Titanio

Il titanio è un metallo di transizione appartenente al 4° Periodo e al 4° Gruppo avente configurazione elettronica [Ar],4s2,3d2 con numeri di ossidazione +4, +3, +2, +1, -1 e -2.

E’ un metallo leggero, resistente, di colore bianco metallico che in presenza di ossigeno si passiva ricoprendosi di una patina di ossido e pertanto non viene attaccato da acidi, dalle basi e da agenti ossidanti.

Fu scoperto dal Pastore inglese William Gregor nel 1791 nell’ambito degli studi dell’ilmenite, minerale costituito da ferro e titanio.

Fu solo nel 1910 che l’ingegnere metallurgico Matthew Albert Hunter, con l’intento di ottenere un metallo ad alta temperatura di fusione per sostituire i filamenti di carbonio usati a quel tempo nelle lampadine elettriche, ottenne il metallo ad alto grado di purezza tramite il processo Hunter dalla riduzione del tetracloruro di titanio in presenza di sodio metallico secondo la reazione:

TiCl4 + 4 Na → Ti + 4 NaCl

Il metallo ottenuto, del quale si sarebbero scoperte successivamente le potenzialità, aveva tuttavia una temperatura di fusione molto minore a quella auspicata ed inoltre tale processo si rivelò scarsamente efficiente e fu utilizzato solo in laboratorio e non per scopi industriali.

Fu solo nel 1940 che Wilhelm Kroll mise a punto il processo Kroll tramite il quale viene ottenuto il titanio che consiste di quattro stadi:

1)      Clorurazione

2)      Purificazione

3)      Ottenimento di titanio poroso

4)      Ottenimento di titanio

I minerali contengono il titanio abitualmente sotto forma di ossido TiO2 che si presenta stabile alle alte temperature e resistente agli attacchi chimici, inoltre esso non può essere ridotto con il carbonio, il monossido di carbonio o l’idrogeno e la riduzione con metalli meno elettronegativi è incompleta. Se l’ossido viene convertito in tetracloruro di titanio TiCl4 il processo diventa più agevole. La roccia viene trattata a circa 1000 °C in presenza di cloro e carbonio dove avviene la conversione da biossido a tetracloruro di titanio:

TiO2(s) + 2 Cl2(g) + C(s) → TiCl4(g) + CO2(g)

2) Il tetracloruro di titanio viene purificato per distillazione

3) Il tetracloruro di titanio è un liquido volatile e viene riscaldato per portarlo allo stato gassoso. Il vapore viene fatto passare in un reattore preriscaldato a circa 500 °C in atmosfera di Argon contenente magnesio in eccesso allo stato fuso. A causa delle reazioni esotermiche che danno luogo alla formazione di TiCl2 e di TiCl3 la temperatura si innalza a oltre 800 °C; per avere il processo di riduzione che avviene lentamente la temperatura viene innalzata a 1000 °C dove avviene in un tempo di 36-50 ore la reazione:

TiCl4(g) + 2 Mg(l) → Ti(s) + 2 MgCl2(s)

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Author: Chimicamo

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