Acerca del metal titanio
En la historia del uso de los metales, después del cobre, el hierro y el aluminio, ¿cuál es el cuarto elemento metálico más utilizado? Los científicos predicen que este metal será titanio. Esto se debe a que el titanio tiene las ventajas de un alto punto de fusión, alta dureza, fuerte plasticidad, baja densidad y resistencia a la corrosión.
1. El descubrimiento y características del titanio
El titanio fue descubierto por el pastor británico Gregor en 1791. En 1795, mientras analizaban un tipo de rutilo, Martin y Craplot se dieron cuenta de que el mineral era un óxido metálico y lo llamaron titanio. Debido a que el titanio se alea fácilmente con metales comunes, se hicieron muchos intentos de separarlo de sus compuestos en los años posteriores a su descubrimiento, sin éxito. No fue hasta 1910 que el químico estadounidense Hunter purificó el TiCl4.
Tabla de producción anual de titanio
1910
1947
1948
1955
1957
1962
1972
0,2 toneladas
2 toneladas
10 toneladas
17.000 toneladas
Veinte mil toneladas
65438 millones de toneladas
200.000 toneladas
Desde la década de 1970, el titanio La producción anual ha crecido de manera constante a una tasa del 15%. Por ejemplo, en el Reino Unido, la demanda de materiales de titanio ha aumentado al menos un 800% en 10 años.
El titanio parece acero y tiene una reproducción de luz gris plateada. El titanio tiene una alta resistencia y la resistencia a la tracción de la aleación de titanio alcanza los 180 kg/mm3. El titanio se caracteriza por una baja dureza (4,51 g/cm3) y un alto punto de fusión (1675 °C). El titanio de alta pureza tiene buena plasticidad, pero se vuelve quebradizo y duro cuando hay impurezas presentes. A temperatura ambiente, el titanio no reacciona con el cloro, el ácido sulfúrico diluido, el ácido clorhídrico diluido y el ácido nítrico, pero puede sufrir corrosión con el ácido fluorhídrico, el ácido fosfórico y los álcalis fundidos. El titanio se disuelve fácilmente en HF HCl (H2SO4). El rendimiento más destacado del titanio es su fuerte resistencia a la corrosión del agua de mar. Alguien hundió un trozo de titanio en el fondo del océano y lo observó cinco años después. Muchos animales pequeños y organismos bentónicos marinos están adheridos a él, pero no está corroído en absoluto y ¡aún brilla!
II. Aplicaciones del titanio y sus principales compuestos
El titanio tiene las características de un rendimiento superior y grandes reservas (representa alrededor del 0,42 del peso total de la corteza terrestre, ocupando el séptimo lugar en peso). En el mundo de los metales, hay más de 70 tipos de minerales que contienen titanio, el contenido en el agua de mar es de 1 ug/l y también hay una gran cantidad de titanio en los nódulos del fondo marino). En la actualidad, el uso del titanio se está desarrollando rápidamente y se ha utilizado ampliamente en aviones, cohetes, misiles, satélites artificiales, naves espaciales, barcos, industria militar, industria ligera, industria química, textil, médica y petroquímica.
El polvo de titanio muy fino es un buen combustible para cohetes; la resistencia a la corrosión del titanio es 15 veces más fuerte que la del acero inoxidable ordinario y su vida útil es más de 10 veces más larga que la del acero inoxidable. En la producción de negativos y positivos de películas se requieren diversos fármacos, como ácidos y álcalis fuertes, que pueden corroer gravemente el equipo de revelado. Los engranajes de su equipo de revelado sólo funcionan durante unos meses como máximo. En 1980, Xi'an Film Studio probó el titanio. Como resultado, el equipo funcionó durante más de un año y los engranajes no se corroyeron en absoluto.
Las aplicaciones del titanio en cirugía también son muy fascinantes. Actualmente, el acero inoxidable se utiliza para la fijación quirúrgica de huesos. Una desventaja es que resulta doloroso retirar la pieza de acero inoxidable una vez que el hueso ha cicatrizado. De lo contrario, el acero inoxidable será perjudicial para el cuerpo humano debido a la oxidación. La tecnología ortopédica revolucionará si en su lugar se utiliza "hueso artificial" de titanio. Cuando la cabeza está dañada, se utilizan placas y tornillos de titanio. Al cabo de unos meses, el hueso volverá a crecer en los orificios y tornillos de la placa de titanio y se envolverán nuevas fibras musculares alrededor de la placa. Los huesos de titanio están conectados con la carne y la sangre como los huesos reales, sosteniéndolos y reforzándolos. Por ello, el titanio se conoce como "biometal". Se ha utilizado en articulaciones de rodilla, articulaciones de hombros, articulaciones de costillas, cráneos, válvulas cardíacas activas, clips de fijación ósea, etc.
En la industria siderúrgica, una pequeña cantidad de titanio es un buen agente desoxidante, desnitrificante y desulfurizante.
El dióxido de titanio es un valioso pigmento blanco llamado dióxido de titanio. El dióxido de titanio tiene tanto las propiedades ocultas del blanco de plomo como las propiedades duraderas del blanco de zinc. Es una de las sustancias más blancas del mundo. 1 gramo de dióxido de titanio puede pintar de blanco una superficie de más de 450 centímetros cuadrados. Lo que es especialmente valioso es que el dióxido de titanio no es tóxico. Actualmente se utilizan cientos de miles de toneladas de dióxido de titanio como pigmentos cada año.
Debido a su alto punto de fusión, el dióxido de titanio se utiliza a menudo para fabricar vidrio refractario, vidriados, esmaltes, arcilla, recipientes experimentales de alta temperatura, etc.
Cómo desarrollar los recursos de uranio en el agua de mar es un gran problema. El agua de mar contiene 400.000 toneladas de uranio. Desde 1956 se ha descubierto uno de los adsorbentes de uranio más prometedores: el dióxido de titanio hidratado. Desde entonces, se ha desarrollado un conjunto de tecnologías de extracción de uranio oceánico a base de dióxido de titanio, que pueden adsorber 1 mg de uranio por gramo de adsorbente.
El tetracloruro de titanio emitirá una gran cantidad de humo blanco en el aire húmedo. Debido a sus propiedades, se utiliza a menudo como aerosol artificial en el ejército. Especialmente en el océano hay mucho vapor de agua. Cuando se libera tetracloruro de titanio, el humo espeso es como una Gran Muralla blanca que bloquea la vista del enemigo.
Los cristales de titanato de bario se utilizan ampliamente en instrumentos ultrasónicos y detectores submarinos. Esto se debe a que genera una corriente eléctrica cuando cambia de forma bajo presión; una vez energizado, vuelve a cambiar de forma. Poner titanato de bario en ondas ultrasónicas generará una corriente eléctrica cuando se presione, y la intensidad de las ondas ultrasónicas se puede medir por la corriente eléctrica que genera. Por el contrario, las ondas ultrasónicas se generan al pasar corrientes de alta frecuencia.
En manualidades y artículos de primera necesidad decorados con oro, debido a su baja dureza, es fácil de perforar y desgastar, y no es duradero. El revestimiento de nitruro de titanio en la superficie de estas sustancias tiene un aspecto casi igual que el revestimiento de oro, pero es más resistente al desgaste que el oro y el carburo. Este recubrimiento se llama "nunca resistente al desgaste".
Los polímeros de organotitanio se pueden utilizar como tensioactivos, dispersantes, agentes impermeabilizantes o inhibidores de oxidación.
3. Aplicación de las aleaciones de titanio
Entre las cuatro series principales de metales de almacenamiento de hidrógeno que utilizan actualmente los humanos, la serie de titanio es una de ellas y también es relativamente barata. Sin embargo, los seres humanos aún no han encontrado un "metal de almacenamiento de hidrógeno" más ideal. Una vez que se resuelva este problema, la gente podrá utilizar hidrógeno como combustible.
El "Avión de Titanio" puede reducir el peso del avión en 5 toneladas y transportar a más de 100 pasajeros. En los nuevos motores a reacción, las aleaciones de titanio representan el 25% del peso total del motor; en los últimos aviones supersónicos, el titanio representa casi el 95% del peso total de toda la estructura de la carrocería, por lo que es difícil desarrollar los aviones supersónicos actuales. sin aleaciones de titanio.
Los submarinos fabricados en titanio no sólo son más duraderos que los de acero, sino que también pueden sumergirse a mayores profundidades. Los submarinos de titanio pueden sumergirse por debajo de los 4.500 metros, lo que supone un límite insuperable para los submarinos de acero. Los buques de guerra y los barcos fabricados en titanio no necesitan ser pintados y no se oxidarán después de navegar en agua de mar durante varios años. Debido a que el titanio no es un material ferromagnético, no será descubierto por minerales magnéticos, lo cual es particularmente importante en el ejército. Sin el acero resistente al calor hecho de titanio, la vida útil de los rifles y ametralladoras convencionales actualmente en uso sólo puede ser de los primeros 4,5 segundos.
Aprovechando la fuerte absorción de aire por parte del titanio y el circonio, se puede extraer el aire para crear un vacío. Una bomba de vacío hecha de una aleación de titanio y circonio sólo puede bombear una milmillonésima parte del aire.
La aleación de titanio-niobio es un material superconductor ideal. La Universidad de Tsinghua utilizó el principio de interferencia óptica y el tratamiento con nitruro de titanio iónico para crear pinturas en tinta claras y distintas de montañas y ríos.
Dentro de los dos aceros inoxidables más utilizados en la actualidad, el más utilizado en la industria es el tipo Cr-Ni-Ti 18-8-1 (que contiene Cr 18, Ni 8, Ti 1).
El carburo de titanio (TiC) es muy similar al carburo de hierro y tiene un brillo metálico. Pero tiene un punto de fusión y una dureza más altos que el carburo de hierro. Por lo tanto, tiene valor de aplicación práctica.
Los alimentos conservados en utensilios de titanio tienen un color, aroma y sabor duraderos; los utensilios de cocina de titanio son livianos, no se oxidan y son los más científicos e higiénicos.
Los recipientes de alta presión fabricados con aleación de titanio pueden soportar una alta presión de 2.500 atmósferas.
La aleación de titanio-níquel se denomina "aleación con memoria". Esta aleación se fabrica con una forma predeterminada y luego puede volver a su forma original siempre que se caliente ligeramente y se deforme mediante una fuerza externa. Esta aleación se utiliza actualmente en muchos campos.
Por ejemplo, la antena utilizada en la nave espacial estadounidense Apollo es este tipo de aleación con memoria; el Noveno Hospital Popular afiliado al Primer Colegio Médico de Shanghai ha utilizado este tipo de aleación con memoria para la cirugía de esterilización femenina. Además, también se puede utilizar en instrumentos, equipos electrónicos y otros campos.
En la actualidad, el mayor obstáculo para la aplicación generalizada del titanio es que el titanio es difícil de fundir. Debido al alto punto de fusión del titanio, la fundición del titanio se llevará a cabo a una temperatura más alta. Las propiedades químicas del titanio se volverán muy activas a altas temperaturas, por lo que la fundición se llevará a cabo bajo la protección de un gas inerte y sin oxígeno. Se utilizarán sustancias que lo contengan. Esto es muy importante porque los equipos y procesos de fundición exigen mucho. Actualmente, aproximadamente el 70% del titanio fundido se utiliza para fabricar aviones, misiles, naves espaciales y satélites.
La aplicación actual del titanio por parte de los seres humanos es sólo un buen comienzo. El futuro del metal titanio es ilimitado, por lo que se le ha concedido el título de "metal del siglo XXI".