Titán

Titán (lat. titanium) je chemický prvok v Periodické tabulce prvků, který má značku Ti a protonové číslo 22. Je to lehký, pevný, lesklý přechodný kov ocelového vzhledu, odolný vůči korozi (i v mořské vodě, v kyselinách, resp. v přítomnosti chloru). V přírodě se titán vyskytuje pouze v podobě sloučenin, nejrozšířenějšími minerály jsou rutil a ilmenit.

Titán se používá jako složka pevných a lehkých slitin (s železem, hliníkem, vanadem, molybdénem a mnoha dalšími prvky), které mají široké uplatnění ve mnoha odvětvích průmyslu (v kosmonautice, vojenství, letectví, strojírenství, chemickém průmyslu, v medicíně atd.). Oxid titanatý se používá jako bílý pigment (pod názvem titanová běloba), taktéž i jako složka zubních past a jako fotokatalyzátor.

Dějiny

Titán jako nový prvek poprvé identifikoval amaterský geolog William Gregor (povoláním pastor a později vikář farnosti Creed v Cornwalle) v roce 1791, který si všiml, že černý písek z náplavů v sousední obci Manaccan je přitahován magnety. Tento písek byl minerál ilmenit a jeho analýzou Gregor zjistil, že je tvořen dvěma oxidy - železa a nového, dosud nepoznaného prvku (oxid titanatý). Svůj objev oznámil Královské geologické společnosti Cornwallu (Royal Geological Society of Cornwall) a taktéž ho publikoval i v německém vědeckém časopise Creel's Annalen.

Přibližně ve stejném čase uhorský mineralog Franz-Joseph Müller von Reichenstein připravil stejnou sloučeninu, ale nedokázal ji identifikovat. Oxid titanatý znovuobjevil v roce 1795 německý chemik Martin Heinrich Klaproth v rutile z Uhorska (přesněji z lokality u Revúče na území dnešního Slovenska), který dokázal, že je to oxid nového prvku a tento prvek pojmenoval po obrech z řecké mytologie Titanech. Když se dozvěděl o dřívějším objevu Gregora, potvrdil, že v černých písech z Manaccanu se také nachází stejný prvek.

Výroba čistého titanu se však podařila až v roce 1910 Matthewovi Hunterovi, který připravil kov o čistotě 99,9% redukcí chloridu titanatého sodíkem při teplotě 700 až 800 °C. Titán totiž za zvýšené teploty reaguje s uhlím, tak klasické způsoby redukce rud koksem selhávaly. Redukce sodíkem byla však velmi nákladná a množství titanu vyrobeného tímto procesem stačilo jen na laboratorní experimenty. Až v roce 1932 luxemburský metalurg William Kroll nahradil sodík vápníkem a o devět let horčíkem a titán začal být vyráběn průmyslově. Krollův proces se používá na výrobu titanu i v současnosti, ačkoliv existují i levnější způsoby přípravy

Chemické vlastnosti
Nejdůležitější vlastností titanu je jeho odolnost vůči korozi, stejně jako nerozpustnost ve většině roztoků zředěných kyselin, i když se rozpouští v koncentrovaných kyselinách. S hodnotou E° −0,42 V by měl vytěsnit vodík z vody, ale tato reakce prakticky neprobíhá. Na povrchu se totiž vytváří pasivační vrstva oxidu titanatého, která brání další korozi.

Při zvýšené teplotě na vzduchu se na titanu vytváří pasivační a ochranná oxidová vrstva bránící korozi, ale při místnosti odolává korozi. Když se na vzduchu zahřeje na teplotu 610 °C nebo vyšší, hoří s vznikem oxidu titanatého; a je jedním z mála prvků, které hoří i v čisté dusíkové atmosféře (hoří při 800 °C). Titan odolává zředěné kyselině sírové i kyselině chlorovodíkové, stejně jako plynnému chloru a většině organických kyselin.

Pokusy ukázaly, že přirozený titan se mění na radioaktivní, když je ostřelován deuteron, přičemž vyzařuje především pozitrony a tvrdé gama záření. Rozžhavený do červena se spojuje s kyslíkem a při teplotě 550 °C se spojuje i s chlorem. Reaguje i s jinými halogeny a absorbuje vodík.

Použití
Praktické využití elementárního titanu vyplývá především z jeho mimořádné chemické odolnosti a malé hustoty. Je třeba vzít v úvahu, že výroba titanu je v současnosti relativně finančně náročná a provozní nasazení titanových komponentů je účelné pouze v případech, kdy není možné použít levnější alternativu na bázi slitin hliníku a horčíku – duralů.

Od počátku průmyslové výroby kovového titanu spočívalo důraz jeho využití v kosmických technologiích a speciálních aplikacích leteckého průmyslu. Titan a jeho slitiny jsou proto základním materiálem při výrobě skeletů nebo povrchových ochranných štítů kosmických objektů (družic, vesmírných sond a vesmírných stanic). V leteckém průmyslu nacházejí využití při výrobě významně namáhaných součástí letadel, tedy především při konstrukci vojenských stíhacích letadel a dnes i při konstrukci komerčních dopravních letadel.

V chemickém průmyslu je titan stále populárnějším materiálem na výrobu nebo jednoduché vystlání chemických reaktorů, které pracují v extrémních podmínkách a vyžadují vysokou odolnost vůči korozi.

Titan je stále častěji používán v zařízeních, která dlouhodobě pracují ve styku s mořskou vodou. Mohou to být součásti lodí nebo ponorek (lodní skruže), ale i komponenty průmyslových celků, sloužících na odslanění (desalinaci) mořské vody.

V běžném každodenním životě se s titanem můžeme setkat např. jako s materiálem na výrobu luxusních náramkových hodinek nebo částí šperků.