TITANIO

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Titanio

Elemento químico, Ti, de número atómico 22 y peso atómico 47.90. Mientras que su comportamiento químico muestra muchas semejanzas con el del silicio y el zirconio, como un elemento del primer grupo de transición, la química de la solución acuosa, especialmente de los estados de oxidación más bajos, tiene algunas semejanzas con la del cromo y el vanadio.

El principal estado de valencia es 4+, aunque también se conocen los estados 3+ y 2+, que son menos estables. El elemento arde al aire cuando se calienta para obtener el dióxido, TiO2, y cuando se combina con halógenos. Reduce el vapor de agua para formar el dióxido e hidrógeno, y reacciona de manera parecida con ácidos concentrados calientes, aunque forma el tricloruro con ácido clorhídrico. El metal absorbe hidrógeno para dar composiciones aproximadamente de TiH2, y forma el nitruro, TiN, y el carburo, TiC. Se conocen el sulfuro TiS2, así como los óxidos más bajos, Ti2O3 y TiO, y los sulfuros Ti2S3 y TiS. Se conocen sales de los tres estados de valencia.

El dióxido de titanio, TiO2, se encuentra comúnmente en una forma negra o de color castaño conocida como rutilo. Las formas naturales que se encuentran menos en la naturaleza son la anatasita y la brooquita. Tanto el rutilo como la anatasita puros son de color blanco. El óxido básico negro, FeTiO3, se encuentra en forma natural como el mineral llamado ilmenita; éste es la principal fuente comercial del titanio.

Elemento químico, Ti, de número atómico 22 y peso atómico 47.90. Mientras que su comportamiento químico muestra muchas semejanzas con el del silicio y el zirconio, como un elemento del primer grupo de transición, la química de la solución acuosa, especialmente de los estados de oxidación más bajos, tiene algunas semejanzas con la del cromo y el vanadio.

El principal estado de valencia es 4+, aunque también se conocen los estados 3+ y 2+, que son menos estables. El elemento arde al aire cuando se calienta para obtener el dióxido, TiO2, y cuando se combina con halógenos. Reduce el vapor de agua para formar el dióxido e hidrógeno, y reacciona de manera parecida con ácidos concentrados calientes, aunque forma el tricloruro con ácido clorhídrico. El metal absorbe hidrógeno para dar composiciones aproximadamente de TiH2, y forma el nitruro, TiN, y el carburo, TiC. Se conocen el sulfuro TiS2, así como los óxidos más bajos, Ti2O3 y TiO, y los sulfuros Ti2S3 y TiS. Se conocen sales de los tres estados de valencia.

El dióxido de titanio, TiO2, se encuentra comúnmente en una forma negra o de color castaño conocida como rutilo. Las formas naturales que se encuentran menos en la naturaleza son la anatasita y la brooquita. Tanto el rutilo como la anatasita puros son de color blanco. El óxido básico negro, FeTiO3, se encuentra en forma natural como el mineral llamado ilmenita; éste es la principal fuente comercial del titanio.

Historia

El titanio fue descubierto en Inglaterra por William Gregor, en 1791, cuando estudiaba un metal de color gris-plata que había encontrado. Poco después, en 1795, el químico austríaco Martín Kalprotz, descubridor también del uranio, le dio el nombre de titanio.

Este elemento es, en cuanto a su abundancia, el noveno de los que forman la corteza terrestre. Virtualmente, todas las rocas ígneas, y sus sedimentos, así como muchos minerales, principalmente los que contienen hierro y todos los organismos vegetales y animales, contienen titanio.

El mineral más importante del que se extrae titanio es el rutilo (óxido de titanio), muy abundante en las arenas costeras. Por su parte el titanio debe ser sometido previamente a un proceso metalúrgico de refinado, para prevenir su eventual reacción con sustancias gaseosas, tales como el nitrógeno, el oxígeno y el hidrógeno.

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 este método, llamado Método de Kroll, es el utilizado aún hoy en día. En este proceso el metal se mantiene constantemente en una atmósfera de gas inerte, como argón o helio, que inhibe la reacción con cualquier otro elemento.[1]

Se encuentran 5 isótopos estables en la naturaleza: 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti y 50Ti, siendo el 48Ti el más abundante (73,8%). Se han caracterizado 11 radioisótopos, siendo los más estables el 44Ti, con un periodo de semidesintegración de 60.0 años. Para el resto, sus periodos de semidesintegración se dan en minutos o segundos.

Entre las características físicas del titanio se tienen las siguientes:

Es un metal de transición.

Ligero: su Densidad o peso específico es de 4507 kg/m3.

Tiene un punto de fusión de 1675ºC (1941 K).

El peso atómico del titanio es de 47,867 u.

Es de color plateado grisáceo.

Paramagnético. No se imanta.

Abundante en la Naturaleza.

Reciclable.

Forma aleaciones con otros elementos para mejorar las prestaciones mecánicas.

Muy resistente a la corrosión y oxidación.

Refractario.

Poca conductividad. No es muy buen conductor del calor ni de la electricidad.

Entre las características mecánicas del titanio se tienen las siguientes:

Mecanizado por arranque de viruta similar al acero inoxidable.

Permite fresado químico.

Maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.

Dúctil permite la fabricación de alambre delgada.

Duro. Escala de Mohs 6.

Muy resistente a la tracción.

Gran tenacidad.

Características químicas

Se encuentra en forma de óxido, en la escoria de ciertos minerales y en cenizas de animales y plantas.

Presenta dimorfismo, a temperatura ambiente tiene estructura hexagonal compacta (hcp) llamada fase alfa. Por encima de 882 ºC presenta estructura física centrada en el cuerpo (bcc) se conoce como fase beta.

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.

Obtención de tetracloruro de titanio por cloración a 800°C, en presencia de carbono, mediante la reacción:

Se purifica el tetracloruro de titanio mediante destilación fraccionada. Se reduce el TiCl4 con magnesio o sodio molido en una atmósfera inerte, con la reacción:

El titanio forma una esponja en la pared del reactor, la cual se purifica por lixiviación con ácido clorhídrico diluido y se compacta la esponja resultante.

DIFERENTES NUMEROS DE OXIDACION

El titanio elemental es muy reductor; sin embargo, en acido clorhidrico y acido sulfurico se disuelve con mucha dificultad, originando Ti+3 y TiO+2 Tanto el Ti (II) como el Ti (III) son muy reductores, no estables al aire; pueden ser oxidados incluso por el agua.

El Ti (IV), no tiene propiedades oxi­dantes.

Ti (III)

Origina los cationes Ti+3 y TiO+ de color violeta; en virtud de su poder re­ductor, el Ti (III) se utiliza como agente de valoración de oxidantes en volumetrías empleando atmósfera inerte y dispositivos especiales para su conservación y empleo.

El CI3Ti anhidro es un sólido violeta oscuro. Esta especie es muy inestable, en presencia de aire y humedad, se oxida con facilidad.

Forma complejos con polialcoholes (de color violeta más o menos intenso) tartratos, tiocianatos (color azul) y fluoruros (color verde).

Ti (IV)

Es el estado de oxidación más estable del titanio y, por consiguiente, el que se encuentra en problemas analíticos.

El catión Ti+4 es tan ácido que no tiene existencia práctica aun en disolu­ciones fuertemente ácidas.

En soluciones clorhídricas, sulfúricas o fluorhídricas el Ti (IV) se encuen­tra formando complejos incoloros.

La característica ácido-base principal del Ti (IV) en medio acuoso es su fuerte tendencia a la hidrólisis, originando compuestos insolubles incluso en medios ácidos.

El óxido hidratado TiO2.nH20 ya precipita a pH 0,5; enveje­ce y evoluciona por ebullición, transformándose parcialmente en ácido metatitánico H2TiO3 , muy insoluble.

El óxido hidratado es ligeramente soluble en medios alcalinos, originando titanatos como el (HTiO3)-