Titanio

Il titanio è un elemento metallico ben conosciuto per la sua resistenza alla corrosione, quasi pari a quella del platino, e per il suo alto rapporto tra resistenza e peso. È leggero, duro, con bassa densità. Allo stato puro è abbastanza duttile, lucido, di colore bianco metallico. Tuttavia le leghe di titanio non sono facilmente lavorabili e la difficoltà di lavorazione alle macchine utensili è paragonabile a quella dell'acciaio inossidabile, notoriamente il più difficile da lavorare per asportazione di truciolo. Il punto di fusione relativamente alto di questo elemento lo rende utile come metallo refrattario. Il titanio è resistente come l'acciaio pur essendo il 40% più leggero, pesa il 60% in più dell'alluminio con resistenza doppia. Queste proprietà rendono il titanio molto resistente alle forme usuali di fatica dei metalli. Questo metallo forma una patina di ossido passivo se esposto all'aria a temperatura ambiente e quando si trova in un'atmosfera libero da ossigeno è molto duttile. Il titanio brucia se riscaldato nell'aria o in atmosfera di azoto, reagendo anche con idrogeno e alogeni. Il titanio è resistente all'acido solforico diluito e all'acido cloridrico, oltre che ai gas di cloro, alle soluzioni di cloruri, alla maggior parte degli acidi carbossilici e gli alcali acquosi a caldo. Esperimenti hanno mostrato che il titanio naturale diventa altamente radioattivo se bombardato con nuclei di deuterio, emettendo principalmente positroni e raggi gamma. Il metallo è dimorfico con forma alfa esagonale che diventa beta cubica molto lentamente, alla temperatura di circa 880 °C. Quando raggiunge il colore rosso il titanio si combina con l'ossigeno e quando raggiunge i 550 °C si combina con il cloro.

Il titanio è il nono elemento più abbondante nella crosta terrestre (0.63% in massa) e il settimo metallo più abbondante. È presente come ossido nella maggior parte delle rocce ignee, nei sedimenti derivati da esse, negli esseri viventi e nei corpi d'acqua naturali. Dei 801 tipi di rocce ignee analizzate dall'United States Geological Survey, 784 contenevano titanio. La sua proporzione nei suoli è circa 0.5-1.5%. I minerali contenenti titanio comuni sono anatase, brookite, ilmenite, perovskite, rutilo e titanite (sfene). L'akaogiite è un minerale estremamente raro costituito da diossido di titanio. Di questi minerali, solo rutilo e ilmenite hanno importanza economica, tuttavia anche loro sono difficili da trovare in alti concentrazioni. Circa 6.0 e 0.7 milioni di tonnellate di questi minerali sono stati estratti nel 2011, rispettivamente. Depositi significativi di ilmenite contenenti titanio esistono nell'Australia occidentale, Canada, Cina, India, Mozambico, Nuova Zelanda, Norvegia, Sierra Leone, Sud Africa e Ucraina. Circa 186,000 tonnellate di titanio metallico a spugna sono stati prodotti nel 2011, principalmente in Cina (60,000 t), Giappone (56,000 t), Russia (40,000 t), Stati Uniti (32,000 t) e Kazakistan (20,700 t). Le riserve totali di titanio sono stimate superiori a 600 milioni di tonnellate. La concentrazione di titanio è circa 4 picomolare negli oceani. A 100 °C, la concentrazione di titanio nell'acqua è stimata inferiore a 10 M a pH 7. L'identità delle specie di titanio in soluzione acquosa rimane sconosciuta a causa della sua bassa solubilità e della mancanza di metodi spettroscopici sensibili, sebbene solo lo stato di ossidazione +4 sia stabile all'aria. Non esistono prove di un ruolo biologico, sebbene organismi rari siano conosciuti per accumulare alte concentrazioni di titanio. Il titanio è contenuto nei meteoriti, ed è stato rilevato nel Sole e nelle stelle di tipo M (il tipo più freddo) con una temperatura superficiale di 3,200 °C (5,790 °F). Rocce riportate indietro dalla Luna durante la missione Apollo 17 sono composte dal 12.1% di TiO2. Si trova anche nella cenere di carbone, piante e persino nel corpo umano. Il titanio nativo (puro metallico) è molto raro.

Il titanio è utilizzato nell'acciaio come elemento di legatura (ferro-titanio) per ridurre la dimensione del grano e come deossidante, e nell'acciaio inossidabile per ridurre il contenuto di carbonio. Il titanio è spesso legato con alluminio (per affinare la dimensione del grano), vanadio, rame (per indurire), ferro, manganese, molibdeno e altri metalli. I prodotti semi-finiti in titanio (lamina, piastra, barra, filo, forgiati, fusioni) trovano applicazione nei mercati industriale, aerospaziale, ricreativo e emergenti. Il titanio in polvere è utilizzato nei fuochi d'artificio come fonte di particelle a bruciatura intensa.