تيتانيوم

كمعادن، يتميز التيتانيوم بنسبة عالية من القوة إلى الوزن. هو معدن قوي ذو كثافة منخفضة وسهل السحب (خاصة في بيئة خالية من الأكسجين)، لامع وذو لون أبيض معدني. نقطة الانصهار العالية نسبيًا (أكثر من 1,650 درجة مئوية أو 3,000 درجة فهرنهايت) تجعله مفيدًا كمعدن مقاوم للحرارة. هو مغناطيسي قليلاً وله موصلية كهربائية وحرارية منخفضة مقارنةً بالمعادن الأخرى. التيتانيوم يصبح موصلًا للتيار الفائق عندما يبرد إلى ما دون درجة حرارته الحرجة البالغة 0.49 كلفن. الدرجات التجارية النقية (نسبة نقاوة 99.2%) من التيتانيوم لديها قوة شد قصوى تبلغ حوالي 434 ميجا باسكال (63,000 رطل لكل بوصة مربعة)، تعادل قوة سبائك الفولاذ الشائعة والمنخفضة الجودة، لكنها أقل كثافة. التيتانيوم أكثر كثافة بنسبة 60% من الألومنيوم، لكنه أكثر من ضعف قوة سبيكة الألومنيوم 6061-T6 الأكثر استخدامًا. بعض سبائك التيتانيوم (مثل بيتا سي) تصل إلى قوة شد تزيد عن 1,400 ميجا باسكال (200,000 رطل لكل بوصة مربعة). على الرغم من ذلك، يفقد التيتانيوم قوته عندما يسخن إلى ما فوق 430 درجة مئوية (806 درجة فهرنهايت). التيتانيوم ليس صلبًا مثل بعض درجات الفولاذ المعالجة بالحرارة؛ هو غير مغناطيسي وموصل ضعيف للحرارة والكهرباء. تتطلب عمليات التشغيل الآلي احتياطات لأن المادة يمكن أن تنثني ما لم يتم استخدام أدوات حادة وطرق تبريد مناسبة. مثل الهياكل الفولاذية، الهياكل المصنوعة من التيتانيوم لها حد تعب يضمن طول العمر في بعض التطبيقات. المعدن هو شكل تآبوي ثنائي الشكل لحالة ألفا السداسية التي تتحول إلى حالة بيتا المكعبية المتمركزة عند درجة حرارة 882 درجة مئوية (1,620 درجة فهرنهايت). تزيد الحرارة النوعية لحالة ألفا بشكل كبير عندما يتم تسخينها إلى درجة حرارة التحول هذه ولكنها تنخفض وتظل ثابتة إلى حد ما في حالة بيتا بغض النظر عن درجة الحرارة.

التيتانيوم هو العنصر التاسع الأكثر وفرة في قشرة الأرض (0.63% حسب الكتلة) والسابع الأكثر وفرة بين المعادن. يوجد كمركبات أكسيد في معظم الصخور النارية، وفي الرواسب المشتقة منها، وفي الكائنات الحية، والمسطحات المائية الطبيعية. من بين 801 نوعًا من الصخور النارية التي تم تحليلها بواسطة هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، احتوت 784 منها على التيتانيوم. نسبته في التربة تتراوح تقريبًا بين 0.5 إلى 1.5%. المعادن الشائعة التي تحتوي على التيتانيوم تشمل الأناتاز، والبروكيت، والإلمينيت، والبروفوسكيت، والروتيل، والتيتانيت (سفين). يعتبر الأكاوجيت معدنًا نادرًا للغاية يحتوي على ثاني أكسيد التيتانيوم. من بين هذه المعادن، فإن الروتيل والإلمينيت فقط لهما أهمية اقتصادية، ولكن حتى هؤلاء من الصعب العثور عليها بتركيزات عالية. تم استخراج حوالي 6.0 و0.7 مليون طن من تلك المعادن في عام 2011، على التوالي. توجد رواسب كبيرة من الإلمينيت الحاوي على التيتانيوم في غرب أستراليا، وكندا، والصين، والهند، وموزمبيق، ونيوزيلندا، والنرويج، وسيراليون، وجنوب إفريقيا، وأوكرانيا. تم إنتاج حوالي 186,000 طن من إسفنج التيتانيوم المعدني في عام 2011، معظمها في الصين (60,000 طن)، واليابان (56,000 طن)، وروسيا (40,000 طن)، والولايات المتحدة (32,000 طن)، وكازاخستان (20,700 طن). تقدر الاحتياطيات الإجمالية للتيتانيوم بأكثر من 600 مليون طن. تركيز التيتانيوم في المحيط حوالي 4 بيكومولار. عند 100 درجة مئوية، يقدر تركيز التيتانيوم في المياه بأقل من 10 ميكرومولار عند درجة حموضة 7. لا تزال هوية أنواع التيتانيوم في المحاليل المائية غير معروفة بسبب قابليته المنخفضة للذوبان ونقص الأساليب الطيفية الحساسة، على الرغم من أن حالة الأكسدة 4+ فقط هي المستقرة في الهواء. لا يوجد دليل على وجود دور بيولوجي، على الرغم من أن الكائنات النادرة تعرف أنها تراكم تراكيز عالية من التيتانيوم. يوجد التيتانيوم في النيازك، وقد تم الكشف عنه في الشمس وفي النجوم من النوع M (الأبرد نوع) مع درجة حرارة سطح تبلغ 3,200 درجة مئوية (5,790 درجة فهرنهايت). الصخور التي أعيدت من القمر خلال مهمة أبولو 17 تحتوي على 12.1% TiO2. يوجد أيضًا في رماد الفحم، والنباتات، وحتى جسم الإنسان. التيتانيوم النقي (المعدني النقي) نادر للغاية.

ويستخدم التيتانيوم في الصلب كعنصر صناعة السبائك (سبائك الحديد والتيتانيوم) لتقليل حجم الحبوب ولتفادي الاكسدة مع المؤثرات الخارجية، ويخلط مع الفولاذ لمقاوم الصدأ لخفض محتوى الكربون. مخلوط هو غالبا التيتانيوم مع الالومنيوم (لتحسين حجم الحبوب)، والفاناديوم، النحاس (لتصلب)، والحديد، المنغنيز، الموليبدينوم، ومع معادن أخرى. وهو مطلوب بكثرة في صناعة المنتوجات ويكون الطلب عليه من قبل مصانع التيتانيوم على حسب المثال شركات ورق، الخشب، ، والأسلاك، المطروقات، وسبائك يمكن العثور عليها في الصناعة الترفيهية، والفضاء، والناشئة الأسواق. يستخدم مسحوق التيتانيوم في الألعاب النارية كمصدر للجسيمات حرق مشرق. .