ไทเทเนียม

ไทเทเนียม สแกนเดียม ← → วาเนเดียม - ↑ Ti ↓ Zr
ทั่วไป
ชื่อ, สัญลักษณ์, เลขอะตอม	ไทเทเนียม, Ti, 22
อนุกรมเคมี	โลหะหมู่ B
หมู่, คาบ, บล็อก	4, 4, d
ลักษณะ	สีเงินมันวาว
มวลอะตอม	47.867 (1) กรัม/โมล
การจัดเรียงอิเล็กตรอน	[Ar] 3d2 4s2
อิเล็กตรอนต่อระดับพลังงาน	2, 8, 10, 2
คุณสมบัติทางกายภาพ
สถานะ	ของแข็ง
ความหนาแน่น (ใกล้ r.t.)	4.506 ก./ซม.³
ความหนาแน่นของของเหลวที่m.p.	4.11 ก./ซม.³
จุดหลอมเหลว	1941 K (1668 °C)
จุดเดือด	3560 K(3287 °C)
ความร้อนของการหลอมเหลว	14.15 กิโลจูล/โมล
ความร้อนของการกลายเป็นไอ	425 กิโลจูล/โมล
ความร้อนจำเพาะ	(25 °C) 25.060 J/(mol·K)
ความดันไอ P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k ที่ T K 1982 2171 (2403) 2692 3064 3558
คุณสมบัติของอะตอม
โครงสร้างผลึก	hexagonal
สถานะออกซิเดชัน	4 (amphoteric oxide)
อิเล็กโตรเนกาติวิตี	1.54 (พอลิงสเกล)
พลังงานไอออไนเซชัน (เพิ่มเติม)	ระดับที่ 1: 658.8 กิโลจูล/โมล
	ระดับที่ 2: 1309.8 กิโลจูล/โมล
	ระดับที่ 3: 2652.5 กิโลจูล/โมล
รัศมีอะตอม	140 pm
รัศมีอะตอม (คำนวณ)	176 pm
รัศมีโควาเลนต์	136 pm
อื่น ๆ
การจัดเรียงทางแม่เหล็ก	???
ความต้านทานไฟฟ้า	(20 °C) 0.420 µΩ·m
การนำความร้อน	(300 K) 21.9 W/(m·K)
การขยายตัวจากความร้อน	(25 °C) 8.6 µm/(m·K)
อัตราเร็วของเสียง (แท่งบาง)	(r.t.) 5090 m/s
โมดูลัสของยังก์	116 GPa
โมดูลัสของแรงเฉือน	44 GPa
โมดูลัสของแรงบีบอัด	110 GPa
อัตราส่วนปัวซอง	0.32
ความแข็งโมห์ส	6.0
ความแข็งวิกเกอร์ส	970 MPa
ความแข็งบริเนล	716 MPa
เลขทะเบียน CAS	7440-32-6
ไอโซโทปเสถียรที่สุด
บทความหลัก: ไอโซโทปของไทเทเนียม iso NA ครึ่งชีวิต DM DE (MeV) DP 44Ti syn 63 y ε - 44Sc 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 ไทเทเนียมสามารถสกัดจากสินแร่ด้วยกระบวนการครอลล์ (Kroll process) หรือกระบวนการฮันเตอร์ (Hunter process) ในรูปของสารประกอบที่พบส่วนมากจะเป็นไทเทเนียมไดออกไซต์ ซึ่งเป็นสารเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง (photocatalyst) ที่นิยมและใช้ในการสร้างสารสี (pigment) ขาว ส่วนรูปสารประกอบอื่น ได้แก่ ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ (TiCl₄) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของหมอกควันและตัวเร่งปฏิกิริยา และไทเทเนียมไตรคลอไรด์ (TiCl₃) ซึ่งใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตโพลิโพรพิลีน

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

สองคุณสมบัติที่มีประโยชน์มากที่สุดของรูปโลหะคือมีความต้านทานการกัดกร่อนและมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงกว่าโลหะชนิดใด ๆ ในสภาวะบริสุทธิ์ ไทเทเนียมมีความแข็งเท่ากับเหล็กกล้าบางชนิด แต่เบากว่า 45% มีด้วยกันสองอัญรูป และห้าไอโซโทปที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติ คือ ⁴⁶Ti ถึง ⁵⁰Ti ซึ่ง ⁴⁸Ti มีจำนวนมากที่สุด (73.8%) คุณสมบัติทางเคมีและฟิสิกส์ของไทเทเนียมคล้ายกับเซอร์โคเนียม เพราะทั้งสองมีเลขเวเลนซ์อิเล็กตรอนเลขเดียวกันและอยู่ในหมู่เดียวกันในตารางธาตุ

ลักษณะ

คุณสมบัติทางฟิสิกส์

ธาตุโลหะไทเทเนียมเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นธาตุที่มีอัตราความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง เป็นโลหะที่แข็งแรงแต่มีความหนาแน่นต่ำสามารถทำให้เป็นแผ่นบาง ๆ ได้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีออกซิเจน), มันวาว, และมีสีขาวโลหะ มีจุดหลอมเหลวสูง (มากกว่า 1,650 °C หรือ 3,000 °F) จึงมักนำไปใช้เป็นโลหะทนไฟ ไทเทเนียมเป็นพาราแมกเนติกมีสภาพนำไฟฟ้าและสภาพนำความร้อนต่ำ

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

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)ความร้อนจำเพาะของรูปแบบแอลฟาจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อได้รับความร้อนเพื่อส่งผ่านระดับความร้อนนี้แต่จะตกลงและเกือบจะคงที่ในรูปแบบบีตาโดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิ 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

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

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