Titan

Titan (lat. titanium) ist ein chemisches Element in der Periodensystem der Elemente, das das Symbol Ti und die Ordnungszahl 22 hat. Es ist ein leichter, fester, glänzender Übergangsmetall mit stahler Erscheinungsbild, korrosionsbeständig (auch in Meerwasser, in Säuren, bzw. in Gegenwart von Chlor). In der Natur kommt Titan nur in Form von Verbindungen vor, die verbreitesten Minerale sind Rutile und Ilmenit.

Titan wird als Bestandteil fester und leichter Legierungen (mit Eisen, Aluminium, Vanadium, Molybdän und vielen anderen Elementen) verwendet, die in vielen Industriezweigen (in der Kosmonautik, im Militär, im Luftfahrt, in der Maschinenbau, in der chemischen Industrie, in der Medizin usw.) weit verbreitet angewendet werden. Titanoxid wird als weißer Farbstoff (unter dem Namen Titanweiß) verwendet, genauso wie als Bestandteil von Zahnpasta und als Fotokatalysator.

Geschichte

Titan als neues Element identifizierte erstmals der Hobbygeologe William Gregor (Beruf: Pastor und später Vikar der Pfarrei Creed in Cornwall) im Jahr 1791, der bemerkte, dass schwarzer Sand aus den Ablagerungen im Nachbarort Manaccan vom Magneten angezogen wird. Dieser Sand war das Mineral Ilmenit und durch seine Analyse stellte Gregor fest, dass er aus zwei Oxiden besteht - Eisen und einem neuen, bis dahin nicht identifizierten Element (Titanoxid). Seine Entdeckung meldete er der Königlichen geologischen Gesellschaft Cornwalls (Royal Geological Society of Cornwall) und veröffentlichte sie auch in einem deutschen wissenschaftlichen Journal Creel's Annalen.

Etwa zur gleichen Zeit bereitete der ungarische Mineraloge Franz-Joseph Müller von Reichenstein die gleiche Verbindung vor, konnte sie jedoch nicht identifizieren. Titanoxid entdeckte erneut im Jahr 1795 der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth im Rutile aus Ungarn (genauer gesagt aus der Gegend bei Revúca auf dem heutigen slowakischen Territorium), der auch beweisen konnte, dass es sich um ein Oxid eines neuen Elements handelt und dieses Element nach den Titanen aus der griechischen Mythologie benannte. Als er von Gregors früherer Entdeckung erfuhr, bestätigte er, dass sich das gleiche Element auch in den schwarzen Sanden aus Manaccan befindet.

Die eigentliche Herstellung von reinem Titan gelang jedoch erst im Jahr 1910 Matthew Hunter, der mit einer Reinheit von 99,9 % Metall durch Reduktion von Titan(IV)-chlorid mit Natrium bei einer Temperatur von 700 bis 800 °C herstellte. Titan reagiert jedoch bei erhöhter Temperatur mit Kohlenstoff, weshalb klassische Reduktionsmethoden mit Koks fehlgeschlagen sind. Die Reduktion mit Natrium war jedoch sehr kostspielig und die Menge an Titan, die mit diesem Verfahren hergestellt wurde, reichte nur für Laborversuche. Erst im Jahr 1932 ersetzte der luxemburgische Metallurg William Kroll Natrium durch Calcium und neun Jahre später durch Magnesium und begann die industrielle Produktion von Titan. Der Kroll-Prozess wird bis heute zur Herstellung von Titan verwendet, obwohl es auch günstigere Methoden zur Herstellung gibt.

Chemische Eigenschaften
Die wichtigste Eigenschaft von Titan ist seine Korrosionsbeständigkeit, sowie seine Unlöslichkeit in den meisten Lösungen verdünnter Säuren, obwohl es sich in konzentrierten Säuren auflöst. Mit dem Wert E° −0,42 V sollte es Wasserstoff aus Wasser verdrängen, doch diese Reaktion verläuft praktisch nicht. Auf der Oberfläche bildet sich jedoch eine passivierende Schicht aus Titanoxid, die weitere Korrosion verhindert.

Bei erhöhter Temperatur in der Luft bildet sich auf Titan eine passivierende und schützende Oxidschicht, die Korrosion verhindert, doch bei Zimmertemperatur ist es korrosionsbeständig. Wenn es in der Luft auf eine Temperatur von 610 °C oder höher erhitzt wird, brennt es unter Bildung von Titanoxid; und es ist eines der wenigen Elemente, die auch in einer reinen Stickstoffatmosphäre brennen (brennt bei 800 °C). Titan ist beständig gegen verdünnte Schwefelsäure und Salzsäure, sowie gegen Chlorgas und die meisten organischen Säuren.

Versuche zeigten, dass natürlicher Titan radioaktiv wird, wenn er mit Deuteronen beschossen wird, wobei er vor allem Positronen und harte Gammastrahlung abstrahlt. Bei Erhitzung auf Glühhitze verbindet er sich mit Sauerstoff und bei 550 °C auch mit Chlor. Er reagiert auch mit anderen Halogenen und absorbiert Wasserstoff.

Anwendung
Die praktische Anwendung des elementaren Titans basiert vor allem auf seiner außergewöhnlichen chemischen Beständigkeit und geringer Dichte. Es ist zu berücksichtigen, dass die Herstellung von Titan heute relativ kostspielig ist und die Anwendung von Titan-Komponenten nur in Fällen sinnvoll ist, wenn eine günstigere Alternative auf der Basis von Aluminium- und Magnesiumlegierungen (Dural) nicht möglich ist.

Seit Beginn der industriellen Herstellung von Titans legte sich der Schwerpunkt seiner Anwendung auf Raumfahrttechnologien und spezielle Anwendungen in der Luftfahrtindustrie. Titan und seine Legierungen sind daher ein grundlegender Material für die Herstellung von Skeletten oder Schutzschirmen von Raumobjekten (Satelliten, Raumsonden und Raumstationen). In der Luftfahrtindustrie finden sie Anwendung bei der Herstellung von bedeutend beanspruchten Komponenten von Flugzeugen, also insbesondere bei der Konstruktion von militärischen Jagdflugzeugen und heute auch bei der Konstruktion von kommerziellen Flugzeugen.

In der chemischen Industrie ist Titan ein immer beliebteres Material für die Herstellung oder einfache Auskleidung von chemischen Reaktoren, die unter extremen Bedingungen arbeiten und eine hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern.

Titan wird immer häufiger in Geräten verwendet, die langfristig in Kontakt mit Meerwasser stehen. Es können Komponenten von Schiffen oder U-Booten (Schiffsverschlüsse) sein, aber auch Komponenten von industriellen Anlagen, die zur Entsalzung (Desalination) von Meerwasser dienen.

Im alltäglichen Leben können wir Titan z. B. als Material für die Herstellung von Luxusarmuhren oder Schmuckteilen begegnen.