Vật lý

Titan là kim loại nhẹ, cứng nhất trong hầu như các kim loại, bề mặt bóng láng, chống ăn mòn tốt (giống như platin). Nó có thể chống ăn mòn kể cả với axít, khí clo và với các dung dịch muối thông thường.

Ở trạng thái tinh khiết, titan có thể được kéo sợi dễ dàng (nhất là trong môi trường không có ôxy), dễ gia công. Nhiệt độ nóng chảy của titan tương đối cao nên nó được dùng làm kim loại chịu nhiệt. Titan cứng như thép nhưng nhẹ hơn 40%, và nó nặng gấp rưỡi nhôm nhưng cứng gấp sáu lần. Những đặc tính này của titan giúp nó chịu đựng được sự mỏi kim loại.

Là nguyên tố kim loại, titan được xem là có tỉ số tỷ trọng-độ bề cao.[10] Nó là kim loại bền có tỉ trọng thấp, khá dẻo (đặc biệt trong môi trường không có ôxy),[3] lustrous, and metallic-white in color.[11] Điểm nóng chảy tương đối cao (trên 1.650 °C hay 3.000 °F) nên nó rất hữu ích trong vật liệu chịu lửa và độ dẫn điện và dẫn nhiệt tương đối thấp.[3]

Titan thương mại (tinh khiết 99,2%) có độ bền kéo khoảng 434 MPa tương đương hợp kim thép cấp thấp, nhưng mật độ thấp hơn. Titan có mật độ lớn hơn nhôm 60%, nhưng bền gấp đôi[7] so với loại hợp kim nhôm thường được sử dụng là hợp kim nhôm 6061. Các hơp kim titan (như Beta C) có độ bền kéo hơn 1400 MPa (200000 psi).[12]Tuy nhiên, titan giảm độ bền khi nung trên 430 °C (806 °F).[13]

Kim loại này tạo một lớp ôxít bảo vệ bên ngoài (nên nó có thể chống ăn mòn) trong không khí ở nhiệt độ cao nhưng ở nhiệt độ phòng nó chống lại sự xỉn màu. Kim loại này khi được đốt ở 610 °C hoặc cao hơn trong không khí sẽ tạo thành titan điôxít, và nó cũng là một trong những kim loại có thể cháy trong khí nitơ tinh khiết (nó cháy ở 800 °C và tạo thành titan nitrit). Titan cũng không bị tan trong axít sulfuric và dung dịch axít clohyđric, cũng như khí clo, nước clo và hầu hết axít hữu cơ. Nó cũng thuận từ (ít hấp dẫn bởi nam châm) và ít dẫn điện và dẫn nhiệt.

Thực nghiệm cho thấy titan tự nhiên trở nên có tính phóng xạ sau khi bắn đơteri, phát ra chủ yếu hạt positron và tia gamma. Khi nóng đỏ, nó có thể kết hợp với ôxy, và khi đạt tới 550 °C nó có thể kết hợp với clo. Nó có thể phản ứng với các halogen và hấp thụ hyđrô.

Xuất hiện trong tự nhiên

Titan kim loại không tìm thấy ở dạng tự do nhưng nó là nguyên tố phổ biến thứ 9 trên vỏ Trái Đất (chiếm 0,63% khối lượng)[15], nó xuất hiện trong hầu hết đá lửa và đá trầm tích.[3][4] Trong 801 loại đá mácma được phân tích thì có đến 784 loại là chứa titan. Tỷ lệ của nó trong đất khoảng 0,5 đến 1,5%.[15] Nó cũng được phân bố rộng khắp và hiện diện chủ yếu trong khoáng vật anatas, brookit, ilmenit, perovskit, rutil, titanit (hay còn gọi là sphen),[16] cũng như trong nhiều quặng sắt. Trong các loại khoáng vật này, chỉ có ilmenit và rutil có giá trị kinh tế quan trọng, nhưng rất khó tìm với mức độ tập trung cao, theo thứ tự là 6,0 và 0,7 triệu tấn được khai thác trong năm 2011.[14] Các mỏ ilmenit chứa titan đáng kể phân bố ổ tây Úc, Trung Quốc, Ấn Độ, Mozambique, New Zealand, Na Uy, Ukraine và Nam Phi.[16] Khoảng 186.000 tấn titan kim loại được sản xuất năm 2011, chủ yếu ở Trung Quốc (60.000 tấn), Nhật Bản (56.000 tấn), Nga (40,000 tấn), Hoa Kỳ (32.000 tấn) và Kazakhstan (20.700 tấn). Tổng trữ lượng titan ước tính hơn 600 triệu tấn.[14]

Nồng độ Ti khoảng 4 picomolar trong đại dương. Ở 100 °C, nồng độ titan trong nước ước tính khoảng dưới 10−7 M với pH 7. Việc xác định loại titan trong dung dịch vẫn còn chưa sáng tỏ do tính tan của nó thấp và thiếu các phương pháp quang phổ hiển vi nhạy cảm để xác định, mặc dù chỉ trạng thái ôxy hóa 4+ là ổn định trong không khí. Không có bằng chứng về vai trò sinh học của titan, mặc hiếm sinh vật được biết là có tích tụ nồng độ cao.[17]

Kim loại này được tìm thấy trong thiên thạch và cũng đã được tìm thấy trong Mặt Trời và trong các ngôi sao loại M,[4] là các sao lạnh nhất với nhiệt độ bề mặt 3.200 °C (5.790 °F).[18] Đá từ Mặt Trăng do tàu vũ trụ Apollo 17 mang về chứa 12,1% TiO2.[4] Titan cũng được tìm thấy trong tro than, cây và cả trong cơ thể con người.

Đồng vị

Trong tự nhiên, titan có 5 đồng vị bền: Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49 và Ti-50 với Ti-48 là phổ biến nhất (chiếm 73,8%). 11 đồng vị phóng xạ được nhận biết với Ti-44 là bền nhất với chu kỳ bán rã là 63 năm, Ti-45 với chu kỳ bán rã là 184,8 phút, Ti-51 với chu kỳ bán rã 5,76 phút, và Ti-52 với chu kỳ bán rã 1,7 phút. Tất cả đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã dưới 33 giây và có loại ít hơn ½ giây.[9]

Các đồng vị của titan có phân tử lượng 39,99 đơn vị (amu) (Ti-40) tới 57,966 amu (Ti-58). Cơ chế phân rã chủ yếu trước đổng vị bền phổ biến nhất 48Ti, là bắt electron và cơ chế phân rã chủ yếu sau là phát xạ beta. Sản phẩm phân rả chính trước 48Ti là các đồng vị 21 (scandi) và các sản phẩm phân rã sau là các đồng vị 23 (vanadi).[9]

Titani có tính phóng xạ khi bị bắn phá bẳng deuteron, phát ra chủ yếu là positron và các tia gamma mạnh.[4]