è il nono elemento per abbondanza nella crosta terrestre (0,6% della massa), non si trova libero in natura ed è presente in molte rocce magmatiche e nei sedimenti da esse derivanti. Si trova principalmente nei seguenti minerali: anatasio, brookite, ilmenite, leucoxene, perovskite, rutilo e titanite, nonché nei titanati e in molti minerali ferrosi. Di questi minerali solo l'ilmenite, il leucoxene e il rutilo hanno un'importanza economica significativa. Significativi depositi di minerali di titanio si trovano in Australia, Scandinavia, Nord America, Malaysia e nel Parco naturale regionale del Beigua in Liguria. Poiché il titanio metallico può bruciare in atmosfera di azoto puro e alle alte temperature reagisce facilmente con l'ossigeno e il carbonio, è difficoltoso preparare il titanio metallico puro. Il metallo si trova nei meteoriti ed è stato rintracciato nel Sole e nelle stelle di classe M. Le rocce portate dalla Luna durante la missione Apollo 17 erano composte per il 12,1% di TiO2. Il titanio si trova inoltre nelle ceneri di carbone, nelle piante e anche nel corpo umano.
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Curiosità Lunare
A questo proposito, una curiosità, che potrebbe aprire scenari futuri davvero fantascientifici. L’analisi dei campioni di rocce lunari riportati sulla Terra hanno rivelato che sul nostro satellite gli ossidi di titanio sono presenti in percentuali mai riscontrate sul nostro pianeta. In particolare, i campioni riportati dall’ultima delle missioni Apollo, la 17, hanno rivelato una presenza di TiO2 pari a circa il 12,1% del totale, lasciando intravedere in un futuro forse non troppo remoto la possibilità da parte dell’uomo di poter sfruttare direttamente i giacimenti lunari. In ogni caso, non è la sua rarità a determinarne il costo di produzione tuttora molto elevato. Senza arrivare alle incredibili percentuali lunari, nella crosta terrestre esso risulta essere il nono elemento più abbondante (lo 0,63% in massa, per l’esattezza), e si ritrova nella maggior parte delle rocce eruttive e dei sedimenti che ne derivano. In particolare l’ilmenite, il minerale principale da cui si estrae il titanio, è presente in Australia, Canada, Ucraina e Norvegia, mentre il rutilio si trova con una certa abbondanza in Nord America e in Sud Africa. Portando la produzione annua mondiale a circa 90.000 tonnellate, e a 4,5 milioni di tonnellate per il diossido di titanio, TiO2.
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Processo Hunter
Egli partì da una miscela di rutilo, cloro e coke, ottenendo così tetracloruro di titanio (TiCl4) e anidride carbonica. Il secondo passaggio del processo prevedeva la riduzione del tetracloruro di titanio con sodio, per formare titanio metallico. La differenza con il metodo utilizzato da Nilson e Pettersson consisteva nel fatto che Hunter era partito da tetracloruro di titanio molto puro, ottenendo pertanto un risultato decisamente migliore. I limiti del metodo Hunter risiedevano tuttavia nelle modalità con cui avveniva la riduzione: il metallurgista utilizzava infatti una bombola di acciaio inossidabile a tenuta d’aria, eseguendo la reazione alla temperatura di 700-800 °C. Una reazione che avveniva in maniera esplosiva, utilizzando il sodio elementare, di notevole pericolosità. Non a caso, Hunter conduceva la maggior parte dei suoi esperimenti all’aperto, nel campo di calcio del campus universitario.
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Processo Kroll
I rischi e la scarsa efficienza del metodo Hunter, relegarono la produzione di titanio a poco più di una curiosità da laboratorio, fino a quando, nel 1932, il chimico lussemburghese William J. Kroll appunto produsse le prime quantità significative di titanio duttile combinando il tetracloruro di titanio col calcio. Nel 1938 i suoi sforzi avevano portato alla produzione di circa 20 chilogrammi di titanio: da lì a poco lo scoppio della Seconda Guerra Mondiale lo costrinse a emigrare negli Stati Uniti dove proseguì le sue ricerche Uniti presso la Union Carbide Company e successivamente presso l’U.S. Bureau of Mines. Col tempo, Kroll perfezionò ulteriormente il metodo, sostituendo come agente riducente il magnesio al calcio. Si trattava di un processo costoso, decisamente meno efficiente di quello che porta alla produzione dell’acciaio in altoforno, ma che tuttavia resta a tutt’oggi il metodo più utilizzato per la produzione industriale del titanio e che fa di Kroll il padre della moderna industria del titanio. A tutt’oggi infatti il processo Kroll è la base per la maggior parte della produzione di titanio, anche se il costo elevato resta il vero limite nell’utilizzo di questo “wonder metal”. Proprio per i costi di produzione, per molto tempo l’utilizzo del titanio rimase confinato al settore militare, dove il budget non rappresentava un limite invalicabile. Fu l’industria bellica statunitense a inaugurarne l’uso nei primi anni ’40 del secolo scorso, in pieno conflitto mondiale.
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Gundam: La robotica giapponese anni 70
Un’ultima curiosità. Chi è nato negli anni ’70 non potrà non ricordare la celebre serie anime “Gundam”, vero e proprio cult per tutti gli amanti dei robot giapponesi e oggetto di venerazione in madrepatria (basti pensare che a Odaiba, Tokio, ne è stata realizzata una riproduzione in scala 1:1 alta venti metri…). Ebbene, nella ricerca spesso ossessiva di fedeltà e realismo dei cratori della serie (caratteristica questa che la differenzia nettamente da molte altre serie anime), il “mobile suit” è realizzato in un ipotetico Gundarium spesso definito come una lega realizzata a partire dal Titanio lunare. Mai come in questo caso, pensando agli utilizzi futuri di questo metallo, sembra davvero valido il detto “sky is the limit…”.
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