titànio (chimica)
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Descrizione generale
sm. [sec. XIX; da Titania, nome della moglie di Oberon, il re degli Elfi]. Elemento chimico di simbolo Ti, peso atomico 47,867 e numero atomico 22; individuato nel 1795 da M. H. Klaproth, ma isolato soltanto nel 1813, è ottenuto in quantità apprezzabili a iniziare dal 1910. Il titanio è relativamente abbondante nella crosta terrestre, della quale costituisce in media lo 0,44% in peso, e si trova sotto forma di biossido, sia da solo (per esempio nel minerale rutilo) sia associato con altri metalli (per esempio il menite), oppure di silicato (per esempio titanite). Allo stato di elemento puro e compatto il titanio si presenta come un metallo di colore argenteo e lucente, duro, duttile e malleabile; basta però un contenuto anche ridottissimo di impurezze, per esempio di ossigeno, di azoto o di carbonio, per renderlo molto fragile. Operando in atmosfera di argo, il titanio può essere saldato e sottoposto a lavorazioni plastiche a una temperatura di 900-1000 ºC. Fonde a 1665 ºC e presenta un peso specifico di 4,50, molto più basso di quello del ferro. Agli agenti chimici il titanio presenta una resistenza superiore a quella degli acciai inossidabili: resiste perfettamente agli agenti atmosferici e assai bene alle soluzioni acide e alcaline, ma al calore rosso si combina con l'ossigeno e anche con l'azoto, ciò che ne complica la lavorazione. In tracce il titanio è presente negli organismi viventi, ma non sembra esplicare un ruolo fisiologico di rilievo. Nel sistema periodico degli elementi è l'omologo superiore del silicio. Nei suoi composti il titanio presenta carattere intermedio tra quello metallico e quello non metallico ed esplica la valenza di tre o più spesso di quattro. I composti del titanio trivalente, come il cloruro, TiCl3, in soluzione sono colorati in violetto e hanno proprietà fortemente riducenti, perché tendono a trasformarsi in composti del titanio tetravalente. Tra questi il più importante è il biossido TiO2, usato come pigmento con il nome di bianco di titanio (è però oggi giudicato uno degli agenti inquinanti più dannosi che esistano a causa di un sottoprodotto della sua lavorazione, il solfato ferroso eptaidrato in soluzione di acido solforico, i “fanghi rossi”).
Riduzione
La riduzione del titanio si effettua con il processo Kroll, nel quale il biossido TiO2 (rutilio), miscelato con carbone, viene riscaldato a ca. 500 ºC in corrente di cloro per dare luogo, secondo la reazione 2+2C+2Cl2 —→ TiCl4+2CO formazione del tetracloruro di titanio il quale, dopo purificazione per distillazione, viene ridotto a titanio mediante magnesio a 850 ºC. Il grezzo così ottenuto viene raffinato facendo distillare sotto vuoto Mg e MgCl2 in eccesso: si perviene così a un prodotto spugnoso (spugna di titanio) che è trasformato in lingotto di titanio puro (con titolo superiore al 99,7%) per fusione sotto vuoto o in atmosfera di argo. Altri metodi di produzione sono la riduzione del biossido di titanio con magnesio e calcio, la dissociazione dello ioduro (TiI4) e l'elettrolisi del tetracloruro fuso. Particolari cautele vengono adottate durante le lavorazioni per deformazione plastica a caldo, per evitare la diffusione di ossigeno e azoto che conferiscono al metallo caratteristiche negative. A temperature inferiori a 700 ºC il processo di ossidazione a secco si arresta subito dopo la formazione di un sottile strato di ossido: pertanto il titanio presenta buone caratteristiche di resistenza al calore al di sotto di 700 ºC. Le sue caratteristiche meccaniche sono confrontabili a quelle degli acciai dolci. L'elevato valore del rapporto tra carico di rottura e peso specifico rende il titanio idoneo all'impiego nell'industria aeronautica. Le proprietà di questo metallo vengono migliorate aggiungendo in lega alluminio, manganese, vanadio, cromo, ferro, molibdeno ecc. Il titanio è utilizzato specialmente nelle industrie chimica, elettrochimica, aeronautica e missilistica. La sua presenza negli acciai comporta la formazione di carburi stabili: pertanto viene aggiunto in piccole quantità (0,1%) come stabilizzante negli acciai inossidabili e in maggiore quantità, associato al tungsteno, in alcuni acciai da utensili da taglio e per stampi.