Titane (élément)

Les caractéristiques
[ Ar ] 3 j 2 4 s 2 22 mois tableau périodique
Général
nom , symbole , numéro atomique	Titane, Ti, 22
catégorie d'article	métaux de transition
groupe , période , bloc	4 , 4 , soit
Regards	argenté métallique
Numero CAS	7440-32-6
Numéro CE	231-142-3
Carte d'information de l' ECHA	100.028.311
Fraction massique de la coquille terrestre	0,41 % [1]
Atomique [2]
masse atomique	47.867(1) [3] et al
rayon atomique (calculé)	140 (176) h
rayon covalent	160 h
configuration électronique	[ Ar ] 3 j 2 4 s 2
1. Énergie d'ionisation	6 . 828 120(12) eV [4] ≈ 658 . 81kJ / mole [ 5]
2. Énergie d'ionisation	13 . 5755(25) eV [4] ≈ 1 309 . 84 kJ/mol [5]
3. Énergie d'ionisation	27 . 49171(25) eV [4] ≈ 2 652 . 55 kJ/mol [5]
4. Énergie d'ionisation	43 . 26717(19) eV [4] ≈ 4 174 . 65 kJ/mol [5]
5. Énergie d'ionisation	99 . 299(12) eV [4] ≈ 9 580 . 9 kJ/mol [5]
Physique [2]
état physique	Fête
structure en cristal	hexagonale (jusqu'à 882 °C, au-dessus de bcc)
densité	4,50 g/cm3 (25 °C ) [ 6 ]
Dureté de Mohs	6
magnétisme	paramagnétique ( Χ m = 1,8 10 −4 ) [7]
point de fusion	1941K (1668°C )
point d'ébullition	3533K [8] (3260°C)
volume molaire	10.64 10 -6 m 3 mol -1
enthalpie de vaporisation	427 kJ/mol [8]
enthalpie de fusion	18,7 kJmol- 1
vitesse du son	4140 ms - 1 à 293,15 K
La capacité thermique spécifique	523 [1] J kg −1 K −1
quitter le travail	4,33 eV [9]
Conductivité électrique	2,5 10 6 A V −1 m −1
conductivité thermique	22 W m -1 K -1
Mécanique [2]
Module d'Young	105 GPa (= 105 kN/mm 2 ) [10]
Coefficient de Poisson	0,34 [10]
Chimique [2]
états d'oxydation	+2, +3, +4
potentiel normal	−0,86 V (TiO 2+ + 2 H + + 4 e − → Ti + H 2 O)
électronégativité	1,54 ( échelle de Pauling )
isotopes
isotope NH t 1/2 ZA ZE (M eV ) ZP 44 ti {syn.} 49 un e 0,268 44 ms 45 ti {syn.} 184,8 minutes e 2 062 45 ms 46 ti 8,0 % Écurie 47 mois 7,3 % Écurie 48 ti 73,8  % Écurie 49 mois 5,5 % Écurie 50 ti 5,4 % Écurie 51 ti {syn.} 5,76 minutes β- _ 2 471 51 contre 52 ti {syn.} 1,7 minutes β- _ 1 973 52 v
Pour plus d'isotopes, voir Liste des isotopes
Propriétés RMN
Numéro quantique de spin I γ en rad T −1 s −1_ _ Il  ( 1 H ) f L à B = 4,7 T en MHz 47 mois −5/2 0 − 1,5105 10 7 2.09 10−3 0 11 299 49 mois −7/2 0 − 1,5109 10 7 3,76 × 10−3 0 11 302
consignes de sécurité
Étiquetage SGH des substances dangereuses [11] poudre Danger Phrases H et P H :250​‐​252 P :210​‐​222​‐​280​‐​235+410​‐​422​‐​420 [11]
Dans la mesure du possible et de la coutume, les unités SI sont utilisées. Sauf indication contraire, les données indiquées s'appliquent dans des conditions standard .

Le titane est un élément chimique avec le symbole d'élément Ti et le numéro atomique 22. Il appartient aux métaux de transition et se trouve dans le 4ème sous- groupe (4ème  groupe IUPAC ) ou groupe de titane dans le tableau périodique . Le métal a un éclat métallique blanc, est de faible densité , ductile et résistant à la corrosion et à la température .

Le titane est désormais généralement compté parmi les métaux légers . Avec une masse volumique de 4,50 g/cm ³ à température ambiante, c'est le plus lourd d'entre eux, et se rapproche de la limite de 5 g/cm ^{3 la plus couramment utilisée aujourd'hui entre métaux légers et} métaux lourds , et exactement aux 4,5 g/cm 3 qui était courant dans le passé. cm3 . ^_

Le titane est l'un des dix éléments les plus courants de la croûte terrestre , mais on le trouve presque exclusivement sous forme chimiquement liée en tant que composant des minéraux . Cependant, la présence de titane élémentaire a été prouvée à partir de plusieurs gisements.

histoire

Le titane a été découvert dans le fer de titane en Angleterre en 1791 par l'ecclésiastique et chimiste amateur William Gregor . En 1795, le chimiste allemand Heinrich Klaproth le découvrit également dans du minerai de rutile et donna à l'élément son nom actuel, basé sur la légende grecque des Titans .

Cependant, ce n'est qu'en 1831 que Justus von Liebig réussit à extraire le titane métallique du minerai. ^[12] En 1910, Matthew A. Hunter (1878–1961) a été le premier à produire du titane pur à 99,9 % en utilisant le procédé Hunter , en mélangeant du tétrachlorure de titane (chlorure de titane(IV) ) avec du sodium à 700  °C dans une bombe en acier. Chauffé à 800 °C.

Ce n'est qu'à la fin des années 1930 que William Justin Kroll a pu mettre au point un procédé adapté à la technologie, le procédé dit Kroll , qui a été breveté en 1940. ^[13] En conséquence, l'introduction de la réduction à grande échelle du tétrachlorure de titane avec du magnésium a permis de développer le titane pour des applications commerciales.

Se produire

À quelques exceptions près (ceux-ci incluent le titane élémentaire et les minéraux sous forme d' alliages , de composés intermétalliques et de sulfures ) , le titane n'est présent dans la croûte terrestre que sous forme de composés contenant de l'oxygène sous forme d' oxyde . Ce n'est pas rare, mais avec une teneur de 0,565% c'est le 9ème élément en abondance dans la croûte continentale de la terre. ^[14] Il n'est généralement présent qu'à de faibles concentrations .

Les minéraux importants sont :

• Ilménite (minerai de fer de titane), FeTiO ₃
• Leucoxène , mélange d' ilménite à faible teneur en fer et d'autres minéraux contenant du titane
• Pérovskite , CaTiO ₃
• Titanite (sphène), CaTi[SiO ₄ ]O
• rutile , _TiO2
• anatase _, TiO2
• Brookite , TiO ₂

Les principaux gisements se trouvent en Australie , en Scandinavie , en Amérique du Nord , dans l' Oural et en Malaisie . Des gisements ont été découverts au Paraguay en 2010 . ^[15]

Les météorites peuvent contenir du titane. Le titane a également été détecté dans le Soleil et dans les étoiles de classe spectrale  M. Il y a aussi des gisements sur la lune . ^{[16] [17]} Les échantillons de roche de la mission lunaire Apollo 17 contenaient jusqu'à 12,1 % d'oxyde de titane (IV).

Il est également contenu dans les cendres de charbon et les plantes.

Production de titane en milliers de tonnes ^[18]

rang	pays	2003	2004	2005
1	Australie Australie	1 300	2 110	2 230
2	Afrique du Sud Afrique du Sud	1 070	1 130	1 130
3	Canada Canada	810	870	870
4	République populaire de Chine les gens de la République de Chine	400	840	820
5	Norvège Norvège	380	370	420

extraction

Titane "éponge", 99,7%, obtenu par le procédé Kroll

Barre de cristal de titane, 99,995 %, fabriquée selon le procédé Van Arkel de Boer

Le titane pur se trouve rarement dans la terre et est extrait du minerai de fer de titane ( ilménite ) ou du rutile . Le procédé de fabrication utilisé est très complexe, ce qui se reflète dans le prix élevé du titane. Il est 35 fois plus cher que les alliages d'acier courants et 200 fois plus cher que l'acier brut (à partir de 2013). En 2008, par exemple, une tonne de titane spongieux coûtait en moyenne 12 000 euros. ^[12]

La fabrication est restée quasiment inchangée depuis la découverte du procédé Kroll . Généralement à partir d' ilménite ou de rutile , le dioxyde de titane enrichi est converti en tétrachlorure de titane et en monoxyde de carbone lorsqu'il est chauffé avec du chlore et du carbone . Par la suite, le tétrachlorure de titane est réduit en titane avec du magnésium liquide .

${\displaystyle {\ce {FeTiO3 + C -> Fe + TiO2 + CO}}}$

${\displaystyle {\ce {TiO2 + 2C + 2Cl2 -> TiCl4 + 2CO}}}$

${\displaystyle {\ce {TiCl4 + 2Mg -> Ti + 2MgCl2}}}$

Le sodium peut être utilisé à la place du magnésium dans la dernière étape de réaction . ^[19]

${\displaystyle {\ce {TiCl4 + 4Na -> Ti + 4NaCl}}}$

Pour produire des alliages utilisables, l'éponge de titane résultante doit être refondue dans un four à arc sous vide .

Le plus grand producteur de titane et d'alliages de titane est VSMPO-AVISMA , basé à Werchnjaja Salda et Ekaterinbourg dans l' Oural , qui est détenu indirectement par l' État russe depuis le 12 septembre 2006 via la holding Rosoboronexport .

Le titane le plus pur est obtenu par le procédé Van Arkel de Boer .

Les caractéristiques

Cylindre en titane pur

Titane de haute pureté avec une surface opalescente

La résistance à la traction des alliages de titane est de 290 à 1200 N/mm² ^[20] dans la gamme des aciers doux de 310 à 690 N/mm² ^[21] et des aciers alliés de 1100 à 1300 N/mm² ^[22] .

Lorsqu'il est exposé à l'air, le titane forme une couche de protection oxydique extrêmement résistante (couche de passivation ), qui le protège contre de nombreux milieux. Avec une valeur de 6 (selon Mohs ), le titane pur n'est que modérément dur , mais une résistance élevée avec une densité relativement faible est déjà obtenue avec de petits ajouts d'alliage. Cela rend les alliages de titane particulièrement adaptés aux applications où une résistance élevée à la corrosion, une résistance et un faible poids sont importants. Au-dessus d'une température de 400 °C, cependant, les propriétés de résistance diminuent rapidement. Le titane de haute pureté est ductile , ce qui signifie qu'il peut être déformé plastiquement. À des températures plus élevéesil devient rapidement cassant lorsqu'il absorbe de l'oxygène , de l'azote et de l' hydrogène et perd ainsi sa facilité de mise en forme.

Il convient également de noter la haute réactivité du titane avec de nombreux milieux à des températures ou pressions élevées si la couche de passivation ne peut pas résister à ces conditions. Ici, la vitesse de réaction peut augmenter jusqu'au point d' explosion . Dans de l'oxygène pur à 25 °C et 25 bars, à partir d'une arête fraîchement coupée, le titane brûle complètement pour former du dioxyde de titane . Malgré la couche de passivation, il réagit avec l'oxygène à des températures supérieures à 880 °C et avec le chlore à des températures supérieures à 550 °C . Le titane réagit également ("brûle") avec l' azote pur . La chaleur est générée pendant l'usinage et peut purifier l' argonutilisé comme gaz protecteur . Semblable à l' acier inoxydable , l' écrouissage se produit lorsque le titane est déformé. Afin de protéger les tranchants de l'outil, il peut être conseillé d'utiliser un liquide de refroidissement. ^{[23] [24]}

Le titane résiste à l'acide sulfurique dilué , à l'acide chlorhydrique , aux solutions contenant du chlorure, à l'acide nitrique froid , aux lessives telles que l'hydroxyde de sodium et à la plupart des acides organiques , mais se dissout lentement dans l'acide sulfurique concentré pour former le sulfate de titane violet. En raison du risque d' explosion , les conditions de fonctionnement doivent être strictement respectées pour les applications en chlore gazeux.

Les propriétés mécaniques et le comportement à la corrosion peuvent être considérablement améliorés par des ajouts d' alliages mineurs d' aluminium , de vanadium , de manganèse , de molybdène , de palladium , de cuivre , de zirconium et d' étain .

Le titane devient supraconducteur en dessous d'une température de 0,4 K ^[25] . En dessous de 880 °C, le titane se trouve dans un emballage serré hexagonal . Une structure de réseau cubique centrée sur le corps se forme au-dessus de 880 °C .

Le titane sous forme de poudre est pyrophorique, c'est-à-dire auto-inflammable. Il réagit avec l'air ambiant même à température ambiante, la chaleur de réaction chauffe le matériau jusqu'à ce qu'une flamme fumante se forme, accélérant la réaction .

L'aptitude à s'enflammer dépend, entre autres, beaucoup de la taille des grains et du degré de distribution. Le métal sous forme compacte est incombustible. Cependant, à des températures plus élevées, il absorbe facilement l'oxygène, l'azote et l'hydrogène, ce qui provoque une fragilisation et une augmentation de la dureté. ^[11]

Le titane peut adopter les états d'oxydation 2, 3 et 4. Seuls les composés au degré d' oxydation 4 sont stables.

coloration

Le titane peut être coloré par la création ciblée d'une couche d'oxyde par anodisation . La couleur est obtenue par réfraction de la lumière dans des couches d'épaisseurs différentes et non par des pigments de couleur, voir interférence en couche mince . Une épaisseur de couche de 10-25 nm donne une couleur or, violet à 25-40 nm, bleu foncé à 40-50 nm, bleu clair à 50-80 nm, jaune à 80-120 nm, orange à 120-150 nm , orange à 150-180 nm violet, à 180-210 nm vert.

alliages de titane

Les alliages de titane sont souvent caractérisés selon la norme US ASTM avec les grades 1 à 39. ^[26] Les grades 1 à 4 font référence au titane pur de divers degrés de pureté . ^[27]

Le titane pur porte le numéro de matériau 3.7034 ; le matériau économiquement le plus important utilisé (également pour les aubes de turbocompresseur ) ^[28] Ti-6Al-4V (« Ti64 » ; 6 % aluminium, 4 % vanadium, ASTM : Grade  5) porte le numéro 3.7165 (application industrielle) et 3.7164 (aviation demande). ^[29]

Autres alliages de titane importants principalement utilisés dans l'industrie aérospatiale :

En raison de sa structure cristalline hexagonale, le titane est difficile à former. Dans la fabrication de tôles de titane à partir de lingots de titane, le laminage représente environ 50 % du coût total du produit.

Le nitinol (nickel-titane) est un alliage à mémoire de forme et est hautement pseudo-élastique , c'est pourquoi il est utilisé pour les montures de lunettes et les aiguilles d'extirpation .

utilisation

Aubes de compresseur en titane d'un moteur à réaction

Montre avec bracelet ou boîtier en titane

Le titane est principalement utilisé comme composant de micro-alliage pour l'acier. Il confère une ténacité, une résistance et une ductilité élevées à l'acier, même à des concentrations de 0,01 à 0,1 % en poids . Dans les aciers inoxydables, le titane prévient la corrosion intergranulaire .

Les alliages à base de titane sont très chers autour de 25 €/kg. Ils ne sont donc utilisés que pour les exigences les plus élevées :

Équipements de protection militaires et policiers :

• Casque en titane et gilet pare-balles en titane

Applications en eau de mer et milieux contenant du chlorure :

• Pièces d' hélices de navires telles que les arbres , ainsi que les contreventements pour les applications maritimes (par exemple , le gréement dormant pour les voiliers de course)
• Pièces intégrées dans les usines de dessalement d'eau de mer
• Composants pour l'évaporation des solutions de chlorure de potassium
• Anodes de câbles sous-marins HVDC
• Appareillage dans les usines de chimie du chlore

Articles de plein air et de sport :

• Pour les vélos de haute qualité en relation avec l'aluminium et le vanadium comme matériau de cadre et pour les vis
• Couteaux (de plongée) avec des lames en titane ou en alliage de titane, ainsi que des couverts
• Comme piquets de tente (haute résistance malgré un faible poids)
• Pour les clubs de golf comme tête de club. Environ 25% du titane est utilisé pour cela. ^[30]
• Avec des raquettes de tennis dans le cadre
• Lors du curling comme bâton extrêmement stable avec le bâton de curling
• Comme vis à glace particulièrement légère pour l'alpinisme
• En tant que tige de crosse pour une plus grande résistance à un poids inférieur
• En tant que bas de ligne résistant aux morsures lors de la pêche aux poissons prédateurs aux dents pointues

Utilisation sous forme de composés :

Le cristal de titane-saphir est l'objet lumineux rouge vif dans la moitié gauche de l'image. Le feu vert provient du laser de la pompe

• Fabrication de pierres précieuses artificielles tendres
• Les monocristaux de saphir dopés au titane servent de milieu actif dans le laser titane-saphir pour des impulsions ultra-courtes dans la gamme femtoseconde
• Comme tétrachlorure de titane pour la production de miroirs en verre et de brouillard artificiel
• Formation de phases intermétalliques (Ni ₃ Ti) dans les alliages de nickel à haute température
• Alliages niobium -titane supraconducteurs (par exemple comme câbles supraconducteurs dans les électroaimants HERA à DESY )
• En pyrotechnie
• En tant que nitrures de titane pour les revêtements sur les plaquettes amovibles et les fraises dans la technologie de fabrication

Des composés de titane avec du bore , du carbone ou de l'azote sont utilisés comme matériaux durs. Les composés de titane sont également utilisés pour fabriquer des cermets , des types spéciaux de métaux durs .

Le SR-71 est principalement en titane

Pièces de construction :

• Pièces d'usure dans les systèmes de soudage , contact direct avec l' électro -soudure jusqu'à 500 °C
• Ressorts dans les châssis de véhicules automobiles
• Dans les avions et les vaisseaux spatiaux pour les pièces particulièrement sollicitées qui doivent encore être légères (par exemple, revêtement extérieur à des vitesses supersoniques, aubes de compresseur et autres pièces de moteur, train d'atterrissage ^[31] )
• Dans les turbines à vapeur pour les aubes les plus chargées de la section basse pression
• En armure : Certains types de sous-marins de l'Union soviétique avaient des coques à pression en alliage de titane (par exemple , la classe Mike , la classe Alfa , la classe Papa ou la classe Sierra ). Le titane est également utilisé dans l'aviation militaire dans une plus large mesure que dans l'aviation civile. En conséquence, au plus fort de la production d'armements soviétiques, une grande partie de la fabrication et de l'utilisation mondiales du titane ont eu lieu en Union soviétique.
• En raison de sa faible densité dans la fabrication d'indicateurs de niveau et de flotteurs
• Doublure pour récipients sous pression enveloppés de fibre de carbone (Type III). Cependant, pour assurer une combustion/atomisation complète lors de la rentrée des satellites spatiaux, l' aluminium à point de fusion inférieur est avantageux. ^[32]
• Zinc-titane comme matériau de construction sous forme de tôle, par ex. B. pour les toits, les gouttières ou les panneaux contre les intempéries.

Médecine:

• En tant que biomatériau pour les implants dans la technologie médicale et la dentisterie ( implants dentaires , environ 200 000 pièces par an rien qu'en Allemagne) en raison de sa très bonne résistance à la corrosion contrairement aux autres métaux. Il n'y a pas de réaction de rejet immunologique ( allergie aux implants ). Il est également utilisé dans les couronnes dentaires et les ponts dentaires en raison de son coût nettement inférieur à celui des alliages d'or . En chirurgie accidentelle et en orthopédie chirurgicale , c'est aujourd'hui le matériau standard des endoprothèses .(prothèse de hanche, prothèse de genou, prothèse d'épaule) et ostéosynthèse (plaques, clous, vis). La couche d'oxyde de titane permet à l'os de se développer fermement sur l'implant ( ostéointégration ) et permet ainsi à l'implant artificiel d'être fermement intégré dans le corps humain.
• En chirurgie de l'oreille moyenne, le titane est le matériau de prédilection pour les prothèses de remplacement ossiculaire et pour les tubes de tympanostomie.
• En neurochirurgie , les clips en titane pour les opérations d'anévrisme ont largement remplacé ceux en acier inoxydable en raison de leurs propriétés RMN plus favorables.
• Le dioxyde de titane peut entrer dans la coloration des médicaments et des compléments alimentaires sous forme de comprimés.

Électronique:

• En 2002, Nokia a lancé le téléphone 8910 et un an plus tard le téléphone 8910i, qui ont un boîtier en titane.
• En avril 2002, Apple Inc. a lancé le bloc- notes « PowerBook G4 Titanium » . De grandes parties du boîtier étaient en titane et le portable ne pesait que 2,4 kg dans la version à écran 15,2 d'une épaisseur de 1″.
• En septembre 2019, Apple Inc. a lancé l' Apple Watch de 5e génération dans une édition en titane. La version 40 mm pèse 35,1 grammes (titane) et 40,6 grammes (acier). La version 44 mm pèse 41,7 grammes (titane) et 47,8 grammes (acier).
• Certains ordinateurs portables de la série ThinkPad de Lenovo (anciennement IBM) ont un boîtier en plastique renforcé de titane ou un cadre de boîtier en composite titane-magnésium.

Cigarettes électroniques:

• Le fil de titane est utilisé ici comme serpentin chauffant car la résistance électrique du titane change de manière mesurable en fonction de la température. Sur cette base, les derniers supports de batterie électrique simulent un contrôle de la température de l'enroulement (bobine chauffante) afin d'éviter que la température n'endommage le matériau de la mèche (ouate de coton biologique). Outre les fils de nickel 200 et les fils d'acier V2A, le titane gagne en popularité à cet effet.

Autres domaines d'application :

• Bijoux , montres et montures de lunettes en titane
• Pièces avec un noyau en titane (par exemple, pièces autrichiennes de 200 schillings)
• Pompe à sublimation en titane pour générer un vide ultra poussé
• Galvanoplastie comme cadre de support pour l'oxydation anodique de l'aluminium (ELOXAL)
• dans le cadre des gilets pare-balles normalisés selon CRISAT
• comme instrument de musique : gongs en titane, en raison de leurs propriétés sonores particulières

preuve

Un bain de glace contenant du peroxyde d'hydrogène après avoir ajouté l'échantillon bouilli dans de l'acide sulfurique concentré${\displaystyle [Ti(O_{2})\cdot aq]^{2+}}$

TiO ²⁺ forme un complexe jaune-orange caractéristique avec le peroxyde d'hydrogène (complexe triaquohydroxooxotitan(IV)), qui convient également à la détection photospectrométrique. L'échantillon est bouilli avec un excès d'acide sulfurique concentré et versé dans un bain de glace avec du peroxyde d'hydrogène. Lorsqu'il y a un fort sifflement, le bain de glace devient jaune-orange ^{[33] [34]} .

${\displaystyle [\mathrm {Ti} (\mathrm {OH} )_{2}(\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} )_{4}]^{2+}+\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} _{2}\rightarrow \underbrace {[\mathrm {Ti} (\mathrm {O} _{2})\cdot \mathrm {aq} ]^{2+}} _{\mathrm {orange} }+6\,\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} }$

En raison de la grande similitude de couleur, cette épreuve est familièrement appelée « épreuve Tequila Sunrise ».

normes

Le titane et les alliages de titane sont normalisés, entre autres :

• DIN 17850, édition : 1990-11 titane ; composition chimique
• ASTM B 348 : Spécification standard pour le titane et l'alliage de titane, les barres et les billettes
• ASTM B 265 : Spécification standard pour le titane et l'alliage de titane, les feuilles et les plaques
• ASTM F 67 : Spécification standard pour le titane non allié, pour les applications d'implants chirurgicaux
• ASTM F 136 : Spécification standard pour l'alliage ELI (Extra Low Interstitial) forgé de titane-6aluminium-4vanadium pour les applications d'implants chirurgicaux
• ASTM B 338 : Spécification standard pour les tubes en titane et en alliage de titane sans soudure et soudés pour les condenseurs et les échangeurs de chaleur
• ASTM B 337 : Spécification pour les tuyaux sans soudure et soudés en titane et en alliage de titane
• ASTM F2885-11 : Spécification standard pour les composants en titane-6aluminium-4vanadium moulés par injection de métal pour les applications d'implants chirurgicaux

consignes de sécurité

Le titane est inflammable sous forme de poudre, mais inoffensif lorsqu'il est compacté. La plupart des sels de titane sont considérés comme inoffensifs. Les composés instables tels que le trichlorure de titane sont très corrosifs, car ils forment de l'acide chlorhydrique avec même des traces d'eau.

Le tétrachlorure de titane est utilisé dans les grenades fumigènes ; il réagit avec l'humidité et forme une fumée blanche de dioxyde de titane, ainsi qu'un brouillard d'acide chlorhydrique.

Les inconvénients biologiques du titane dans le corps humain sont actuellement inconnus. Contrairement à l'acier inoxydable, qui contient du nickel, les articulations de la hanche ou les implants de la mâchoire auparavant en titane ne provoquaient aucune allergie. ^[12]

liens

Alors que le titane métallique est réservé aux applications techniques exigeantes en raison des coûts de production élevés , le dioxyde de titane , un pigment de couleur relativement peu coûteux et non toxique, est devenu une partie de la vie quotidienne. Pratiquement tous les plastiques et peintures blancs d'aujourd'hui , y compris les colorants alimentaires , contiennent du dioxyde de titane (on le trouve dans les aliments sous la forme E 171 ). Mais aussi dans l' ingénierie électrique et des matériaux et récemment aussi dans la production d' accumulateurs haute performance pour leDes composés de titane pour l'entraînement du véhicule ( batterie au titanate de lithium ) sont utilisés.

oxydes

Poudre d'oxyde de titane (IV)

La structure cubique du chlorure de sodium de l'oxyde de titane (II)

L'oxyde de titane le plus important est l'oxyde de titane (IV) (TiO ₂ ), qui existe sous trois polymorphes importants : anatase , brookite et rutile . Ils adoptent des structures polymériques dans lesquelles le titane est entouré de six ligands oxydes . Une variété d' oxydes réduits ( sous -oxydes ) de titane sont connus, principalement des stoechiométries réduites d'oxyde de titane(IV) obtenues par projection plasma atmosphérique . Ti ₃ O ₅ est un violet Semi- conducteur , qui est produit en réduisant l'oxyde de titane (IV) avec de l'hydrogène à haute température et est utilisé industriellement lorsque les surfaces doivent être vaporisées avec de l'oxyde de titane (IV) : Il s'évapore sous forme d' oxyde de titane (II) pur , tandis que le titane (IV) - l'oxyde s'évapore sous forme de mélange d'oxydes et dépose des revêtements à indice de réfraction variable . ^[35] On connaît également l' oxyde de titane(III) à structure corindon et l'oxyde de titane(II) à structureStructure du chlorure de sodium .

sulfures

Le sulfure de titane (IV) forme des cristaux qui ont une structure en couches , à savoir la structure de l' iodure de cadmium . ^[36] Il peut être utilisé comme matériau d' électrode dans les batteries au lithium ou les accumulateurs lithium-ion , où le faible poids atomique du titane est un avantage.

titanates

Les titanates sont utilisés comme matériau céramique . Beaucoup, par exemple le titanate de plomb , le titanate de zirconate de plomb , le titanate de baryum et le titanate de strontium , forment des cristaux ioniques avec une structure pérovskite du groupe spatial Pm 3 m (groupe spatial n ° 221) avec des propriétés ferroélectriques . ^[37] Le titanate de baryum présente des propriétés piézoélectriques et est utilisé comme transducteur dans la conversion du son et de l'électricité . orthotitanate de tétraisopropyleVorlage:Raumgruppe/221En tant qu'acide de Lewis , est un catalyseur important pour les réactions d' estérification et de transestérification et pour les époxydations Sharpless et est le matériau de départ pour les couches et les nanoparticules d' oxyde de titane (IV) ultraminces .

halogénures

Solution de chlorure de titane(III)

Le titane forme divers halogénures en fonction de son état d'oxydation . Le chlorure de titane(IV) est un liquide volatil incolore qui s'hydrolyse dans l'air avec émission spectaculaire de nuages ​​blancs. Dans le procédé Kroll , il est produit lors de la transformation des minerais de titane en oxyde de titane(IV) . ^[38] En chimie organique, il est utilisé comme acide de Lewis , par exemple dans la réaction d' aldolisation de Mukaiyama . ^[39] Dans le procès Van Arkel de Boer Iodure de titane (IV) pour la production de titane métallique de haute pureté.

Le fluorure de titane(III), le chlorure de titane(III), le bromure de titane(III) et l'iodure de titane(III) forment des structures cristallines différentes . Le chlorure de titane (III) se présente sous quatre structures différentes qui ont des propriétés chimiques différentes .

Le chlorure de titane(II), le bromure de titane(II) et l'iodure de titane(II) sont des solides cristallins et ont une structure cristalline trigonale de type iodure de cadmium(II) ( polytype 2H) avec le groupe d'espace P 3 m 1 (groupes d'espace -No. 164) . ^[40] Vorlage:Raumgruppe/164

Autres composés inorganiques

Le nitrure de titane forme des cristaux jaune doré . Le carbure de titane est une poudre grise. Les deux partagent des propriétés similaires : ils forment un réseau cubique , sont extrêmement durs , ont une stabilité thermodynamique élevée, une conductivité thermique et électrique élevée et des points de fusion et d' ébullition très élevés . ^[41] Le borure de titane est utilisé avec le nitrure de bore comme matériau pour les bateaux d'évaporation. À plus petite échelle, il est utilisé comme matériau de test pour les cathodes en aluminium-Cellules électrolytiques fondues et utilisées comme matériau de blindage et en remplacement de la poussière de diamant et des revêtements . Les propriétés de l'aluminium peuvent être améliorées en stockant des particules de borure de titane dans l'aluminium.

Le sulfate de titane est utilisé comme réactif de détection du peroxyde d' hydrogène et du titane, car sa présence forme l'ion peroxo-titanyle (TiO ₂ ) ²⁺ de couleur intensément jaune orangé . Cette détection est très sensible et même des traces de peroxyde d'hydrogène peuvent être détectées. Il est également formé comme intermédiaire dans le procédé au sulfate pour produire de l' oxyde de titane (IV) .

Dans sa forme pure, le dihydrure de titane est une poudre à l'éclat métallique . Sinon il est gris clair et peut avoir une surface teintée de bleu ou de jaune par des traces d' oxygène ou d'azote . Il est utilisé comme agent gonflant dans la production de mousses métalliques. Il est mélangé avec de la poudre métallique et le mélange est ensuite chauffé jusqu'à presque le point de fusion du métal , au cours duquel le dihydrure de titane libère des bulles d'hydrogène , créant une mousse métallique.

Complexes organométalliques

Dichlorure de titanocène solide

Le dichlorure de titanocène de formule semi-développée [Ti(Cp) ₂ Cl ₂ ] ou encore [Ti(C ₅ H ₅ ) ₂ Cl ₂ ] est un métallocène du titane, c'est-à-dire un composé organométallique à noyaux aromatiques . Il peut être obtenu à partir de chlorure de titane(IV) et de cyclopentadiène . ^[42]

Littérature

• Gerd Lütjering, James C. Williams : Titane. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-71397-5 .

liens web

Commons : Titan (Element)  - Album contenant des images, des vidéos et des fichiers audio

Wiktionnaire : Titan  – explications du sens, origine des mots, synonymes, traductions

• Atlas minéral: Titane (Wiki)
• Titane cristallin comme le montre la collection d'éléments de Heinrich Pniok

les détails