معادن ثمينة
3 – تيتانيوم
تقديم :
التيتانيوم هو معدن انتقالي خفيف الوزن ، قوي له معدل قوة أعلى من الفولاذ, رمزه Ti , رقمه الذري 22 . كتلة الذرية 47.86غ·مول . الكثافة 4.506 غ · سم3 .. درجة الانصهار 1668 درجة مئوية , البنية البلورية : نظام بلوري سداسي . صلادة موس 6 , ذو لمعان ومقاوم للصدأ وماء البحر والكلور ، لونه معدني أبيض رمادي – فضي . يستخدم في السبائك القوية خفيفة الوزن ( وخصوصاً مع الحديد والألومنيوم ) . قابل للسحب والطرق ، ناقل جيد للكهرباء والحرارة . وهذه الصفات تجعل منه معدنا ذو أهمية كبرى
الخصائص الكيميائية :
* التيتانيوم معدن مقاوم للتآكل والصدأ . مثله في ذلك مثل البلاتين . وفي هذه الخاصية يفوق الفولاذ الذي لا يصدأ ( الستانلس ستيل ) . لذا يدخل في التعويضات الطبية .
* لا تؤثر عليه محاليل الحموض أو القلويات عالية التآكل ،.
* مقاوم للأكسدة في الشروط العادية حتى مع الأكسجين الصرف والحرارة .
* كما أنه مقاوم في الشروط العادية للكلور والهالوجينات الأخرى ،
* لهده الخواص السابقة يصنع منه اقطاب خلايا التحليل الكهربائي التي تعمل بالتيار المستمر أو المتناوب .
حيث تقوم الخلايا التي تعمل بالمتناوب بإنتاج محلول هيبوكلوريت الصوديوم مباشرة من تحلل محلول كلور الصوديوم , حيث ينطلق الكلور عند إحد الاقطاب ويتشكل محلول الصود الكاوي على القطب الاخر في إحدى دورة التيار , وينعكس التحلل في الدورة الثانية , والنتيجة هي إنتاح محلول الهيبوكلوريت مباشرة , مع إنتاج الهيدرجين :
2NaCl + 2 H2O = 2 NaOH + Cl2 + H2
2Na OH + Cl2 = 2 Na(OCl) + H2O
————————————————————
2NaCl + H2O = 2 Na(OCl) + H 2
وتستعمل هذه الاجهزة لانتاج الهيبوكلوريت اللازم لتعقيم مياه الشرب والمسابح مباشرة
مركبات التيتانيوم :
* أكثر مركباته شيوعاً هي ثاني أكسيد التيتانيوم الذي يستعمل في الدهانات البيضاء . ومعجون الأسنان ، وعلامات الطريق البيضاء ، وفي الألعاب النارية البيضاء اللون .
* تيتانات الباريوم لها خصائص كهرو ضغطية ، مما يجعل من الممكن استخدامها بمثابة محول للصوت والكهرباء .
* تستخدم سترات التيتانيوم في الأقمشة المقاومة للماء.
* يستخدم رابع كلوريد التيتانيوم Ti Cl 4 وهو سائل اصفر اللون على نطاق واسع في الكيمياء العضوية ،
* يستخدم ثالث كلوريد التيتانيوم 3 Ti Cl كعامل مختزل .
* بعتبر التيتانيوم من جملة العناصر الأكثر وفرة في الطبيعة المكونة للقشرة الأرضية حيث تبلغ نسبته ( 0.63 ٪ من كتلتها ) ، وهو موجود في معظم الصخور البركانية والرواسب والمشتقة منها , وتبلغ نسبته في التربة حوالي 0،5 حتي 1،5 ٪.
* يستخرج بكميات كبيرة من فلزه : الروتيل المتوفر في العديد من دول العالم , وخاصة في أمريكا الشمالية وجنوب أفريقيا وشمال السويد . وتتجاوز مجموع الاحتياطيات من التيتانيوم 600 مليون طن.
تاريخ التيتانيوم :
تعود أول البدايات لاكتشاف معدن التيتانيوم إلى نهاية القرن الثامن عشر حيث عثر كل من الجيولوجي البريطاني ( ويليام جريجور) . والكيميائي الألماني مارتن كلابروث منفردين على وجود التيتانيوم كخام معدني رملي . واعطي اسما جديدا وهو التيتانيوم ، وهو مشتق من تيتان أي ابن الأرض..
ونظرا لان وسائل النشر العلمي لم تكن متاحه بما فيه الكفاية آنذاك فإنه لم تنشأ أي علاقة علمية بين العالمين ، لذلك مرت سنتان كاملتان قبل أن يدرك كلاهما انهما قد اكتشفا نفس الفلز ( أوكسيد التيتانيوم ) وليس المعدن .
وبقي الحصول على معدن التيتانيوم من فلزه من الصعوبة بمكان حتى عام 1948 م . حيث تمكت شركة دو المشهورة إنتاج المعدن تجاريًا للمرة الأولى . وفي الوقت الحاضر لا زال الإنتاج منخفضًا بسبب صعوبة وتكلفة فصل التيتانيوم من الخام الذي يوجد به . وما زالت الأبحاث جارية لزيادة إنتاجه وتقليل تكلفته.
ويعمل فلز التيتانيوم كعنصر سبك مهم . حيث تستخدم القوات المسلحة كميات هائلة من التيتانيوم في الطائرات والمحركات النفاثة لأنها قوية وخفيفة . والألواح المدرعة للسفن وريش التربينات البخارية ، وبين عام 1950م وعام 1960م كان الاتحاد السوفياتي رائدا في استخدام التيتانيوم في التطبيقات العسكرية والغواصات .
كما تستخدم صناعة النقل كميات هائلة من سبائك التيتانيوم في الحافلات والقطارات والسيارات