ไทเทเนียม

บทความหลัก: ไอโซโทปของไทเทเนียม
iso	NA	ครึ่งชีวิต	DM	DE (MeV)	DP
⁴⁴Ti	syn	63 y	ε	-	⁴⁴Sc
⁴⁴Ti	syn	63 y	γ	0.07D, 0.08D	-
⁴⁶Ti	8.0%	Ti เสถียร โดยมี 24 นิวตรอน
⁴⁷Ti	7.3%	Ti เสถียร โดยมี 25 นิวตรอน
⁴⁸Ti	73.8%	Ti เสถียร โดยมี 26 นิวตรอน
⁴⁹Ti	5.5%	Ti เสถียร โดยมี 27 นิวตรอน
⁵⁰Ti	5.4%	Ti เสถียร โดยมี 28 นิวตรอน

แหล่งอ้างอิง

ไทเทเนียม (อังกฤษ: Titanium; /taɪˈteɪniəm/; ty-tay-nee-əm) เป็นธาตุเคมี มีสัญลักษณ์เป็น Ti มีเลขอะตอมเท่ากับ 22 มีความหนาแน่นต่ำ แข็ง ทนการกัดกร่อน (น้ำทะเล , น้ำประสานทอง (aqua regia) และ คลอรีน) เป็นโลหะทรานซิชันสีเงิน

ไทเทเนียมได้รับการค้นพบในคอร์นวอลล์ บริเตนใหญ่ โดย วิลเลียม เกรเกอร์ (William Gregor) ในปี ค.ศ. 1791 ได้รับการตั้งชื่อโดย มาร์ทิน ไฮนริช คลาพรอท (Martin Heinrich Klaproth) ตามไททันในเทพปกรณัมกรีก ธาตุนี้พบในชั้นที่ทับถมกันของแร่ที่กระจายอยู่ทั่วไปในเปลือกโลกและธรณีภาค ส่วนใหญ่จะเป็นรูไทล์และอิลเมไนต์ และยังพบในสิ่งมีชีวิตเกือบทุกชนิด หิน แหล่งน้ำ และดิน^[1] ไทเทเนียมสามารถสกัดจากสินแร่ด้วยกระบวนการครอลล์ (Kroll process)^[2] หรือกระบวนการฮันเตอร์ (Hunter process) ในรูปของสารประกอบที่พบส่วนมากจะเป็นไทเทเนียมไดออกไซต์ ซึ่งเป็นสารเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง (photocatalyst) ที่นิยมและใช้ในการสร้างสารสี (pigment) ขาว^[3] ส่วนรูปสารประกอบอื่น ได้แก่ ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ (TiCl₄) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของหมอกควันและตัวเร่งปฏิกิริยา และไทเทเนียมไตรคลอไรด์ (TiCl₃) ซึ่งใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตโพลิโพรพิลีน^[1]

ไทเทเนียมสามารถผลิตเป็นโลหะเจือ ด้วยการผสมกับเหล็ก อะลูมิเนียม วาเนเดียม โมลิบดีนัม และธาตุอื่นๆ เพื่อผลิตโลหะเจือที่แข็งแรงแต่น้ำหนักเบาสำหรับใช้ในยานอวกาศหรืออากาศยาน (เครื่องยนต์เจ็ต ขีปนาวุธ และยานอวกาศ) การทหาร กระบวนการทางอุตสาหกรรม (สารเคมี สารเคมีจากปิโตรเลียม ระบบผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเล (desalination plant) เยื่อกระดาษ และกระดาษ) ยานยนต์ อาหารจากเกษตรกรรม กายอุปกรณ์ทางการแพทย์ กระดูกเทียม เครื่องมือทางทันตกรรม ฟันปลอมรากเทียม สินค้าทางการกีฬา อัญมณี โทรศัพท์มือถือ และการประยุกต์ใช้อื่น ๆ^[1]

สองคุณสมบัติที่มีประโยชน์มากที่สุดของรูปโลหะคือมีความต้านทานการกัดกร่อนและมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงกว่าโลหะชนิดใด ๆ^[4] ในสภาวะบริสุทธิ์ ไทเทเนียมมีความแข็งเท่ากับเหล็กกล้าบางชนิด แต่เบากว่า 45%^[5] มีด้วยกันสองอัญรูป^[6] และห้าไอโซโทปที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติ คือ ⁴⁶Ti ถึง ⁵⁰Ti ซึ่ง ⁴⁸Ti มีจำนวนมากที่สุด (73.8%)^[7] คุณสมบัติทางเคมีและฟิสิกส์ของไทเทเนียมคล้ายกับเซอร์โคเนียม เพราะทั้งสองมีเลขเวเลนซ์อิเล็กตรอนเลขเดียวกันและอยู่ในหมู่เดียวกันในตารางธาตุ

ลักษณะ

คุณสมบัติทางฟิสิกส์

ธาตุ โลหะไทเทเนียมเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นธาตุที่มีอัตราความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง^[6] เป็นโลหะที่แข็งแรงแต่มีความหนาแน่นต่ำสามารถทำให้เป็นแผ่นบาง ๆ ได้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีออกซิเจน),^[1] มันวาว, และมีสีขาวโลหะ มีจุดหลอมเหลวสูง (มากกว่า 1,650 °C หรือ 3,000 °F) จึงมักนำไปใช้เป็นโลหะทนไฟ ไทเทเนียมเป็นพาราแมกเนติกมีสภาพนำไฟฟ้าและสภาพนำความร้อนต่ำ^[1]

เกรดของไทเทเนียมในเชิงการค้า (บริสุทธิ์ 99.2%) มีความทนแรงเค้นดึงสูงสุดประมาณ 63,000 psi (434 MPa) เท่ากับโละผสมเกรดต่ำทั่วไป แต่เบากว่า 45%^[5] ไทเทเนียมมีความหนาแน่นมากกว่าอะลูมิเนียม 60% แต่แข็งกว่าสองเท่า^[5] ของโลหะผสมอะลูมิเนียม 6061-T6 ที่นิยมใช้กันทั่วไป โลหะผสมไทเทเนียมบางชนิด (เช่น บีตาซี ,Beta C) ทนแรงเค้นดึงสูงกว่า 200,000 psi (1,400 MPa)^[8] อย่างไรก็ตาม ไทเทเนียมจะสูญเสียความแข็งเมื่อได้รับความร้อนสูงกว่า 430 °C (806 °F)^[9]

ไทเทเนียมนั้นแข็งพอใช้ (แม้ว่าจะไม่แข็งเท่ากับเหล็กกล้าอบชุบบางเกรด) ไม่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก และเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่คุณภาพเลว การใช้กับเครื่องจักรต้องทำอย่างระมัดระวังเพราะวัสดุจะอ่อนตัวและถูกครูดเป็นรอยถ้าเครื่องมือมีความแหลมคมและไม่ได้ใช้วิธีการระบายความร้อนที่เหมาะสม เครื่องมือที่ทำจากไทเทเนียมคล้ายกับเครื่องมือที่ทำจากเหล็ก โครงสร้างของไทเทเนียมนั้นมีขีดจำกัดความล้าซึ่งจะกำหนดช่วงชีวิตของการนำไปใช้งานบางประเภท คุณสมบัติความแข็งตึง (stiffness) ของโลหะผสมไทเทเนียม ปกติแล้วไม่ดีเท่าวัสดุอื่น เช่น โลหะผสมอะลูมิเนียม และคาร์บอนไฟเบอร์ ดังนั้น จึงไม่ค่อยจะมีการนำไทเทเนียมไปใช้ในโครงสร้างที่ต้องการความแข็งแกร่งสูง

ไทเทเนียมมีสองอัญรูปคือรูปแบบแอลฟาหกเหลี่ยมที่จะเปลี่ยนเป็นรูปแบบบีตาแบบลูกบาศก์กลางตัว (body-centered cubic, แลตทิซ) ที่ 882 °C (1,620 °F)^[9] ความร้อนจำเพาะของรูปแบบแอลฟาจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อได้รับความร้อนเพื่อส่งผ่านระดับความร้อนนี้แต่จะตกลงและเกือบจะคงที่ในรูปแบบบีตาโดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิ^[9] ส่วนรูปแบบโอเมกาที่เพิ่มขึ้นมาจะคงอยู่และเสถียรทางเทอร์โมไดนามิกส์ที่ความดันสูงคล้ายกับเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียม แต่จะอุปเสถียร (metastable) ที่ความดันบรรยากาศ รูปแบบนี้ปกติจะเป็นรูปหกเหลี่ยม (อุดมคติ) หรือสามเหลี่ยม (บิดเบี้ยว)

คุณสมบัติทางเคมี

สารประกอบ

การปรากฏขึ้น

ไอโซโทป

ไทเทเนียมที่เกิดขึ้นในธรรมชาติมีอยู่ด้วยกัน 5 ไอโซโทปที่เสถียร ได้แก่ ⁴⁶Ti, ⁴⁷Ti, ⁴⁸Ti, ⁴⁹Ti, และ ⁵⁰Ti ซึ่ง ⁴⁸Ti มีจำนวนมากที่สุด (73.8%) มี 11 ไอโซโทปกัมมันตรังสี ที่เสถียรที่สุด คือ ⁴⁴Ti ซึ่งมีครึ่งชีวิต 63 ปี ⁴⁵Ti มีครึ่งชีวิต 184.8 นาที ⁵¹Ti มีครึ่งชีวิต 5.76 นาที และ ⁵²Ti มีครึ่งชีวิต 1.7 นาที ที่เหลือเป็นไอโซโทปกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 33 วินาทีและส่วนใหญ่มีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 0.5 วินาที^[7]

ไอโซโทปของไทเทเนียมมีน้ำหนักอะตอมอยู่ในช่วง 39.99 u (⁴⁰Ti) ถึง 57.966 u (⁵⁸Ti) รูปแบบการสลายกัมมันตรังสีขั้นต้นก่อนจะกลายเป็นไอโซโทปที่เสถียรและมีจำนวนมากที่สุด ⁴⁸Ti คือการจับยึดอิเล็กตรอนและรูปแบบการสลายหลังจากนั้นคือการสลายให้อนุภาคบีตา ผลิตภัณฑ์จากการสลายกัมมันตรังสีขั้นต้นก่อนจะเป็น ⁴⁸Ti คือไอโซโทปธาตุที่ 21 (สแกนเดียม) และผลิตภัณฑ์จากการสลายกัมมันตรังสีหลังจากนั้นคือไอโซโทปธาตุที่ 23 (วาเนเดียม)^[7]

อ้างอิง

↑ ^1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 ^1.4 "Titanium". Encyclopædia Britannica. 2006. สืบค้นเมื่อ 2006-12-29.
↑ Lide, D. R., บ.ก. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
↑ Krebs, Robert E. (2006). The History and Use of Our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide (2nd edition). Westport, CT: Greenwood Press. ISBN 0313334382.
↑ Matthew J. Donachie, Jr. (1988). TITANIUM: A Technical Guide. Metals Park, OH: ASM International. p. 11. ISBN 0871703092.
↑ ^5.0 ^5.1 ^5.2 Barksdale 1968, p. 738
↑ ^6.0 ^6.1 "Titanium". Columbia Encyclopedia (6th ed.). New York: Columbia University Press. 2000–2006. ISBN 0-7876-5015-3. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2011-11-18. สืบค้นเมื่อ 2011-10-12.
↑ ^7.0 ^7.1 ^7.2 Barbalace, Kenneth L. (2006). "Periodic Table of Elements: Ti – Titanium". สืบค้นเมื่อ 2006-12-26.
↑ Matthew J. Donachie, Jr. (1988). Titanium: A Technical Guide. Metals Park, OH: ASM International. Appendix J, Table J.2. ISBN 0871703092.
↑ ^9.0 ^9.1 ^9.2 Barksdale 1968, p. 734

บรรณานุกรม

Barksdale, Jelks (1968). "Titanium". ใน Clifford A. Hampel (บ.ก.). The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York, NY: Reinhold Book Corporation. pp. 732–738. LCCN 68029938.
Donachie, Matthew J. Jr. (1988). Titanium: A technical guide. Metals Park, OH: ASM International. p. 11. ISBN 978-0-87170-309-5.
Emsley, John (2001). "Titanium". Nature's Building Blocks: An A-Z guide to the elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850340-8.
Flower, Harvey M. (2000). "Materials Science: A moving oxygen story". Nature. 407 (6802): 305–306. doi:10.1038/35030266. PMID 11014169. S2CID 4425634.
Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-3365-9.
Roza, Greg (2008). Titanium (1st ed.). New York, NY: The Rosen Publishing Group. ISBN 978-1-4042-1412-5.

แหล่งข้อมูลอื่น

Titanium: Our Next Major Metal, October 1950, Popular Science one of first general public detailed articles on Titanium
A Cleaner, Cheaper Route to Titanium
International Titanium Association
Metallurgy of Titanium and its Alloys, Cambridge University
World Production of Titanium Concentrates, by Country
Truth in Sparks: Titanium or Plain Ol' Steel? เก็บถาวร 2007-12-23 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน Popular Science Magazine
Metal of the gods
วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อเกี่ยวกับ ไทเทเนียม

[EBC-1] 1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 ^1.4 "Titanium". Encyclopædia Britannica. 2006. สืบค้นเมื่อ 2006-12-29.

[LANL-2] Lide, D. R., บ.ก. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.

[HistoryAndUse-3] Krebs, Robert E. (2006). The History and Use of Our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide (2nd edition). Westport, CT: Greenwood Press. ISBN 0313334382.

[4] Matthew J. Donachie, Jr. (1988). TITANIUM: A Technical Guide. Metals Park, OH: ASM International. p. 11. ISBN 0871703092.

[Barksdale1968p738-5] 5.0 ^5.1 ^5.2 Barksdale 1968, p. 738

[TICE6th-6] 6.0 ^6.1 "Titanium". Columbia Encyclopedia (6th ed.). New York: Columbia University Press. 2000–2006. ISBN 0-7876-5015-3. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2011-11-18. สืบค้นเมื่อ 2011-10-12.

[EnvChem-7] 7.0 ^7.1 ^7.2 Barbalace, Kenneth L. (2006). "Periodic Table of Elements: Ti – Titanium". สืบค้นเมื่อ 2006-12-26.

[8] Matthew J. Donachie, Jr. (1988). Titanium: A Technical Guide. Metals Park, OH: ASM International. Appendix J, Table J.2. ISBN 0871703092.

[Barksdale1968p734-9] 9.0 ^9.1 ^9.2 Barksdale 1968, p. 734

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]