Contenido

El estado de oxidación +4 domina la química del titanio,[22]​ pero también son comunes los compuestos en el estado +3.[23]​ El titanio adopta habitualmente una geometría de coordinación octaédrica en sus compuestos, con la notable excepción tetraédrica del TiCl. Los compuestos de titanio(IV) presentan un alto grado de unión covalente debido su alto estado de oxidación.[24]​.

Óxidos, sulfetos e alcóxidos

O óxido de titânio mais importante é o dióxido de titânio TiO, que existe principalmente em anatase, brookita e rutilo, todos sólidos diamagnéticos brancos.[15]​ Nestes compostos, são adotadas estruturas poliméricas, nas quais o Ti é circundado por seis ligantes de óxido que se ligam a outros centros de Ti.[25]​.

O termo titanato é geralmente usado para se referir a compostos de titânio (IV), como titanato de bário (BaTiO).[26]​ Com estrutura semelhante à da perovskita, esse material possui propriedades piezoelétricas e é utilizado como transdutor na interconversão de som e eletricidade.[8]​ Safiras e rubis estrelas obtêm seu asterismo "Asterismo (gemologia)") devido à presença de impurezas de dióxido de carbono. titânio.[15]​.

São conhecidos vários óxidos reduzidos de titânio. TiO , descrito como Ti (IV) -Ti (III), é um semicondutor roxo produzido pela redução de TiO com hidrogênio em altas temperaturas, usado industrialmente quando é necessário cobrir superfícies com vapor de dióxido de titânio, uma vez que evapora como TiO puro enquanto o TiO evapora como uma mistura de óxidos e outros depósitos que possuem um índice de refração variável. TiO.[29]​.

Alcóxidos de titânio (IV), preparados pela reação de TiCl com álcoois, são compostos incolores que se convertem em dióxido quando reagem com água. Eles são industrialmente úteis para depositar TiO sólido através do processo sol-gel. O isopropóxido de titânio é utilizado na síntese de compostos orgânicos por meio da epoxidação de Sharpless.[30]​.

Nitretos e carbonetos

O nitreto de titânio (TiN) tem uma dureza equivalente à safira e ao carboneto de silício (9,0 na escala de Mohs),[31]​ e é comumente usado como revestimento para ferramentas de corte industriais.[32]​ Também é usado como revestimento decorativo dourado e como metal de barreira na fabricação de semicondutores.[33]​ O carboneto de titânio também possui alta dureza e também é usado em ferramentas de corte.[34]​.

Halogenetos

Tetracloreto de titânio TiCl [35]​ é um líquido volátil que causa hidrólise no ar, emitindo uma fumaça branca. pureza.[39]​.

O titânio (III) e o titânio (II) também formam cloretos estáveis. Um exemplo notável é o tricloreto de titânio), TiCl, usado como catalisador na produção de poliolefinas e como agente redutor em química orgânica.[40]​.

Compostos organometálicos

Os compostos de titânio desempenham um importante papel catalítico na polimerização, por isso os compostos com ligações Ti-C foram intensamente estudados. Os compostos mais comuns deste tipo são dicloreto de titanoceno") ((CH)TiCl), o reagente Tebbe") (CH)TiCHClAl(CH) e o reagente Petasis") (CpTi(CH)). O titânio também forma compostos carbonílicos, como titanoceno dicarbonil") (CH)Ti(CO).[41]​.

O titânio foi descoberto dentro de um mineral na Cornualha, Grã-Bretanha, em 1791 pelo clérigo e geólogo amador William Gregor, que na época era pastor da paróquia de Creed.[42] Ele reconheceu a presença de um novo elemento na ilmenita[5] quando encontrou areia preta em um riacho na freguesia de Manaccan e observou que a areia era atraída por um ímã.[42]​ Sua análise da areia determinou a presença de dois óxidos metálicos: óxido de ferro (que causou a atração magnética) e uma proporção de 45,25% de outro óxido metálico branco que ele não foi capaz de identificar.[19]​ Como este óxido não identificado continha um metal que não atendia aos requisitos. propriedades de qualquer um dos elementos conhecidos, ele relatou sua descoberta à Royal Geological Society of Cornwall e à revista científica alemã Crell's Annalen, dando-lhe o nome de manacanita.[42]​[43]​[44]​.

Na mesma época, Franz-Joseph Müller von Reichenstein produziu uma substância semelhante que também não conseguiu identificar.[5] O óxido foi descoberto novamente de forma independente em 1795 pelo químico prussiano Martin Heinrich Klaproth em um mineral rutilo na vila húngara de Boinik, na atual Eslováquia.[42][45] Klaproth descobriu que o mineral continha um novo elemento e deu o nome de titânio em homenagem aos titãs da mitologia grega.[21]​ Depois de saber da descoberta anterior de Gregor, ele obteve uma amostra de manacanite e confirmou que continha titânio.[46]​.

Os processos conhecidos para a extracção de titânio a partir dos vários minerais que o contêm são complicados e dispendiosos. Não é possível reduzir o mineral da maneira usual, aquecendo-o na presença de carbono, pois isso produz carboneto de titânio.[42] O titânio metálico puro (99,9%) foi obtido pela primeira vez por Matthew La. Hunter ") no Rensselaer Polytechnic Institute aquecendo TiCl com sódio a uma temperatura entre 700 e 800 ° C sob grande pressão,[47]​ um processo conhecido como método Hunter.[4]​ O titânio metálico não foi usado fora dos laboratórios até 1932, quando William Justin Kroll provou que poderia ser produzido pela redução do tetracloreto de titânio (TiCl) com cálcio. Oito anos depois, ele refinou esse processo usando magnésio e sódio, no qual seria conhecido como método Kroll.[48]​ Embora a pesquisa tenha continuado posteriormente em direção a processos de produção mais eficientes e baratos, o método Kroll continua a ser usado na produção comercial deste metal.[4][5]​.

O titânio de alta pureza também foi obtido em pequenas quantidades quando Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik de Boer desenvolveram em 1925 o que seria chamado de método van Arkel-de Boer, que fazia reagir vários metais com iodo para decompor os iodetos resultantes em filamentos de metal puro.

Nas décadas de 1950 e 1960, a União Soviética foi pioneira no uso de titânio em aplicações militares e submarinas, como nos submarinos da classe Alfa e K-278 Komsomolets, como parte de programas relacionados à Guerra Fria. o Lockheed A-12 e o SR-71.[52]​ Reconhecendo a importância estratégica do titânio, o Departamento de Defesa dos Estados Unidos também começou a apoiar os primeiros esforços para comercializá-lo.[53]​.

Ao longo da Guerra Fria, o titânio foi considerado um material estratégico pelo Governo dos Estados Unidos, que manteve grandes reservas deste metal que foram finalmente esgotadas na década de 2000. a um consórcio de duas empresas para desenvolver um processo de fabricação de pó metálico de titânio, com o objetivo de utilizá-lo na criação de objetos leves e resistentes para as indústrias aeroespacial, de transportes e química. A partir de 2015, a esponja metálica de titânio estava sendo produzida em sete países: China, Japão, Rússia, Cazaquistão, Estados Unidos, Ucrânia e Índia.

A produção de titânio metálico ocorre em quatro etapas principais: redução "Redução (química)") do minério de titânio em uma forma de esponja porosa, fusão da esponja, fabricação primária onde é convertida em produtos de uso geral, como barras e placas, e finalmente fabricação secundária das formas finais a partir dos produtos primários.

Como sua produção não é possível pela redução de seu dióxido, [10] o titânio metálico é obtido pela redução do tetracloreto de titânio TiCl com magnésio metálico no que é conhecido como método Kroll. A complexidade deste processo de produção explica o alto valor de mercado do titânio,[60]​ apesar de ser um processo mais barato que o método Hunter.[47]​ Para produzir o TiCl exigido pelo método Kroll, uma redução térmica de carbono "é realizada na presença de cloro. Neste processo, o gás cloro passa através de uma mistura quente de rutilo ou ilmenita na presença de carbono. Após extensa purificação por destilação fracionada, o TiCl é reduzido com magnésio fundido a 800 °C (1070 K) em atmosfera de argônio.[8] O metal de titânio assim obtido pode ser posteriormente purificado seguindo o método van Arkel-de Boer), que envolve uma decomposição térmica de tetraiodeto de titânio.[49]​.

O processo de produção mais recente, denominado processo FFC Cambridge"),[61]​ utiliza pó de dióxido de titânio como matéria-prima para a obtenção do titânio metálico. Este processo tem menos etapas que o método Kroll, requer menos tempo e permite a produção de ligas utilizando certas misturas de pós de óxidos.[62]​ As ligas mais comuns de titânio são obtidas por meio de redução, como nos casos do cuprotitânio (redução do rutilo com adição de cobre), do titânio. ferrocarbono (ilmenita reduzida com coque em uma caldeira elétrica) e manganotitânio (rutilo com manganês ou óxidos de manganês):[63]​.

Existem cerca de 50 graus designados de titânio e suas ligas, embora apenas menos da metade deles estejam imediatamente disponíveis comercialmente.[64] A Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) reconhece 31 graus de titânio e suas ligas, dos quais os graus 1 a 4 são comercialmente puros. Esses quatro graus são diferenciados pela variação em sua tensão de ruptura dependendo do teor de oxigênio, sendo o grau 1 (0,18% de oxigênio) o mais dúctil e o grau 4 (0,40% de oxigênio) o menos dúctil.[15] Os demais graus são ligas, cada uma delas projetada para um uso específico, seja por sua ductilidade, resistência, dureza, resistência elétrica, resistência à deformação, resistência à corrosão ou uma combinação dessas propriedades.[65]​[66]​.

Classes cobertas pela ASTM e ligas adicionais são produzidas para atender às especificações aeroespaciais e militares SALE-AMS e MIL-T, padrões ESO e especificações específicas do país, bem como especificações proprietárias para aplicações aeroespaciais, militares, médicas e industriais.

O pó de titânio é fabricado usando um processo de produção em massa conhecido como processo Armstrong,[68] semelhante ao processo em lote usado no método Hunter. Neste processo Armstrong, uma corrente de gás tetracloreto de titânio é adicionada a uma corrente de sódio metálico fundido. O cloreto de sódio e as partículas de titânio resultantes são removidos por filtração do sódio extra. O titânio é então separado do cloreto de sódio por lavagem com água. Os subprodutos de sódio e cloreto são reciclados para serem reutilizados neste processo e na produção do tetracloreto de titânio inicial.[69]​.

Na construção e fabricação, toda soldagem de titânio deve ser feita sob atmosferas inertes de argônio ou hélio para evitar contaminação com gases atmosféricos como oxigênio, nitrogênio ou hidrogênio. Caso contrário, a contaminação pode causar uma variedade de condições indesejáveis, como perda de ductilidade, que por sua vez pode levar à redução da integridade da solda e à falha da junta.[12]​.

Produtos comerciais planos, como chapas e chapas, podem ser conformados facilmente, mas o processamento desses formatos deve levar em consideração que o material possui uma “memória” e tende a retornar à sua forma original, fato que ocorre especialmente em certas ligas de alta dureza.[70][71]​.

O titânio não pode ser soldado sem primeiro ser revestido em um metal que seja soldável,[72]​ e pode ser usinado com o mesmo tipo de equipamento e processos do aço inoxidável.[12]​.

El titanio se emplea en las aleaciones de acero para reducir el tamaño del grano "Grano (mineral)") y como desoxidante, y en las de acero inoxidable para reducir su contenido de carbono.[3]​ Son frecuentes también las aleaciones con aluminio, vanadio, cobre, hierro, manganeso, molibdeno y otros metales.[7]​.

Pigmentos e aditivos

Cerca de 95% do minério de titânio extraído da Terra é destinado ao refinamento como dióxido de titânio (), usado como pigmento branco permanente em tintas, cremes dentais e plásticos.[18] Também é utilizado em cimento, em gemas, para obter opacidade em papel,[73] e para aumentar a dureza em varas de pesca de grafite e tacos de golfe.

O pó é quimicamente inerte, resiste à deterioração pela luz solar e é muito opaco. Isso permite que você dê uma cor branca brilhante aos produtos químicos marrons ou cinza que compõem a maioria dos plásticos domésticos.[5]​ A tinta feita com dióxido de titânio tem boa resistência a temperaturas extremas e resiste a ambientes marinhos.[5]​ O dióxido de titânio puro tem um índice de refração muito alto e uma dispersão óptica maior que o diamante.[10]​ Além de ser um pigmento importante, também é geralmente usado em protetores solares.[10]​.

Aplicações aeroespaciais e náuticas

Graças à sua alta relação entre tensão de ruptura e densidade,[8]​ alta resistência à corrosão,[4]​ resistência à fadiga e rachaduras[74]​ e à capacidade de suportar temperaturas moderadamente altas sem deformar, as ligas de titânio são comumente usadas em aeronaves, blindagem de veículos, navios, espaçonaves e mísseis.[4][5]​ Para essas aplicações, são utilizadas ligas de titânio com alumínio, zircônio, níquel e vanádio, entre outros. elementos.[75] Quase dois terços de todo o titânio metálico produzido são usados ​​em motores e estruturas de aeronaves, mas também é usado em vários outros componentes, como peças estruturais críticas, trens de pouso, dutos de exaustão e sistemas hidráulicos.[76] A aeronave SR-71 Blackbird foi uma das primeiras aeronaves a fazer uso extensivo de titânio como parte de sua estrutura, levando ao uso desse material em aeronaves modernas. As estimativas indicam que cerca de 59 t são utilizadas no Boeing 777, 45 t no Boeing 747, 18 t no Boeing 737, 32 t no Airbus A340, 18 t no Airbus A330 e 12 t no Airbus A320. O Airbus A380 usa até cerca de 77 t, incluindo cerca de 11 t em seus motores. Em relação às aplicações de motor, o titânio é usado em rotores&action=edit&redlink=1 "Rotor (turbina) (ainda não escrito)"), compressores "Compressor (máquina)") e componentes do sistema hidráulico. As ligas de titânio 6AL-4V") representam quase 50% de todos os tipos de ligas utilizadas em aplicações aeronáuticas.[78]​ Graças à sua alta resistência à corrosão pela água do mar, o titânio é utilizado na fabricação de eixos de transmissão e cabos "Cabo (náutico)"), em trocadores de calor em usinas de dessalinização, em refrigeradores de água do mar em aquários "Aquarium (navio)"), linhas de pesca e anzóis, e em facas de mergulhadores.[4] É também usado para fabricar invólucros e outros componentes de dispositivos de vigilância e observação marítima para uso científico e militar. A antiga União Soviética desenvolveu técnicas para construir submarinos com cascos feitos de liga de titânio e para forjar titânio em tubos de vácuo.

Aplicações industriais

Tubos soldados e certos equipamentos de titânio, como trocadores de calor, tanques, recipientes de resíduos e válvulas, são utilizados nas indústrias química e petroquímica, principalmente devido à sua resistência à corrosão. Certas ligas específicas são usadas em aplicações de perfuração e ferro e aço devido à sua dureza, resistência à corrosão ou uma combinação dos dois fatores. A indústria de papel utiliza titânio em equipamentos de processamento expostos a meios corrosivos, como gases de cloro.[79] Outras aplicações industriais do titânio são soldagem ultrassônica, soldagem por onda,[80] e pulverização catódica.[81] Tetracloreto de titânio TiCl é um intermediário importante na obtenção de dióxido de titânio. O TiO é usado em Ziegler-Natta e também na fabricação de vidro iridescente e cortinas de fumaça.

Aplicações de consumo e arquitetura

O metal titânio é usado em diversas aplicações automotivas, particularmente em esportes motorizados e motociclismo, onde a redução de peso, mantendo a resistência e a rigidez, é um fator crítico.[82]​.

Este metal é geralmente muito caro para ser comercialmente lucrativo no mercado geral, exceto em produtos de alta qualidade. Alguns modelos Chevrolet Corvette incluíam tubos de escape "Sistema de Escape (Motor)" feitos de titânio,[83][84]​ e o motor superalimentado do Corvette Z06 usa válvulas de admissão de titânio leves e sólidas para maior resistência ao calor.[85]​.

O titânio também é usado em muitos utensílios esportivos, como raquetes de tênis, tacos de golfe, cabos de tacos de lacrosse, grades para capacetes de críquete, hóquei, lacrosse e futebol americano, e quadros e componentes de bicicletas. As ligas de titânio também podem ser utilizadas em armações de óculos, aumentando seu custo, mas reduzindo o peso e evitando possíveis alergias cutâneas. Muitos equipamentos de camping são feitos de titânio, incluindo utensílios de cozinha, lanternas e lanças, que são mais caros que os utensílios tradicionais de aço e alumínio, mas oferecem menor peso sem perda de dureza e resistência. O titânio também é utilizado na fabricação de ferraduras, que são mais leves e duráveis ​​que as de aço.[87]​.

Devido ao avanço nas técnicas de fabricação de metais e ao menor peso em comparação com metais mais tradicionais, o uso de titânio na fabricação de armas de fogo é cada vez mais difundido. O memorial de 40 m de altura a Yuri Gagarin em Moscou é feito de titânio devido à cor do metal e à sua associação com a indústria aeroespacial.[90]​.

O Museu Guggenheim em Bilbao e a Biblioteca Cerritos Millennium em Cerritos, Califórnia, foram os primeiros edifícios na Europa e na América do Norte, respectivamente, a serem construídos com telhado de painel de titânio. Outras construções com telhados de titânio são o Edifício Frederic C. Hamilton em Denver, Colorado[91]​ e o Monumento aos Conquistadores do Espaço de 107 m de altura em Moscou.[92]​.

Joalheiros

O uso do titânio em designs de joias é comum, graças à sua durabilidade e propriedades inertes que fazem deste metal uma boa escolha para evitar possíveis alergias e resistir à água.[87] Pode ser utilizado na forma de liga com ouro, comercializado como ouro 24 quilates, pois 1% de Ti na liga não é suficiente para que essa classificação seja reduzida. As peças confeccionadas com esta liga adquirem dureza equivalente às de 14 quilates, aumentando assim sua durabilidade.[93]​.

A durabilidade, leveza e resistência deste material o tornam muito útil na produção de capas de relógios,[87]​ e alguns artistas têm trabalhado com o titânio na produção de esculturas, objetos de decoração e móveis.[94]​ Devido à sua inércia e capacidade de adquirir diversas cores, o titânio é um metal comum em piercings corporais.[95]​ As diferentes cores destes são obtidas através da anodização, variando a espessura da camada externa de ferrugem.[96]​.

Seu uso em moedas e medalhas comemorativas sem curso legal "Moeda (moeda)" é um pouco menos comum. Como exemplos, em 1999, Gibraltar tornou pública a primeira moeda de titânio, em comemoração ao novo milénio, e a equipa australiana de rugby Gold Coast Titans atribuiu ao seu jogador do ano uma medalha de titânio puro.

aplicações médicas

O titânio tem múltiplas aplicações médicas graças à sua biocompatibilidade, incluindo ferramentas cirúrgicas e implantes médicos.[42]​ Para esses fins, o titânio é geralmente usado em ligas com entre 4% e 6% de alumínio e 4% de vanádio.[98]​.

Graças a esta facilidade inerente de integração nos ossos, é muito útil em implantes dentários e ortopédicos, que podem ter uma vida útil de até 30 anos.[42] Esses implantes se beneficiam da baixa constante elástica que o titânio tem para se assemelhar tanto quanto possível aos ossos. Isto garante que as cargas sejam distribuídas de forma mais equitativa entre os ossos e o implante, conseguindo uma menor taxa de degradação nos ossos e reduzindo a possibilidade de complicações médicas relacionadas com o próprio implante. No entanto, a rigidez das ligas de titânio é o dobro da do osso, de modo que os ossos adjacentes recebem menos carga e podem sofrer deterioração.[99]​.

Por ser um metal não ferromagnético, os pacientes com implantes de titânio podem ser examinados com segurança por meio de ressonância magnética. A preparação do titânio para uso em implantes corporais requer que ele seja tratado sob um arco de plasma de alta temperatura para remover átomos da superfície, expondo os átomos de titânio subjacentes no processo.[42]​.

Armazenamento de resíduos nucleares

A resistência à corrosão do titânio fez com que recipientes feitos com esse material fossem investigados para uso no armazenamento de longo prazo de resíduos nucleares, determinando que é possível fabricar recipientes que podem durar até 100.000 anos, desde que o processo atenda a uma série de condições de fabricação determinadas para reduzir possíveis defeitos. Também pode ser usado como protetor anti-gotejamento em outros tipos de recipientes para ajudar a conter os resíduos neles armazenados.[101]​.

O titânio não é tóxico mesmo em grandes doses e não desempenha nenhum papel biológico natural no corpo humano.[21] Estima-se que os humanos ingiram uma quantidade de 0,8 miligramas de titânio por dia, embora a maior parte seja expelida mais tarde, sem ser absorvida pelo corpo.[21] No entanto, o titânio tem tendência a acumular-se biologicamente em tecidos que contêm sílica,[102] e um estudo de 2011 indicou uma possível ligação entre o titânio e a síndrome. unha amarela").[103]​ Há também indícios da existência de um mecanismo desconhecido em algumas plantas que usaria titânio para estimular a produção de carboidratos e ajudá-las a crescer, o que explicaria por que muitas plantas contêm entre 1 e 2 partes por milhão de titânio, chegando a até 80 partes por milhão nos gêneros Equisetum e Urtica.[21]​ As espécies de fungos Marasmius oreades e Hypholoma capnoides podem bioconverter titânio em solos contaminados com titânio.[104]​ Na forma de pó ou lascas, o titânio metálico apresenta um risco significativo de incêndio e, quando aquecido ao ar, também há risco de explosão.[105]​ Métodos de extinção de incêndio à base de água e dióxido de carbono não são eficazes com a queima de titânio, portanto, o uso de extintores de classe D é necessário para lidar com incêndios causados por esse metal.[5]​ Quando usado na produção ou manuseio de cloro, deve-se tomar cuidado para usar titânio apenas em locais onde não é exposto ao gás cloro seco, pois pode causar incêndio.[106]​ O titânio também pode queimar quando entra em contato com uma superfície que ainda não atingiu o estado de oxidação com oxigênio líquido.[107]​.

Contenido

El estado de oxidación +4 domina la química del titanio,[22]​ pero también son comunes los compuestos en el estado +3.[23]​ El titanio adopta habitualmente una geometría de coordinación octaédrica en sus compuestos, con la notable excepción tetraédrica del TiCl. Los compuestos de titanio(IV) presentan un alto grado de unión covalente debido su alto estado de oxidación.[24]​.

Óxidos, sulfetos e alcóxidos

O óxido de titânio mais importante é o dióxido de titânio TiO, que existe principalmente em anatase, brookita e rutilo, todos sólidos diamagnéticos brancos.[15]​ Nestes compostos, são adotadas estruturas poliméricas, nas quais o Ti é circundado por seis ligantes de óxido que se ligam a outros centros de Ti.[25]​.

O termo titanato é geralmente usado para se referir a compostos de titânio (IV), como titanato de bário (BaTiO).[26]​ Com estrutura semelhante à da perovskita, esse material possui propriedades piezoelétricas e é utilizado como transdutor na interconversão de som e eletricidade.[8]​ Safiras e rubis estrelas obtêm seu asterismo "Asterismo (gemologia)") devido à presença de impurezas de dióxido de carbono. titânio.[15]​.

São conhecidos vários óxidos reduzidos de titânio. TiO , descrito como Ti (IV) -Ti (III), é um semicondutor roxo produzido pela redução de TiO com hidrogênio em altas temperaturas, usado industrialmente quando é necessário cobrir superfícies com vapor de dióxido de titânio, uma vez que evapora como TiO puro enquanto o TiO evapora como uma mistura de óxidos e outros depósitos que possuem um índice de refração variável. TiO.[29]​.

Alcóxidos de titânio (IV), preparados pela reação de TiCl com álcoois, são compostos incolores que se convertem em dióxido quando reagem com água. Eles são industrialmente úteis para depositar TiO sólido através do processo sol-gel. O isopropóxido de titânio é utilizado na síntese de compostos orgânicos por meio da epoxidação de Sharpless.[30]​.

Nitretos e carbonetos

O nitreto de titânio (TiN) tem uma dureza equivalente à safira e ao carboneto de silício (9,0 na escala de Mohs),[31]​ e é comumente usado como revestimento para ferramentas de corte industriais.[32]​ Também é usado como revestimento decorativo dourado e como metal de barreira na fabricação de semicondutores.[33]​ O carboneto de titânio também possui alta dureza e também é usado em ferramentas de corte.[34]​.

Halogenetos

Tetracloreto de titânio TiCl [35]​ é um líquido volátil que causa hidrólise no ar, emitindo uma fumaça branca. pureza.[39]​.

O titânio (III) e o titânio (II) também formam cloretos estáveis. Um exemplo notável é o tricloreto de titânio), TiCl, usado como catalisador na produção de poliolefinas e como agente redutor em química orgânica.[40]​.

Compostos organometálicos

Os compostos de titânio desempenham um importante papel catalítico na polimerização, por isso os compostos com ligações Ti-C foram intensamente estudados. Os compostos mais comuns deste tipo são dicloreto de titanoceno") ((CH)TiCl), o reagente Tebbe") (CH)TiCHClAl(CH) e o reagente Petasis") (CpTi(CH)). O titânio também forma compostos carbonílicos, como titanoceno dicarbonil") (CH)Ti(CO).[41]​.

O titânio foi descoberto dentro de um mineral na Cornualha, Grã-Bretanha, em 1791 pelo clérigo e geólogo amador William Gregor, que na época era pastor da paróquia de Creed.[42] Ele reconheceu a presença de um novo elemento na ilmenita[5] quando encontrou areia preta em um riacho na freguesia de Manaccan e observou que a areia era atraída por um ímã.[42]​ Sua análise da areia determinou a presença de dois óxidos metálicos: óxido de ferro (que causou a atração magnética) e uma proporção de 45,25% de outro óxido metálico branco que ele não foi capaz de identificar.[19]​ Como este óxido não identificado continha um metal que não atendia aos requisitos. propriedades de qualquer um dos elementos conhecidos, ele relatou sua descoberta à Royal Geological Society of Cornwall e à revista científica alemã Crell's Annalen, dando-lhe o nome de manacanita.[42]​[43]​[44]​.

Na mesma época, Franz-Joseph Müller von Reichenstein produziu uma substância semelhante que também não conseguiu identificar.[5] O óxido foi descoberto novamente de forma independente em 1795 pelo químico prussiano Martin Heinrich Klaproth em um mineral rutilo na vila húngara de Boinik, na atual Eslováquia.[42][45] Klaproth descobriu que o mineral continha um novo elemento e deu o nome de titânio em homenagem aos titãs da mitologia grega.[21]​ Depois de saber da descoberta anterior de Gregor, ele obteve uma amostra de manacanite e confirmou que continha titânio.[46]​.

Os processos conhecidos para a extracção de titânio a partir dos vários minerais que o contêm são complicados e dispendiosos. Não é possível reduzir o mineral da maneira usual, aquecendo-o na presença de carbono, pois isso produz carboneto de titânio.[42] O titânio metálico puro (99,9%) foi obtido pela primeira vez por Matthew La. Hunter ") no Rensselaer Polytechnic Institute aquecendo TiCl com sódio a uma temperatura entre 700 e 800 ° C sob grande pressão,[47]​ um processo conhecido como método Hunter.[4]​ O titânio metálico não foi usado fora dos laboratórios até 1932, quando William Justin Kroll provou que poderia ser produzido pela redução do tetracloreto de titânio (TiCl) com cálcio. Oito anos depois, ele refinou esse processo usando magnésio e sódio, no qual seria conhecido como método Kroll.[48]​ Embora a pesquisa tenha continuado posteriormente em direção a processos de produção mais eficientes e baratos, o método Kroll continua a ser usado na produção comercial deste metal.[4][5]​.

O titânio de alta pureza também foi obtido em pequenas quantidades quando Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik de Boer desenvolveram em 1925 o que seria chamado de método van Arkel-de Boer, que fazia reagir vários metais com iodo para decompor os iodetos resultantes em filamentos de metal puro.

Nas décadas de 1950 e 1960, a União Soviética foi pioneira no uso de titânio em aplicações militares e submarinas, como nos submarinos da classe Alfa e K-278 Komsomolets, como parte de programas relacionados à Guerra Fria. o Lockheed A-12 e o SR-71.[52]​ Reconhecendo a importância estratégica do titânio, o Departamento de Defesa dos Estados Unidos também começou a apoiar os primeiros esforços para comercializá-lo.[53]​.

Ao longo da Guerra Fria, o titânio foi considerado um material estratégico pelo Governo dos Estados Unidos, que manteve grandes reservas deste metal que foram finalmente esgotadas na década de 2000. a um consórcio de duas empresas para desenvolver um processo de fabricação de pó metálico de titânio, com o objetivo de utilizá-lo na criação de objetos leves e resistentes para as indústrias aeroespacial, de transportes e química. A partir de 2015, a esponja metálica de titânio estava sendo produzida em sete países: China, Japão, Rússia, Cazaquistão, Estados Unidos, Ucrânia e Índia.

A produção de titânio metálico ocorre em quatro etapas principais: redução "Redução (química)") do minério de titânio em uma forma de esponja porosa, fusão da esponja, fabricação primária onde é convertida em produtos de uso geral, como barras e placas, e finalmente fabricação secundária das formas finais a partir dos produtos primários.

Como sua produção não é possível pela redução de seu dióxido, [10] o titânio metálico é obtido pela redução do tetracloreto de titânio TiCl com magnésio metálico no que é conhecido como método Kroll. A complexidade deste processo de produção explica o alto valor de mercado do titânio,[60]​ apesar de ser um processo mais barato que o método Hunter.[47]​ Para produzir o TiCl exigido pelo método Kroll, uma redução térmica de carbono "é realizada na presença de cloro. Neste processo, o gás cloro passa através de uma mistura quente de rutilo ou ilmenita na presença de carbono. Após extensa purificação por destilação fracionada, o TiCl é reduzido com magnésio fundido a 800 °C (1070 K) em atmosfera de argônio.[8] O metal de titânio assim obtido pode ser posteriormente purificado seguindo o método van Arkel-de Boer), que envolve uma decomposição térmica de tetraiodeto de titânio.[49]​.

O processo de produção mais recente, denominado processo FFC Cambridge"),[61]​ utiliza pó de dióxido de titânio como matéria-prima para a obtenção do titânio metálico. Este processo tem menos etapas que o método Kroll, requer menos tempo e permite a produção de ligas utilizando certas misturas de pós de óxidos.[62]​ As ligas mais comuns de titânio são obtidas por meio de redução, como nos casos do cuprotitânio (redução do rutilo com adição de cobre), do titânio. ferrocarbono (ilmenita reduzida com coque em uma caldeira elétrica) e manganotitânio (rutilo com manganês ou óxidos de manganês):[63]​.

Existem cerca de 50 graus designados de titânio e suas ligas, embora apenas menos da metade deles estejam imediatamente disponíveis comercialmente.[64] A Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) reconhece 31 graus de titânio e suas ligas, dos quais os graus 1 a 4 são comercialmente puros. Esses quatro graus são diferenciados pela variação em sua tensão de ruptura dependendo do teor de oxigênio, sendo o grau 1 (0,18% de oxigênio) o mais dúctil e o grau 4 (0,40% de oxigênio) o menos dúctil.[15] Os demais graus são ligas, cada uma delas projetada para um uso específico, seja por sua ductilidade, resistência, dureza, resistência elétrica, resistência à deformação, resistência à corrosão ou uma combinação dessas propriedades.[65]​[66]​.

Classes cobertas pela ASTM e ligas adicionais são produzidas para atender às especificações aeroespaciais e militares SALE-AMS e MIL-T, padrões ESO e especificações específicas do país, bem como especificações proprietárias para aplicações aeroespaciais, militares, médicas e industriais.

O pó de titânio é fabricado usando um processo de produção em massa conhecido como processo Armstrong,[68] semelhante ao processo em lote usado no método Hunter. Neste processo Armstrong, uma corrente de gás tetracloreto de titânio é adicionada a uma corrente de sódio metálico fundido. O cloreto de sódio e as partículas de titânio resultantes são removidos por filtração do sódio extra. O titânio é então separado do cloreto de sódio por lavagem com água. Os subprodutos de sódio e cloreto são reciclados para serem reutilizados neste processo e na produção do tetracloreto de titânio inicial.[69]​.

Na construção e fabricação, toda soldagem de titânio deve ser feita sob atmosferas inertes de argônio ou hélio para evitar contaminação com gases atmosféricos como oxigênio, nitrogênio ou hidrogênio. Caso contrário, a contaminação pode causar uma variedade de condições indesejáveis, como perda de ductilidade, que por sua vez pode levar à redução da integridade da solda e à falha da junta.[12]​.

Produtos comerciais planos, como chapas e chapas, podem ser conformados facilmente, mas o processamento desses formatos deve levar em consideração que o material possui uma “memória” e tende a retornar à sua forma original, fato que ocorre especialmente em certas ligas de alta dureza.[70][71]​.

O titânio não pode ser soldado sem primeiro ser revestido em um metal que seja soldável,[72]​ e pode ser usinado com o mesmo tipo de equipamento e processos do aço inoxidável.[12]​.

El titanio se emplea en las aleaciones de acero para reducir el tamaño del grano "Grano (mineral)") y como desoxidante, y en las de acero inoxidable para reducir su contenido de carbono.[3]​ Son frecuentes también las aleaciones con aluminio, vanadio, cobre, hierro, manganeso, molibdeno y otros metales.[7]​.

Pigmentos e aditivos

Cerca de 95% do minério de titânio extraído da Terra é destinado ao refinamento como dióxido de titânio (), usado como pigmento branco permanente em tintas, cremes dentais e plásticos.[18] Também é utilizado em cimento, em gemas, para obter opacidade em papel,[73] e para aumentar a dureza em varas de pesca de grafite e tacos de golfe.

O pó é quimicamente inerte, resiste à deterioração pela luz solar e é muito opaco. Isso permite que você dê uma cor branca brilhante aos produtos químicos marrons ou cinza que compõem a maioria dos plásticos domésticos.[5]​ A tinta feita com dióxido de titânio tem boa resistência a temperaturas extremas e resiste a ambientes marinhos.[5]​ O dióxido de titânio puro tem um índice de refração muito alto e uma dispersão óptica maior que o diamante.[10]​ Além de ser um pigmento importante, também é geralmente usado em protetores solares.[10]​.

Aplicações aeroespaciais e náuticas

Graças à sua alta relação entre tensão de ruptura e densidade,[8]​ alta resistência à corrosão,[4]​ resistência à fadiga e rachaduras[74]​ e à capacidade de suportar temperaturas moderadamente altas sem deformar, as ligas de titânio são comumente usadas em aeronaves, blindagem de veículos, navios, espaçonaves e mísseis.[4][5]​ Para essas aplicações, são utilizadas ligas de titânio com alumínio, zircônio, níquel e vanádio, entre outros. elementos.[75] Quase dois terços de todo o titânio metálico produzido são usados ​​em motores e estruturas de aeronaves, mas também é usado em vários outros componentes, como peças estruturais críticas, trens de pouso, dutos de exaustão e sistemas hidráulicos.[76] A aeronave SR-71 Blackbird foi uma das primeiras aeronaves a fazer uso extensivo de titânio como parte de sua estrutura, levando ao uso desse material em aeronaves modernas. As estimativas indicam que cerca de 59 t são utilizadas no Boeing 777, 45 t no Boeing 747, 18 t no Boeing 737, 32 t no Airbus A340, 18 t no Airbus A330 e 12 t no Airbus A320. O Airbus A380 usa até cerca de 77 t, incluindo cerca de 11 t em seus motores. Em relação às aplicações de motor, o titânio é usado em rotores&action=edit&redlink=1 "Rotor (turbina) (ainda não escrito)"), compressores "Compressor (máquina)") e componentes do sistema hidráulico. As ligas de titânio 6AL-4V") representam quase 50% de todos os tipos de ligas utilizadas em aplicações aeronáuticas.[78]​ Graças à sua alta resistência à corrosão pela água do mar, o titânio é utilizado na fabricação de eixos de transmissão e cabos "Cabo (náutico)"), em trocadores de calor em usinas de dessalinização, em refrigeradores de água do mar em aquários "Aquarium (navio)"), linhas de pesca e anzóis, e em facas de mergulhadores.[4] É também usado para fabricar invólucros e outros componentes de dispositivos de vigilância e observação marítima para uso científico e militar. A antiga União Soviética desenvolveu técnicas para construir submarinos com cascos feitos de liga de titânio e para forjar titânio em tubos de vácuo.

Aplicações industriais

Tubos soldados e certos equipamentos de titânio, como trocadores de calor, tanques, recipientes de resíduos e válvulas, são utilizados nas indústrias química e petroquímica, principalmente devido à sua resistência à corrosão. Certas ligas específicas são usadas em aplicações de perfuração e ferro e aço devido à sua dureza, resistência à corrosão ou uma combinação dos dois fatores. A indústria de papel utiliza titânio em equipamentos de processamento expostos a meios corrosivos, como gases de cloro.[79] Outras aplicações industriais do titânio são soldagem ultrassônica, soldagem por onda,[80] e pulverização catódica.[81] Tetracloreto de titânio TiCl é um intermediário importante na obtenção de dióxido de titânio. O TiO é usado em Ziegler-Natta e também na fabricação de vidro iridescente e cortinas de fumaça.

Aplicações de consumo e arquitetura

O metal titânio é usado em diversas aplicações automotivas, particularmente em esportes motorizados e motociclismo, onde a redução de peso, mantendo a resistência e a rigidez, é um fator crítico.[82]​.

Este metal é geralmente muito caro para ser comercialmente lucrativo no mercado geral, exceto em produtos de alta qualidade. Alguns modelos Chevrolet Corvette incluíam tubos de escape "Sistema de Escape (Motor)" feitos de titânio,[83][84]​ e o motor superalimentado do Corvette Z06 usa válvulas de admissão de titânio leves e sólidas para maior resistência ao calor.[85]​.

O titânio também é usado em muitos utensílios esportivos, como raquetes de tênis, tacos de golfe, cabos de tacos de lacrosse, grades para capacetes de críquete, hóquei, lacrosse e futebol americano, e quadros e componentes de bicicletas. As ligas de titânio também podem ser utilizadas em armações de óculos, aumentando seu custo, mas reduzindo o peso e evitando possíveis alergias cutâneas. Muitos equipamentos de camping são feitos de titânio, incluindo utensílios de cozinha, lanternas e lanças, que são mais caros que os utensílios tradicionais de aço e alumínio, mas oferecem menor peso sem perda de dureza e resistência. O titânio também é utilizado na fabricação de ferraduras, que são mais leves e duráveis ​​que as de aço.[87]​.

Devido ao avanço nas técnicas de fabricação de metais e ao menor peso em comparação com metais mais tradicionais, o uso de titânio na fabricação de armas de fogo é cada vez mais difundido. O memorial de 40 m de altura a Yuri Gagarin em Moscou é feito de titânio devido à cor do metal e à sua associação com a indústria aeroespacial.[90]​.

O Museu Guggenheim em Bilbao e a Biblioteca Cerritos Millennium em Cerritos, Califórnia, foram os primeiros edifícios na Europa e na América do Norte, respectivamente, a serem construídos com telhado de painel de titânio. Outras construções com telhados de titânio são o Edifício Frederic C. Hamilton em Denver, Colorado[91]​ e o Monumento aos Conquistadores do Espaço de 107 m de altura em Moscou.[92]​.

Joalheiros

O uso do titânio em designs de joias é comum, graças à sua durabilidade e propriedades inertes que fazem deste metal uma boa escolha para evitar possíveis alergias e resistir à água.[87] Pode ser utilizado na forma de liga com ouro, comercializado como ouro 24 quilates, pois 1% de Ti na liga não é suficiente para que essa classificação seja reduzida. As peças confeccionadas com esta liga adquirem dureza equivalente às de 14 quilates, aumentando assim sua durabilidade.[93]​.

A durabilidade, leveza e resistência deste material o tornam muito útil na produção de capas de relógios,[87]​ e alguns artistas têm trabalhado com o titânio na produção de esculturas, objetos de decoração e móveis.[94]​ Devido à sua inércia e capacidade de adquirir diversas cores, o titânio é um metal comum em piercings corporais.[95]​ As diferentes cores destes são obtidas através da anodização, variando a espessura da camada externa de ferrugem.[96]​.

Seu uso em moedas e medalhas comemorativas sem curso legal "Moeda (moeda)" é um pouco menos comum. Como exemplos, em 1999, Gibraltar tornou pública a primeira moeda de titânio, em comemoração ao novo milénio, e a equipa australiana de rugby Gold Coast Titans atribuiu ao seu jogador do ano uma medalha de titânio puro.

aplicações médicas

O titânio tem múltiplas aplicações médicas graças à sua biocompatibilidade, incluindo ferramentas cirúrgicas e implantes médicos.[42]​ Para esses fins, o titânio é geralmente usado em ligas com entre 4% e 6% de alumínio e 4% de vanádio.[98]​.

Graças a esta facilidade inerente de integração nos ossos, é muito útil em implantes dentários e ortopédicos, que podem ter uma vida útil de até 30 anos.[42] Esses implantes se beneficiam da baixa constante elástica que o titânio tem para se assemelhar tanto quanto possível aos ossos. Isto garante que as cargas sejam distribuídas de forma mais equitativa entre os ossos e o implante, conseguindo uma menor taxa de degradação nos ossos e reduzindo a possibilidade de complicações médicas relacionadas com o próprio implante. No entanto, a rigidez das ligas de titânio é o dobro da do osso, de modo que os ossos adjacentes recebem menos carga e podem sofrer deterioração.[99]​.

Por ser um metal não ferromagnético, os pacientes com implantes de titânio podem ser examinados com segurança por meio de ressonância magnética. A preparação do titânio para uso em implantes corporais requer que ele seja tratado sob um arco de plasma de alta temperatura para remover átomos da superfície, expondo os átomos de titânio subjacentes no processo.[42]​.

Armazenamento de resíduos nucleares

A resistência à corrosão do titânio fez com que recipientes feitos com esse material fossem investigados para uso no armazenamento de longo prazo de resíduos nucleares, determinando que é possível fabricar recipientes que podem durar até 100.000 anos, desde que o processo atenda a uma série de condições de fabricação determinadas para reduzir possíveis defeitos. Também pode ser usado como protetor anti-gotejamento em outros tipos de recipientes para ajudar a conter os resíduos neles armazenados.[101]​.

O titânio não é tóxico mesmo em grandes doses e não desempenha nenhum papel biológico natural no corpo humano.[21] Estima-se que os humanos ingiram uma quantidade de 0,8 miligramas de titânio por dia, embora a maior parte seja expelida mais tarde, sem ser absorvida pelo corpo.[21] No entanto, o titânio tem tendência a acumular-se biologicamente em tecidos que contêm sílica,[102] e um estudo de 2011 indicou uma possível ligação entre o titânio e a síndrome. unha amarela").[103]​ Há também indícios da existência de um mecanismo desconhecido em algumas plantas que usaria titânio para estimular a produção de carboidratos e ajudá-las a crescer, o que explicaria por que muitas plantas contêm entre 1 e 2 partes por milhão de titânio, chegando a até 80 partes por milhão nos gêneros Equisetum e Urtica.[21]​ As espécies de fungos Marasmius oreades e Hypholoma capnoides podem bioconverter titânio em solos contaminados com titânio.[104]​ Na forma de pó ou lascas, o titânio metálico apresenta um risco significativo de incêndio e, quando aquecido ao ar, também há risco de explosão.[105]​ Métodos de extinção de incêndio à base de água e dióxido de carbono não são eficazes com a queima de titânio, portanto, o uso de extintores de classe D é necessário para lidar com incêndios causados por esse metal.[5]​ Quando usado na produção ou manuseio de cloro, deve-se tomar cuidado para usar titânio apenas em locais onde não é exposto ao gás cloro seco, pois pode causar incêndio.[106]​ O titânio também pode queimar quando entra em contato com uma superfície que ainda não atingiu o estado de oxidação com oxigênio líquido.[107]​.