La Enciclopedia Libre Universal en Español dispone de una lista de distribución pública, enciclo@listas.us.es

Titanio

De la Enciclopedia Libre Universal en Español
Saltar a: navegación, buscar
Posición del titanio en la tabla periódica; grupo 4, periodo 4
Ver tabla completa

Nombre, símbolo, Z: Titanio, Ti, 22
Serie química: Metales de transición
Grupo, periodo, bloque: 4, 4 , d
Configuración electrónica: [Ar] 3d2 4s2
Propiedades atómicas
Masa atómica: 47,867 uma
Radio atómico: 176 pm
 - Medio 140 pm
 - Covalente 136 pm
 - De Van der Waals Sin datos
Nº de oxidación (óxido): 4 (anfótero)
Electronegatividad: 1,54 (Pauling)
Potencial de ionización: 658,8 kJ/mol
 - 2.º = 1309,8
 - 3.º = 2652,5
 - 4.º = 4174,6
 - 5.º = 9581
 - 6.º = 11533
 - 7.º = 13590
 - 8.º = 16440
 - 9.º = 18530
 - 10.º = 20833

† Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico.

Propiedades físicas
Estado: Sólido
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Gris oscuro
Densidad: 4507 (kg/)
Dureza: 6 (Mohs)
Conductividad eléctrica: 2,34×106 S/m
Conductividad térmica: 21,9 W/(m·K)
Calor específico: 520 J/kg·K
Punto de fusión: 1941 K
Entalpía de fusión: 15,45 kJ/mol
Punto de ebullición: 3560 K
Entalpía de vaporización: 421 kJ/mol
Presión de vapor: 0,49 Pa a 1933 K
Velocidad del sonido: 4140 m/s a 293,15 K
Isótopos más estables
Iso. AN (%) Vida media MD ED (MeV) PD
44Ti Sintético 63 a ε 0,268 44Sc
46Ti 8,0 El Ti es estable con 24 neutrones
47Ti 7,3 El Ti es estable con 25 neutrones
48Ti 73,8 El Ti es estable con 26 neutrones
49Ti 5,5 El Ti es estable con 27 neutrones
50Ti 5,4 El Ti es estable con 28 neutrones
Valores en el SI y en condiciones normales (0 ºC y 1 atm), salvo indicación en contra.

El titanio es un elemento químico de número atómico 22 situado en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos y cuyo símbolo químico es Ti. Es un metal de transición abundante en la corteza terrestre; se encuentra, en forma de óxido, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en cenizas de animales y plantas. El metal es de color gris oscuro, de gran dureza, resistente a la corrosión y de propiedades físicas parecidas a las del acero; se usa en la fabricación de equipos para la industria química y, aleado con el hierro y otros metales, se emplea en la industria aeronáutica y aeroespacial.

Características principales

El titanio es un elemento metálico que presenta una estructura hexagonal compacta, es duro, refractario y buen conductor de la electricidad y el calor. Presenta una alta resistencia a la corrosión (casi tan resistente como el platino) y cuando está puro, se tiene un metal ligero, fuerte, brillante y blanco metálico de una relativa baja densidad. Posee muy buenas propiedades mecánicas y además tiene la ventaja, frente a otros metales de propiedades mecánicas similares, de que es relativamente ligero.

La resistencia a la corrosión que presenta es debida al fenómeno de pasivación que sufre (se forma un óxido que lo recubre). Es resistente a temperatura ambiente al ácido sulfúrico (H2SO4) diluido y al ácido clorhídrico (HCl) diluido, así como a otros ácidos orgánicos; también es resistente a las bases, incluso en caliente. Sin embargo se puede disolver en ácidos en caliente. Asimismo, se disuelve bien en ácido fluorhídrico (HF), o con fluoruros en ácidos. A temperaturas elevadas puede reaccionar fácilmente con el nitrógeno, el oxígeno, el hidrógeno, el boro y otros no metales.

Aplicaciones

  • Aproximadamente el 95% del titanio se consume como dióxido de titanio (TiO2), un pigmento blanco permanente que se emplea en pinturas, papel y plásticos. Estas pinturas se utilizan en reflectores debido a que reflejan muy bien la radiación infrarroja.
  • Debido a su resistencia, baja densidad y el que puede aguantar temperaturas relativamente altas, las aleaciones de titanio se emplean en aviones y misiles. También se encuentra en distintos productos de consumo, como palos de golf, bicicletas, etcétera. El titanio se alea generalmente con aluminio, hierro, manganeso, molibdeno y otros metales.
  • Debido a su gran resistencia a la corrosión se puede aplicar en casos en los que va a estar en contacto con el agua del mar, por ejemplo, en aparejos o hélices. También se puede emplear en plantas desalinizadoras.
  • Se emplea para obtener piedras preciosas artificiales.
  • El tetracloruro de titanio (TiCl4) se usa para irisar el vidrio y debido a que en contacto con el aire forma mucho humo, se emplea para formar artificialmente pantallas de humo.
  • Se considera que es fisiológicamente inerte, por lo que el metal se emplea en implantes de titanio, consistentes en tornillos de titanio puro que han sido tratados superficialmente para mejorar su oseointegración; por ejemplo, se utiliza en la cirugía maxilofacial debido a estas buenas propiedades. También por ser inerte y además poder colorearlo se emplea como material de "piercings".
  • Se han empleado láminas delgadas de titanio para recubrir algunos edificios, como por ejemplo el Museo Guggenheim Bilbao.
  • Algunos compuestos de titanio pueden tener aplicaciones en tratamientos contra el cáncer. Por ejemplo, el cloruro de titanoceno en el caso de tumores gastrointestinales y de mama.

Es una metal relativamente nuevo por lo que es de esperar que en el futuro se incrementen sus aplicaciones, especialmente si se abaratan los procedimientos de obtención del metal, que hoy día requieren ingentes cantidades de energía eléctrica (del orden de 1,7 veces la requerida por el aluminio).

Historia

El titanio (llamado así por los Titanes, hijos de Urano y Gea en la mitología griega) fue descubierto en Inglaterra por Willian Gregor en 1791, a partir del mineral conocido como ilmenita (FeTiO3). Este elemento fue descubierto de nuevo años más tarde por el químico alemán Heinrich Klaproth, en este caso en el mineral rutilo (TiO2), que fue quien en 1795 le dio el nombre de titanio.

Matthew A. Hunter preparó por primera vez titanio metálico puro (con una pureza del 99.9%) calentando tetracloruro de titanio (TiCl4) con sodio a 700-800ºC en un reactor de acero (proceso Hunter).

El titanio como metal no se usó fuera del laboratorio hasta que en 1946 William Justin Kroll desarrolló un método para poder producirlo comercialmente: mediante la reducción del TiCl4 con magnesio, y éste es el método más utilizado hoy en día (proceso Kroll).

Símbolo del Ti usado por Dalton, un círculo con las letras Tit en su interior Símbolo químico empleado por Dalton para el titanio.

Abundancia y obtención

El titanio como metal no se encuentra libre en la naturaleza, pero es el noveno en abundancia en la corteza terrestre y está presente en la mayoría de las rocas ígneas y sedimentos derivados de ellas. Se encuentra principalmente en los minerales anatasa (TiO2), brookita (TiO2), ilmenita (FeTiO3), leucoxeno, perovskita (CaTiO3), rutilo (TiO2) y titanita (CaTiSiO5); también como titanato y en muchas menas de hierro. De estos minerales, sólo la ilmenita, el leucoxeno y el rutilo tienen una significativa importancia económica. Se encuentran depósitos importantes en Australia, la región de Escandinavia, Estados Unidos y Malasia.

El titanio metal se produce comercialmente mediante la reducción de tetracloruro de titanio con magnesio (proceso Kroll) o sodio (proceso Hunter) a unos 800ºC bajo atmósfera inerte de argón (si no reaccionaría con el óxigeno y el nitrógeno del aire). De este modo se obtiene un producto poroso conocido como esponja de titanio que posteriormente se purifica y compacta para obtener el producto comercial.

Con objeto de paliar el gran consumo energético del proceso Kroll (del orden de 1,7 veces el requerido por el aluminio) se encuentran en desarrollo procedimientos de electrólisis en sales fundidas (cloruros u óxidos) que aún no han encontrado aplicación comercial.

Si es necesario obtener titanio más puro se puede emplear un método, sólo aplicable en pequeñas cantidades (a escala de laboratorio) mediante el método de Van Arkel-De Boer. Este método se basa en la reacción de titanio con yodo a una determinada temperatura para dar tetrayoduro de titanio (TiI4) y su posterior descomposición a una temperatura distinta para volver a dar el metal.

Principales productores de óxido de titanio en 2003

País Miles de toneladas % del total Australia 1291,0 30,6 Sudáfrica 850,0 20,1 Canadá 767 18,2 Noruega 382,9 9,1 Ucrania 357 8,5 Total de los 5 países 3647,9 86,4 Total mundo 4221,0 100,0

Isótopos

Se encuentran 5 isótopos estables en la naturaleza: Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49 y Ti-50, siendo el Ti-48 el más abundante (73,8%). Se han caracterizado 11 radioisótopos, siendo los más estables el Ti-44, con una vida media de 5,76 minutos y el Ti-52, de 1,7 minutos. Para el resto, sus vidas medias son de menos de 33 segundos, y la mayoría de menos de medio segundo.

Los pesos atómicos del titanio varían entre 39,99 y 57,966 uma del Ti-40 y el Ti-58 respectivamente. El modo de desintegración principal de los radioisótopos más ligeros que el isótopo estable más abundante (Ti-48) es la captura electrónica obteniéndose como producto de desintegración isótopos de escandio; mientras que en los isótopos más pesados el modo más habitual es la desintegración beta resultando isótopos de vanadio.

Precauciones

El polvo metálico es pirofórico. Por otra parte, se cree que sus sales no son especialmente peligrosas. Sin embargo, sus cloruros, como TiCl3 o TiCl4, son considerados como corrosivos. El titanio tiene también la tendencia a acumularse en los tejidos biológicos.

En principio, no se observa que juegue ningún papel biológico.

Referencias

H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba   Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh  
  La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
  Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr