עמוד הבית > מדעים > פיסיקה ומבנה החומר [כימיה] > חומרים: תכונות ותהליכים
מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכית


תקציר
מידע על היסוד טיטניום ושימושיו.



טיטניום
מחבר: שילה קם


היסוד: טיטניום (Ti).

מידע כללי:

הטיטניום הוא מתכת מעבר שצבעה כסף-אפור העמידה גם בטמפ' גבוהות מאד ומונע היווצרות חלודה, כמו שכנו - הונדיום. בשל ההתבלות האיטית מאד שלו ובשל הצפיפות הנמוכה שלו הוא משמש בתעשיית החלל. ייחודו של הטינטניום הוא בכך שהוא היסוד היחיד שנשרף עם חנקן. טיטניום מותך יכול להתרכב עם חומר הנמצא בקרבתו. ניתן לקבל טיטניום ע"י הפיכת טיטניום חמצני לטיטניום כלוריד וחיזורו לטיטניום מתכתי באמצעות חימום עם נתרן. טיטניום נקרא על שמם של בני האלים במיתולוגיה היוונית – הטיטנים. הסיבה אינה ידועה.

מס' אטומי

מסה אטומית

נקודת התכה

נקודת רתיחה

מצב צבירה בטמפ' החדר

צפיפות

22 47.90

1680°C

3280°C

מוצק 4.5 גר' לליטר

היסטוריה:

הטיטניום התגלה ע"י הכומר ויליאם גרגור מאנגליה בשנת 1791. הכומר הנ"ל התעניין מאד במחצבים, וזיהה את הנוכחות של יסוד חדש (הטיטניום) במדגם של חול כהה. השם טיטניום הוענק ליסוד החדש ע"י הכימאי הגרמני מארטין היינריך שמצא אותה בקלאפרות. הראשון שהצליח לבודד את הטיטניום היה מתיו האנטר, בשנת 1910. הוא עשה זאת ע"י חימום של טיטניום ארבע-כלורי ביחד עם נתארן בטמפ' שנעה בין 700°C ל- 800°C.

הטיטניום בטבע:

הטיטניום הוא יסוד נפוץ בטבע ומבחינת שכיחותו הוא ממוקם במקום התשיעי. ניתן למצוא כמות קטנה של טיטניום ברוב סוג הקרקעות, הסלעים והחול. הטיטניום נמצא במחצבים אילמניט ורוטיל, האילמניט יותר שכיח מהרוטיל (ולכן גם יותר זול), אולם כמות הטיטניום שבו קטנה מזו הנמצאת ברוטיל. האילמניט נמצא בארה"ב, במדינות שהרכיבו את ברה"מ, בהודו, שבקנדה, בשוודיה ובנורבגיה. הרוטיל נמצא רק בברזיל, בקנדה, בנורבגיה ובחופים הצפוניים של אוסטרליה.
כמו כן ניתן למצוא את הטיטניום בטבע בצירוף של טיטניום, חמצן וברזל.

תרכובות הטיטניום:

  • טיטניום ארבע-כלורי (TiCl4) – זהו חומר שבטמפ' החדר יהיה במצב נוזלי. הוא חסר צבע, וניתן קבלו ע"י חימום של טיטניום דו-חמצני עם פחמן בזרם של הגז כלור בטמפ' של 700°C. הוא משמש הן להפקת טיטניום טהור והן כחומר ביניים בהפקת תרכובות שונות של טיטניום ממחצבי הטיטניום.
  • טיטניום דו-חמצני (TiO2) – זהו מוצק יוני בעל צבע לבן המגיב באיטיות עם חומצות. ניתן למצוא אותו בטבע בשלוש צורות גבישיות. משמש כפיגמנט לבן, וגם בתור צבע בשל יכולת "הכיסוי" שלו.

שימושי הטיטניום:

  • במטוסים – משתמשים סגסוגת של אלומיניום עם מתכות אחרות, כמו מגנזיום ואלומיניום, בתהליך הייצור של מטוסים, הן בייצור שלד המטוס והן במנועים. בחלקים אלה של המטוס נדרש חומר שיהיה בעל משקל קל ושיוכל לעמוד בשינוי הטמפ' הקיצוניים. הטיטניום הוא מתכת קלה וחזקה, ובנוסף לכך טיטניום הוא מגן טוב מפני החלדה.
  • בסירות – לטיטניום יש התנגדות למים, ולכן הוא משמש בייצור מדחפים, בהכנת מעטה הספינה ושאר חלקי הספינה החשופים למי הים. טיטניום מצופה בפלוטוניום הוא חומר המספק הגנה יעילה וטובה מפני החלדה שעלולה להיגרם כאשר חלקי הספינה השונים באים במגע עם המים.
  • במצפה כוכבים – הטיטניום הוא חומר שמגיב לקרינת אינפרא-אדום, ולכן משתמשים בו במצפה כוכבים שבהם עורכים תצפיות על השמש, שזהו מקום שבו החום יכול לגרום לתנאי תצפית לקויים.

הטיטניום – יתרון וחסרון:

לטיטניום יש ארבעה יתרונות חשובים על הפלדה: הטיטניום אינו מחליד ואילו הפלדה היא חומר שמחליד ; הטיטניום ניתך בטמפ' יותר גבוהה מזו שבה ניתכת הפלדה (הטיטניום ניתך בטמפ' של 1800°C והפלדה "רק" בטמפ' של 1500°C) ; הטיטניום גם הרבה יותר קל מהפלדה: משקלו הסגולי של הטיטניום הוא כמחצית מהמשקל הסגולי של הפלדה ; הטיטניום גם יותר חזק ועמיד מהפלדה, גם בטמפ' גבוהות. בגלל כל הסיבות המוזכרות משתמשים בטיטניום בייצור חלקי מטוסים, ספינות וטילים. אז מדוע לא משתמשים בטיטניום גם בייצור חלקי מכוניות למרות כל היתרונות שלו? כי לטיטניום יש חסרון אחד גדול: תהליך ההפקה שלו הוא מורכב ואף יקר. מדוע? הטיטניום הוא מתכת פעילה, וכאשר הטיטניום הוא במצב מותך הוא מתרכב עם כל חומר הנמצא בסביבתו. לכן כאשר מפיקים טיטניום יש להכניס אותו לכלים שכל האוויר הורק מתוכם (כי הטיטניום יכול להתרכב אפילו עם החנקן!), או שמזרימים לתוך הכלי גז כדומת הארגון, שהוא אינו פעיל לחלוטין והטיטניום לא יכול להתרכב איתו. זוהי הסיבה שבגללה הפקת הטיטניום היא יקרה ואף מסובכת. אבל (וזו הבשורה היותר טובה) אם וכאשר תמצא דרך פשוטה יותר וזולה יותר ניתן לשער שהטיטניום ישמש בעיקר בייצור והכנת כלי תחבורה שונים, כמו מכוניות, רכבות, אוטובוסים וכו'.

ביבליוגרפיה:
כותר: טיטניום
מחבר: קם, שילה
שם  הפרסום מקורי: יסודות הטבלה המחזורית
תאריך: 2000
הוצאה לאור: מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכית
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית