Scandium  Zirconium Vanadium  
 Titan                                                  22Ti
 engl. Titanium; nach den Riesen (Titanen) der griech. Sagen
 
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Relat. Atommasse  
Ordnungszahl   
Schmelzpunkt   
Siedepunkt   
Oxidationszahlen    
Dichte   
Härte (Mohs)    
Elektronegativität    
Elektronenkonfig.   
Natürl. Häufigkeit   
  
   
   
 
47,867    
22    
1670 °C    
3287 °C    
4, 3, 2, 1, 0, −1, −2
4,506 g/cm³   
3 – 4    
1,54 (Pauling)    
[Ar]3d²4s²   
Ti-46: 8,25%  
Ti-47: 7,44%  
Ti-48: 73,72%  
Ti-49: 5,41%  
Ti-50: 5,18%
 

     

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Ein Titanblech liegt in konzentrierter Salzsäure, dann wird die Säure erhitzt.
    
  GHS-Piktogramme  
  Gefahr
Gefahren (H-Sätze)  
H 228
  
Diese Kennzeichnung gilt Pulver. 
Das kompakte Metall ist 
nicht kennzeichnungspflichtig.
CAS-Nummer 
7440-32-6 
  

 
 
 
 
Physikalisch-chemische Eigenschaften
In reiner Form kann man das grau glänzende Titan gut dehnen und schmieden. Titan wird als Werkstoff aufgrund seiner guten mechanischen Festigkeit geschätzt. Bei verunreinigtem Titan nimmt die Schmiedbarkeit rasch ab, und das Metall wird spröde und hart. Bei höheren Temperaturen über 400 °C nimmt die Festigkeit des Metalls ab, daher ist es als Werkstoff in reiner Form nur bedingt geeignet. Es nimmt dann auch leicht Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff auf, so dass die Sprödigkeit und die Härte auch mit dem Ansteigen der Temperatur zunehmen. Die elektrische Leitfähigkeit ist nicht besonders gut, sie beträgt im Vergleich zum Silber weniger als vier Prozent, die thermische Leitfähigkeit beträgt nur etwa fünf Prozent.


Titankristalle

Titankristalle

Dieses Kristallaggregat ist künstlich hergestellt.


Fein verteiltes Titanpulver ist brennbar. Es kann mit Chlor oder mit anderen Oxidationsmitteln wie Salpetersäure, Kaliumnitrat, Kaliumpermanganat oder Silbernitrat explosionsartig reagieren. Mit einem Schweißbrenner lässt sich auch kompaktes Titan verbrennen, bei Rotglut verbrennt es zu Titandioxid:

Ti  +  O2 reagiert zu  TiO2      ΔHR = −945 kJ/mol 
  
Bei höheren Temperaturen verbindet sich Titan mit vielen Nichtmetallen, mit Wasserstoff zu Titanhydrid TiH2, mit Chlor zu Titantetrachlorid TiCl4 oder mit Schwefel zu Titansulfid TiS2. Mit anderen Metallen bilden sich Titanlegierungen, die sich durch enorme Festigkeit und Widerstandsfähigkeit bei optimaler Elastizität auszeichnen.


 Titan und Königswasser

Titan und Königswasser

Ein Titanblech zeigt keine Reaktion, wenn es in kalter, 60%iger Salpetersäure liegt. Erst bei der Zugabe von konzentrierter Salzsäure zur Salpetersäure setzt eine Wasserstoff-Entwicklung ein.


Titan ist ein relativ unedles Metall. Aufgrund der sich bildenden Oxidschicht ist es aber an der Luft und gegenüber Wasser sehr beständig. Mit kalten Säuren reagiert es außer mit Flusssäure nicht. In heißer Salzsäure setzt eine Wasserstoff-Entwicklung ein, dabei wird das Titan langsam aufgelöst, und es bildet sich Titan(III)-chlorid TiCl3, das als Reduktionsmittel und Katalysator verwendet wird.

Metallisches Titan und auch Titandioxid lösen sich langsam in heißer, konzentrierter Schwefelsäure. Dabei bilden sich [Ti(OH)2]2+ oder [Ti(OH)3]+-Ionen, die auch im Komplex gebundenes Wasser oder Hydrogensulfat enthalten können. Die durch die konzentrierte Schwefelsäure aufgeschlossene Lösung ist eine spezifische und empfindliche Nachweisreagenz für Wasserstoffperoxid, sie reagiert mit Wasserstoffperoxid zu einem gelborangen Komplex. Gleichzeitig gilt die Reaktion mit Wasserstoffperoxid auch als Nachweisreaktion für Titan. Die nachfolgende Reaktionsgleichung stellt die charakteristische Teilreaktion dar, es entsteht ein Hydroxoperoxotitan(IV)-Ion, das die Orangefärbung verursacht:


[Ti(OH)3]+  +  H2O2 reagiert zu   [Ti(O2)OH]+  +  2 H2O      

Alternativ kann man unlösliche Titanverbindungen auch durch Erhitzen mit einer Kaliumhydrogensulfat-Schmelze aufschließen. Dabei wird Schwefeltrioxid frei, das mit der Luftfeuchtigkeit einen schwefelsäurehaltigen Nebel bildet. Daher darf dieser Versuch nur im Abzug durchgeführt werden. Nach dem Abkühlen gibt man verdünnte Schwefelsäure hinzu und erhitzt kurz bis zum Sieden. Nach dem erneuten Abkühlen gibt man mehrere Tropfen verdünnte Wasserstoffperoxid-Lösung hinzu:


Titan-Ionen mit Wasserstoffperoxid nachweisen

Titannachweis

Nach dem Aufschließen des Titandioxids in einer Kaliumhydrogensulfat-Schmelze und dem Zugeben von verdünnter Schwefelsäure erhält man eine wasserlösliche Titanverbindung, die mit Wasserstoffperoxid einen gelborangen Komplex bildet.

   
Toxikologie 
Titan ist in Dentallegierungen und in Knochenimplantaten enthalten. Einige Personen reagieren darauf mit allergischen Reaktionen. Das elementare Titan hat nur ein geringes toxisches Potenzial. Titandioxid mit einem Anteil von mindestens 1% Partikel mit aerodynamischem Durchmesser kleiner als 10 µm muss nach GHS mit H351 (Kann vermutlich Krebs verursachen) gekennzeichnet werden. Die Gefahr besteht beim Einatmen der Partikel in die Lunge.
  
Vorkommen 
Häufigkeit   häufig

Elementar kommt Titan in der Natur nur sehr selten in bestimmten Granitgesteinen oder im Granat vor. Der Ilmenit ist das für die Technik bedeutendste Titanerz, da aus ihm das Weißpigment Titandioxid gewonnen wird. Die wichtigsten Ilmenit-Lagerstätten in Europa befinden sich im norwegischen Ekersund-Soggendal, in Finnland und im Ilmengebirge im südlichen Ural. Weitere bedeutende Lagerstätten kommen in Südafrika, China, Australien Kanada, Vietnam, Russland oder in der Ukraine vor. Zu den Titanmineralien zählen der Titanit, der Perowskit, der Rutil, der Anatas oder der Brookit. Große Rutil-Lagerstätten finden sich in Australien, Sierra Leone, in der Ukraine oder in Indien. Große Anatas-Lagerstätten gibt es in Brasilien.   
 
 
 
  Titanmineralien  
 
 
 
Geschichte 
Der britische Geistliche und Mineraloge William Gregor (1761–1817) entdeckte im Jahr 1791 bei Creed in Cornwall in einem ilmenithaltigen Flusssand ein weißes Oxid, das er bis dahin noch nie gesehen hatte. Unabhängig davon konnte der deutsche Chemiker Martin H. Klaproth (1743–1817) um 1795 in Berlin dieses Oxid aus dem Mineral Rutil gewinnen. Er benannte das vermutete Element nach den Titanen, den Riesen der griechischen Sagen. J.J. Berzelius (1779–1848) stellte um 1825 unreines und damit noch nicht technisch verwertbares Titan durch Reduktion aus Titandioxid mit Natrium her. Es dauerte danach noch fast ein Jahrhundert, bis Matthew A. Hunter (1878–1961) um 1910 in den USA ein technisches Verfahren zur Herstellung von reinem Titan durch Reduktion von Titantetrachlorid mit Natrium entwickelte. Die industrielle Produktion wurde erst ab 1938 durch das vom Luxemburger Forscher William Justin Kroll (1899–1973) entwickelte Verfahren ermöglicht, das seit 1946 großtechnisch angewendet wird.  
 
 
Klaproth entdeckt Titan im Mineral Rutil

Klaproth
 
Martin H. Klaproth (1743–1817)
 
  
Herstellung

Die industrielle Herstellung erfolgt heute nach dem vom luxemburgischen Forscher William Justin Kroll (1889–1973) entwickelten Verfahren, das 1940 patentiert wurde. Zunächst wird aus dem Titaneisenerz Ilmenit der hohe Eisengehalt durch Reduktion des Eisens mit Koks im Lichtbogenofen verringert. Das schwerere, entstehende Roheisen schwimmt am Boden, das leicht von der darüber stehenden Titanschlacke getrennt werden kann. Diese wird nach dem Abkühlen zerkleinert, mit Koks vermischt, zum Glühen gebracht und dann durch das Überleiten von Chlor zu Titantetrachlorid TiCl4 umgewandelt:

TiO2  +  2 C  +  2 Cl2 reagiert zu   TiCl4  +  2 CO   

Das Titantetrachlorid wird nach einem Reinigungsprozess bei ungefähr 1000 °C in einer Heliumatmosphäre in einem Bad mit flüssigem Magnesium zum Metall reduziert:
  

  
TiCl4  +  2 Mg reagiert zu  Ti  +  2 MgCl2
  
Es entsteht schwammiges Titan, aus dem restliches Magnesium und Magnesiumchlorid mit verdünnter Salzsäure herausgelöst und durch Vakuumdestillation entfernt wird. Statt Magnesium kann auch Natrium als Reduktionsmittel genommen werden:  
  
TiCl4  +  4 Na reagiert zu  Ti  +  4 NaCl   
  
Sehr reines Titan kann man nach einem Zonenschmelzverfahren gewinnen. Dabei zersetzt man Titantetraiodid TiI4 thermisch an dünnen, 1300 °C heißen Wolframfäden. Dabei entsteht hochreines Titan und Iod:

TiIreagiert zu   Ti  + 2 I2

Da die Herstellung von Titan enorm kostenintensiv und energieaufwändig ist, spielen heute Recyclingverfahren aus Titanschrott eine bedeutende Rolle. 


Titanbarren
 
Titanbarren
 
Dieser Titanbarren besitzt eine Reinheit von 99,9%.

  
Verwendung
Titan und seine Legierungen sind zur Herstellung von technischen Gegenständen, bei denen es auf geringes Gewicht und hohe mechanische Belastbarkeit ankommt, von großer Bedeutung. Daher finden sie im Flugzeugbau, in der Weltraumfahrt, im Schiffs- und U-Bootbau, in der Reaktortechnik, im Anlagenbau und im chemischen Apparatebau – zum Beispiel bei der Salpetersäureherstellung – vielfältige Anwendungen. In der Medizintechnik werden Schrauben, Prothesen und künstliche Gelenke aus Titan und Titanlegierungen hergestellt. Das Metall wird auch in Brillenfassungen, Uhren und Schmuck verwendet.


Titan-Kristall mit Brillant an Halskette
 
Titanschmuck
 
Titan eignet sich für Schmuck, es ist relativ leicht und sehr hoch belastbar.


Während man früher bei Militär und Polizei den Kopf gegen direkten Beschuss nur unzureichend schützen konnte, existieren heute Helme mit Titan-Legierungen, die sogar eine Kugel aus dem amerikanischen Sturmgewehr M16 aufhalten können. Manche dieser Helme enthalten zusätzlich noch Verbundmaterialien. Am 30. Juli 2017 tötete ein Amokläufer in einer Diskothek in Konstanz den Türsteher. Er zielte danach auf den Kopf eines Polizisten des heranrückenden Sondereinsatzkommandos SEK. Der Polizist überlebte mit Verletzungen am Kopf. Sein Titan-Helm absorbierte die Energie des Geschosses weitgehend. Der Amokläufer wurde erschossen. [Lit 114, 115] Titan wird auch für Werkzeug verwendet, wenn hohe Härte erforderlich ist. Hochwertige Haarscheren oder Pinzetten sind aus Titan oder Titanlegierungen hergestellt.


Pinzette aus Titan und Haarschere mit Titanlegierung
 
Werkzeuge aus Titan
 
 

 
Titanverbindungen
 
 Nickeltitangelb Nickeltitangelb  Titanweiß Titanweiß  
 


 
 
Titanminerale



Anatas
Astrophyllit

Astrophyllit


Brookit


Cafarsit


Euxenit







Ilmenit


Narsarsukit


Neptunit


Perowskit


Pseudobrookit







Pyrochlor


Rhönit


Rutil


Titanit
 


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