التيتانيوم

تيتانيوم

Titanium - Titane

التيتانيوم

وجوده في الطبيعية

 يعد التيتانيوم titanium أول عناصر المعادن الانتقالية، ويتمتع بالتشكيل الإلكتروني Ar]3d²4S²]. عدده الذري (22) وكتلته الذرية (47.90)، ورمزه (Ti)؛ وللتيتانيوم خمسة نظائر طبيعية كتلها الذرية محصورة بين (46) و(50) كما أن له ثلاثة نظائر اصطناعية كتلها الذرية (43 و44 و45).

التيتانيوم من العناصر الواسعة الانتشار في الطبيعة، ويأتي في المرتبة الرابعة بعد الألمنيوم والحديد والمغنيزيوم إذ تبلغ نسبته في القشرة الأرضية

نحو 0.63% وزناً.

اكتُشِف التيتانيوم من فلزه المعروف باسم إلِمينيت Elminite عام (1790) من قبل العالم الإنكليزي وليم غريغور William Gregor كما اكتشف من فلزه المعروف باسم روتيل Rutile عام (1794) من قبل العالم الألماني كلابروث Klaproth وسُمي من قبل هذا الأخير بالتيتانيوم تيمناً بأبناء التيتان (أبناء الأرض) في الأساطير اليونانية.

يعد الإلمينيت FeTiO₃ والروتيل TiO₂ من أهم فلزات التيتانيوم، وهما منتشران في الولايات المتحدة الأمريكية وكندا والهند وأسترالية والنرويج وغيرها من الدول، وتنحصر أهمية هذه الفلزات في تحضير معدن التيتانيوم وأكسيده وخلائط التيتانيوم مع الحديد.

تحضيره

طريقة تحضير التيتانيوم حديثة العهد، فهي لذلك تعاني صعوبات جمة تكمن في فصله عن فلزاته، ويتم تحضيره على نطاق ضيق وفي عدد محدود من الدول؛ ولا يمكن الاعتماد على الطريقة التقليدية بإرجاع ثاني أكسيد التيتانيوم بالكربون لتعذر الحصول عليه نقياً من جهة وبسبب تشكل كربيد التيتانيوم من جهة أخرى.

تتبع الولايات المتحدة في تحضير التيتانيوم الطريقة المشتقة من طريقة كرول  Kroll المكتشفة عام (1932) والتي طُبقت بصورة فعلية بدءاً من عام (1950)، وأساس هذه الطريقة إرجاع رباعي كلوريد التيتانيوم TiCl₄ بمعدن ذي صفة إرجاعية قوية وبالحرارة، وللحصول على رباعي كلوريد التيتانيوم يجب إمرار غاز الكلور على أكسيد التيتانيوم TiO₂ المسخن مع الكربون لدرجة 900 ْس في وعاء خاص ثم تكثيف رباعي كلوريد التيتانيوم المتشكل وتنقيته: 

يُرجع رباعي الكلوريد الناتج بعد ذلك بمعدن المغنيزيوم المصهور في الدرجة 800 ْس في مفاعل من الفولاذ الطري وتحت الضغط الجوي وبوجود الأرغون أو الهليوم، إذ إن التيتانيوم شره جداً للأكسجين في شروط كهذه: 

وينبغي استخراج كلوريد المغنزيوم المصهور من المفاعل عندما يستهلك 60% تقريباً من معدن المغنيزيوم لكي يسمح لبخار كلوريد التيتانيوم بمواصلة التأثير في المغنيزيوم حتى تصبح نسبة المغنيزيوم المتفاعل 85%؛ ويجب أخذ الحيطة والحذر في التفاعل السابق ومنع حدوث أي تفاعل لاحق يؤدي لاختفاء التيتانيوم وفق التفاعلات الآتية: 

يمكن إخراج الجزء الصلب من المفاعل بعد التبريد بتكسيره ميكانيكياً، ويستخرج المغنزيوم وكلوريده بعملية غسل للقطع المكسرة بحمض ممدد، كما يمكن عزل المغنزيوم وكلوريده عن التيتانيوم في المفاعل بالتقطير في الخلاء.

قد يكون الإرجاع بالصوديوم المصهور من أكثر الطرق استعمالاً  للحصول على التيتانيوم:

ويمكن الحصول على التيتانيوم النقي جداً بتفكيك رباعي يوديد التيتانيوم على سلك مسخن وبمعزل عن الهواء.

خواصه الفيزيائية والكيميائية

التيتانيوم معدن رمادي اللون، لماع، يخضع لتحول تآصلي allotropique في الدرجة 880 ْس تقريباً إذ يمر من الطور a ذي البنية السداسية المكتنزة إلى الطور b ذي البنية المكعبة المركزية. ينصهر بدرجة 1668 ْس تقريباً ويغلي بدرجة 3260 ْس، ويشبه بخواصه  السيليسيوم. وهو أخف من الحديد (كثافته 3.34) وأكثر قساوة من الألمنيوم وأكثر مقاومة للتآكل من البلاتين، ويمتاز بصغر تمدده الحراري وبمقاومته الميكانيكية العالية. وهو معدن قابل للطرق وللسحب، ويمكن مقارنة خواصه الميكانيكية الصناعية مع خواص الفولاذ وإن كان التعامل مع التيتانيوم صعباً بسبب امتصاصه الآزوت والأكسجين.

استعماله

يستعمل في صناعة الطائرات ذات السرعات الكبيرة وفي صناعة السفن والصواريخ ومحركات الاحتراق الداخلي، ويستخدم في مختبرات البحث العلمي والصناعات الكيماوية نظراً لمقاومته الكبيرة للتآكل من قبل الكلور وحمض الكروم.

ومع أن التيتانيوم يقاوم معظم المؤثرات الكيمياوية (باستثناء حمض فلور الماء) إلا أنه يبدي ألفة تجاه الهدروجين والهالوجينات والآزوت والأكسجين والكربون والكبريت بارتفاع درجة الحرارة.

مركباته

 يكون التيتانيوم في معظم مركباته رباعي التكافؤ، أما مركباته التي يكون فيها ثنائي أو ثلاثي التكافؤ فإنها تتأكسد بسرعة بالهواء ومع ذلك يمكن للتيتانيوم الثلاثي أن يوجد في المحاليل المائية بشكل شاردة معقدة TiH₂(O)₆]⁺³] بنفسجية اللون. ومن مركبات التيتانيوم الثلاثي التكافؤ ثلاثي كلوريد التيتانيوم TiCl₃ الذي يحضّر بإرجاع كلوريد التيتانيوم بالهدروجين وبدرجة حرارة تراوح بين 500 ْس-1200 ْس، ومن مركبات التيتانيوم الثلاثي التكافؤ أيضاً Ti₂O₃ ذو اللون البنفسجي. وتجدر الإشارة إلى وجود عدد قليل من مركبات التيتانيوم الثنائي التكافؤ إلا أن الشاردة Ti⁺² لا توجد حرة في المحلول نظراً لسرعة تأكسدها بالماء وتحولها إلى Ti⁺⁴. أما مركبات التيتانيوم التي يكون فيها التيتانيوم رباعي التكافؤ فأهمها ثنائي أكسيد التيتانيوم TiO₂ الذي يتشكل من أكسدة معدن التيتانيوم بشروط خاصة وبوجود أكسجين الهواء.

أما الطريقة الصناعية لتحضير ثنائي أكسيد التيتانيوم فمبنية على تأثير حمض الكبريت في الإلمينيت بدرجة حرارة 150 ْس ـ 200 ْس مما يؤدي لتكون كبريتيات التيتانيوم TiOSO₄ التي تتحلمه بدروها فتتحول إلى هيدروكسيد التيتانيوم الذي يُحوَّل بدوره بالحرارة إلى ثنائي أكسيد التيتانيوم.

يعد ثنائي أكسيد التيتانيوم من الأكاسيد المذبذبة وإن كانت صفته الحمضية هي الغالبة نسبياً؛ وهو مسحوق أبيض ينحل في الأسس القوية مكوناً التيتانات المماثلة للسيليكات؛ وهو ينصهر بدرجة 1600 ْس ويصفرُّ بالتسخين.

يستعمل ثنائي أكسيد التيتانيوم صباغاً أبيض للطلاء (الدهان)، ويباع تجارياً باسم أبيض التيتانيوم، وله قدرة على تغطية السطوح تفوق سبع مرات قدرة أكسيد التوتياء، ويستعمل كذلك لتحضير بعض أنوع الخزف ceramique الكهربائي نظراً لأنه عازل جيد.

ومن مركبات التيتانيوم الرباعي التكافؤ رباعي كلوريد التيتانيوم ويعد في مركبات التيتانيوم المهمة، لأنه يعد الأساس في تحضير معظم مركبات التيتانيوم، وهو سائل يتحلمه بسرعة في الماء (على غرار رباعي كلوريد القصدير):

أما كربيد التيتانيوم فيعد في المركبات الصناعية المهمة إذ إنه مقاوم للحرارة، ويدخل في كثير من الخلائط المستعملة لصنع أدوات القطع السريع للمعادن.

ويشكل التيتانيوم مع الحديد خلائط يطلق عليها اسم فيروتيتانيوم حيث يقوم التيتانيوم بتحسين الصفات الميكانيكية للفولاذ لأنه يمتص الأكسجين والآزوت من الفولاذ فيحول بذلك دون تأكسده من جهة، ويمنع تشكل الفقاعات من جهة أخرى، وبالتالي يحول دون تشكل الفجوات الناجمة عن امتصاص الآزوت.

ويدخل التيتانيوم أيضاً في تركيب كثير من الخلائط المعدنية كخليطة الألمنيوم والقصدير والتيتانيوم المستعملة في صنع بعض المَرْكبات الفضائية.

عبد المجيد البلخي

- R.B.Heslop et P.L.Robinson, Chimie inorganique (Flammarion, Paris 1973).

- R J.H.Clark and all, The Chemistry of Titanium, Zirconuinm and Hafnium (Pergamon Press- Oxford 1975).

التصنيف : الكيمياء و الفيزياء

النوع : علوم

المجلد: المجلد السابع

رقم الصفحة ضمن المجلد : 233

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية