Titanio

El titanio es un elemento químico con el símbolo Ti y el número atómico 22. Se encuentra en la naturaleza solo como un óxido, se puede reducir para producir un metal de transición brillante con un color plateado, baja densidad y alta resistencia, resistente a la corrosión en el agua de mar., agua regia y cloro.

El titanio fue descubierto en Cornualles, Gran Bretaña, por William Gregor en 1791 y fue nombrado por Martin Heinrich Klaproth en honor a los titanes de la mitología griega. El elemento se encuentra dentro de varios depósitos minerales, principalmente rutilo e ilmenita, que están ampliamente distribuidos en la corteza terrestre y la litosfera; se encuentra en casi todos los seres vivos, así como en cuerpos de agua, rocas y suelos. El metal se extrae de sus principales minerales mediante los procesos de Kroll y Hunter. El compuesto más común, el dióxido de titanio, es un fotocatalizador popular y se utiliza en la fabricación de pigmentos blancos. Otros compuestos incluyen tetracloruro de titanio (TiCl ₄), un componente de las pantallas de humo y catalizadores; y tricloruro de titanio (TiCl ₃), que se utiliza como catalizador en la producción de polipropileno.

El titanio se puede alear con hierro, aluminio, vanadio y molibdeno, entre otros elementos, para producir aleaciones fuertes y livianas para procesos aeroespaciales (motores a reacción, misiles y naves espaciales), militares, procesos industriales (químicos y petroquímicos, plantas de desalinización, pulpa, y papel), automoción, agricultura (ganadería), prótesis médicas, implantes ortopédicos, instrumentos y limas dentales y de endodoncia, implantes dentales, artículos deportivos, joyería, telefonía móvil y otras aplicaciones.

Las dos propiedades más útiles del metal son la resistencia a la corrosión y la relación resistencia-densidad, la más alta de cualquier elemento metálico. En su condición sin alear, el titanio es tan fuerte como algunos aceros, pero menos denso. Hay dos formas alotrópicas y cinco isótopos naturales de este elemento, Ti a Ti, siendo Ti el más abundante (73,8%).

Características

Propiedades físicas

Como metal, el titanio es reconocido por su alta relación resistencia-peso. Es un metal fuerte con baja densidad que es bastante dúctil (especialmente en un ambiente libre de oxígeno), lustroso y de color blanco metálico. El punto de fusión relativamente alto (1668 °C o 3034 °F) lo hace útil como metal refractario. Es paramagnético y tiene una conductividad eléctrica y térmica bastante baja en comparación con otros metales. El titanio es superconductor cuando se enfría por debajo de su temperatura crítica de 0,49 K.

Los grados de titanio comercialmente puros (99,2 % de pureza) tienen una resistencia máxima a la tracción de aproximadamente 434 MPa (63 000 psi), igual a la de las aleaciones de acero comunes de bajo grado, pero son menos densos. El titanio es un 60 % más denso que el aluminio, pero más del doble de resistente que la aleación de aluminio 6061-T6 más utilizada. Ciertas aleaciones de titanio (p. ej., Beta C) alcanzan resistencias a la tracción de más de 1400 MPa (200 000 psi). Sin embargo, el titanio pierde fuerza cuando se calienta por encima de los 430 °C (806 °F).

El titanio no es tan duro como algunos grados de acero tratado térmicamente; no es magnético y es un mal conductor del calor y la electricidad. El mecanizado requiere precauciones, porque el material puede irritarse a menos que se utilicen herramientas afiladas y métodos de enfriamiento adecuados. Al igual que las estructuras de acero, las de titanio tienen un límite de fatiga que garantiza la longevidad en algunas aplicaciones.

El metal es un alótropo dimórfico de una forma hexagonal α que cambia a una forma β cúbica (red) centrada en el cuerpo a 882 ° C (1620 ° F). El calor específico de la forma α aumenta drásticamente a medida que se calienta a esta temperatura de transición, pero luego cae y permanece bastante constante para la forma β independientemente de la temperatura.

Propiedades químicas

Al igual que el aluminio y el magnesio, la superficie del metal titanio y sus aleaciones se oxidan inmediatamente después de la exposición al aire para formar una fina capa de pasivación no porosa que protege el metal a granel de una mayor oxidación o corrosión. Cuando se forma por primera vez, esta capa protectora tiene un grosor de solo 1 a 2 nm, pero continúa creciendo lentamente, alcanzando un grosor de 25 nm en cuatro años. Esta capa le da al titanio una excelente resistencia a la corrosión, casi equivalente al platino.

El titanio es capaz de resistir el ataque de ácidos sulfúrico y clorhídrico diluidos, soluciones de cloruro y la mayoría de los ácidos orgánicos. Sin embargo, el titanio se corroe con ácidos concentrados. Como lo indica su potencial redox negativo, el titanio es termodinámicamente un metal muy reactivo que se quema en una atmósfera normal a temperaturas más bajas que el punto de fusión. La fusión solo es posible en una atmósfera inerte o en el vacío. A 550 °C (1022 °F), se combina con cloro. También reacciona con los otros halógenos y absorbe hidrógeno.

El titanio reacciona fácilmente con el oxígeno a 1200 °C (2190 °F) en el aire y a 610 °C (1130 °F) en oxígeno puro, formando dióxido de titanio. El titanio es uno de los pocos elementos que se quema en gas nitrógeno puro, reaccionando a 800 °C (1470 °F) para formar nitruro de titanio, que provoca la fragilización. Debido a su alta reactividad con el oxígeno, el nitrógeno y muchos otros gases, el titanio que se evapora de los filamentos es la base de las bombas de sublimación de titanio, en las que el titanio sirve como eliminador de estos gases al unirse químicamente a ellos. Tales bombas producen presiones extremadamente bajas de manera económica en sistemas de vacío ultraalto.

Ocurrencia

El titanio es el noveno elemento más abundante en la corteza terrestre (0,63 % en masa) y el séptimo metal más abundante. Está presente como óxidos en la mayoría de las rocas ígneas, en los sedimentos derivados de ellas, en los seres vivos y en los cuerpos de agua naturales. De los 801 tipos de rocas ígneas analizadas por el Servicio Geológico de los Estados Unidos, 784 contenían titanio. Su proporción en los suelos es de aproximadamente 0,5 a 1,5%.

Los minerales comunes que contienen titanio son anatasa, brookita, ilmenita, perovskita, rutilo y titanita (esfena). La akaogiita es un mineral extremadamente raro que consiste en dióxido de titanio. De estos minerales, solo el rutilo y la ilmenita tienen importancia económica, pero incluso ellos son difíciles de encontrar en altas concentraciones. En 2011 se extrajeron alrededor de 6,0 y 0,7 millones de toneladas de esos minerales, respectivamente. Existen importantes depósitos de ilmenita que contienen titanio en el oeste de Australia, Canadá, China, India, Mozambique, Nueva Zelanda, Noruega, Sierra Leona, Sudáfrica y Ucrania.En 2020 se produjeron alrededor de 210 000 toneladas de esponja de metal de titanio, principalmente en China (110 000 t), Japón (50 000 t), Rusia (33 000 t) y Kazajstán (15 000 t). Se estima que las reservas totales de anatasa, ilmenita y rutilo superan los 2 000 millones de toneladas.

La concentración de titanio es de aproximadamente 4 picomolar en el océano. A 100 °C, se estima que la concentración de titanio en agua es inferior a 10 M a pH 7. La identidad de las especies de titanio en solución acuosa sigue siendo desconocida debido a su baja solubilidad y a la falta de métodos espectroscópicos sensibles, aunque solo los 4 + el estado de oxidación es estable en el aire. No existe evidencia de un papel biológico, aunque se sabe que organismos raros acumulan altas concentraciones de titanio.

El titanio está contenido en meteoritos y se ha detectado en el Sol y en estrellas de tipo M (el tipo más frío) con una temperatura superficial de 3200 °C (5790 °F). Las rocas traídas de la Luna durante la misión Apolo 17 están compuestas por un 12,1 % de TiO ₂. El titanio nativo (metal puro) es muy raro.

Isótopos

El titanio natural se compone de cinco isótopos estables: Ti, Ti, Ti, Ti y Ti, siendo el Ti el más abundante (73,8 % de abundancia natural). Se han caracterizado al menos 21 radioisótopos, siendo los más estables el Ti con una vida media de 63 años; Ti, 184,8 minutos; Ti, 5,76 minutos; y Ti, 1,7 minutos. Todos los demás isótopos radiactivos tienen vidas medias de menos de 33 segundos, la mayoría de menos de medio segundo.

Los isótopos de titanio varían en peso atómico desde 39,002 u (Ti) hasta 63,999 u (Ti). El modo principal de desintegración de los isótopos más ligeros que el Ti es la emisión de positrones (con la excepción del Ti, que sufre captura de electrones), lo que da lugar a isótopos de escandio, y el modo principal de isótopos más pesados ​​que el Ti es la emisión beta, que da lugar a los isótopos de vanadio.

El titanio se vuelve radiactivo tras el bombardeo con deuterones, emitiendo principalmente positrones y rayos gamma duros.

Compuestos

El estado de oxidación +4 domina la química del titanio, pero los compuestos en el estado de oxidación +3 también son numerosos. Comúnmente, el titanio adopta una geometría de coordinación octaédrica en sus complejos, pero el TiCl ₄ tetraédrico es una excepción notable. Debido a su alto estado de oxidación, los compuestos de titanio (IV) exhiben un alto grado de enlace covalente.

Óxidos, sulfuros y alcóxidos

El óxido más importante es TiO ₂, que existe en tres polimorfos importantes; anatasa, brookita y rutilo. Los tres son sólidos diamagnéticos blancos, aunque las muestras minerales pueden aparecer oscuras (ver rutilo). Adoptan estructuras poliméricas en las que el Ti está rodeado por seis ligandos de óxido que se unen a otros centros de Ti.

El término titanatos generalmente se refiere a compuestos de titanio (IV), representados por titanato de bario (BaTiO ₃). Con estructura de perovskita, este material exhibe propiedades piezoeléctricas y se utiliza como transductor en la interconversión de sonido y electricidad. Muchos minerales son titanatos, como la ilmenita (FeTiO ₃). Los zafiros estrella y los rubíes obtienen su asterismo (brillo de formación de estrellas) de la presencia de impurezas de dióxido de titanio.

Se conocen una variedad de óxidos reducidos (subóxidos) de titanio, principalmente estequiometrías reducidas de dióxido de titanio obtenidas por pulverización de plasma atmosférico. El Ti ₃ O ₅, descrito como una especie de Ti(IV)-Ti(III), es un semiconductor de color púrpura producido por la reducción de TiO ₂ con hidrógeno a altas temperaturas, y se usa industrialmente cuando las superficies deben recubrirse con vapor de dióxido de titanio.: se evapora como TiO puro, mientras que el TiO ₂ se evapora como una mezcla de óxidos y deposita recubrimientos con índice de refracción variable. También se conoce Ti ₂ O ₃, con estructura de corindón, y TiO, con estructura de sal de roca, aunque a menudo no estequiométrica.

Los alcóxidos de titanio (IV), preparados mediante el tratamiento de TiCl ₄ con alcoholes, son compuestos incoloros que se convierten en dióxido al reaccionar con agua. Son industrialmente útiles para depositar TiO ₂ sólido mediante el proceso sol-gel. El isopropóxido de titanio se utiliza en la síntesis de compuestos orgánicos quirales mediante la epoxidación de Sharpless.

El titanio forma una variedad de sulfuros, pero solo TiS ₂ ha atraído un interés significativo. Adopta una estructura en capas y se utilizó como cátodo en el desarrollo de baterías de litio. Debido a que Ti(IV) es un "catión duro", los sulfuros de titanio son inestables y tienden a hidrolizarse a óxido con liberación de sulfuro de hidrógeno.

Nitruros y carburos

El nitruro de titanio (TiN) es un sólido refractario que presenta una dureza extrema, conductividad térmica/eléctrica y un alto punto de fusión. El TiN tiene una dureza equivalente al zafiro y al carborundum (9,0 en la escala de Mohs) y suele utilizarse para recubrir herramientas de corte, como brocas. También se utiliza como acabado decorativo de color dorado y como capa de barrera en la fabricación de semiconductores. El carburo de titanio (TiC), que también es muy duro, se encuentra en herramientas de corte y revestimientos.

Haluros

El tetracloruro de titanio (cloruro de titanio(IV), TiCl ₄) es un líquido volátil incoloro (las muestras comerciales son de color amarillento) que, en el aire, se hidroliza con una espectacular emisión de nubes blancas. Mediante el proceso de Kroll, el TiCl ₄ se utiliza en la conversión de minerales de titanio en titanio metálico. El tetracloruro de titanio también se usa para fabricar dióxido de titanio, por ejemplo, para usar en pintura blanca. Es ampliamente utilizado en química orgánica como un ácido de Lewis, por ejemplo, en la condensación aldólica de Mukaiyama. En el proceso van Arkel-de Boer, se genera tetrayoduro de titanio (TiI ₄) en la producción de titanio metálico de alta pureza.

El titanio (III) y el titanio (II) también forman cloruros estables. Un ejemplo notable es el cloruro de titanio (III) (TiCl ₃), que se utiliza como catalizador para la producción de poliolefinas (ver catalizador de Ziegler-Natta) y como agente reductor en química orgánica.

Complejos organometálicos

Debido al importante papel de los compuestos de titanio como catalizadores de polimerización, los compuestos con enlaces Ti-C se han estudiado intensamente. El complejo de organotitanio más común es el dicloruro de titanoceno ((C ₅ H ₅) ₂ TiCl ₂). Los compuestos relacionados incluyen el reactivo de Tebbe y el reactivo de Petasis. El titanio forma complejos de carbonilo, por ejemplo (C ₅ H ₅) ₂ Ti(CO) ₂.

Estudios de terapia contra el cáncer

Tras el éxito de la quimioterapia basada en platino, los complejos de titanio (IV) estuvieron entre los primeros compuestos sin platino que se probaron para el tratamiento del cáncer. La ventaja de los compuestos de titanio radica en su alta eficacia y baja toxicidad in vivo. En entornos biológicos, la hidrólisis conduce al dióxido de titanio seguro e inerte. A pesar de estas ventajas, los primeros compuestos candidatos fallaron en los ensayos clínicos debido a la insuficiencia de la relación entre eficacia y toxicidad y las complicaciones de la formulación. El desarrollo posterior dio como resultado la creación de fármacos a base de titanio potencialmente efectivos, selectivos y estables.

Historia

El titanio fue descubierto en 1791 por el clérigo y geólogo aficionado William Gregor como una inclusión de un mineral en Cornualles, Gran Bretaña. Gregor reconoció la presencia de un nuevo elemento en la ilmenita cuando encontró arena negra junto a un arroyo y notó que un imán atraía la arena. Analizando la arena, determinó la presencia de dos óxidos metálicos: óxido de hierro (que explica la atracción por el imán) y un 45,25% de un óxido metálico blanco que no pudo identificar. Al darse cuenta de que el óxido no identificado contenía un metal que no coincidía con ningún elemento conocido, Gregor informó sus hallazgos a la Royal Geological Society of Cornwall y en la revista científica alemana Crell's Annalen.

Casi al mismo tiempo, Franz-Joseph Müller von Reichenstein produjo una sustancia similar, pero no pudo identificarla. El óxido fue redescubierto de forma independiente en 1795 por el químico prusiano Martin Heinrich Klaproth en rutilo de Boinik (el nombre alemán de Bajmócska), un pueblo de Hungría (ahora Bojničky en Eslovaquia). Klaproth descubrió que contenía un nuevo elemento y lo nombró por los titanes de la mitología griega. Después de enterarse del descubrimiento anterior de Gregor, obtuvo una muestra de manaccanita y confirmó que contenía titanio.

Los procesos actualmente conocidos para extraer titanio de sus diversos minerales son laboriosos y costosos; no es posible reducir el mineral calentándolo con carbón (como en la fundición de hierro) porque el titanio se combina con el carbón para producir carburo de titanio. El titanio metálico puro (99,9 %) fue preparado por primera vez en 1910 por Matthew A. Hunter en el Instituto Politécnico Rensselaer calentando TiCl ₄ con sodio a 700–800 °C a gran presión en un proceso por lotes conocido como proceso Hunter. El titanio metálico no se utilizó fuera del laboratorio hasta 1932, cuando William Justin Kroll lo produjo mediante la reducción de tetracloruro de titanio (TiCl ₄) con calcio.Ocho años más tarde refinó este proceso con magnesio y sodio en lo que se conoció como el proceso Kroll. Aunque la investigación continúa buscando rutas más económicas y eficientes, como el proceso FFC Cambridge, el proceso Kroll todavía se usa predominantemente para la producción comercial.

El titanio de muy alta pureza se fabricó en pequeñas cantidades cuando Anton Eduard van Arkel y Jan Hendrik de Boer descubrieron el proceso de yoduro en 1925, al reaccionar con yodo y descomponer los vapores formados sobre un filamento caliente en metal puro.

En las décadas de 1950 y 1960, la Unión Soviética fue pionera en el uso del titanio en aplicaciones militares y submarinas (clase Alfa y clase Mike) como parte de programas relacionados con la Guerra Fría. A principios de la década de 1950, el titanio comenzó a usarse ampliamente en la aviación militar, particularmente en aviones a reacción de alto rendimiento, comenzando con aviones como el F-100 Super Sabre y Lockheed A-12 y SR-71.

A lo largo del período de la Guerra Fría, el titanio fue considerado un material estratégico por el gobierno de los EE. UU., y el Centro Nacional de Reservas de Defensa mantuvo una gran reserva de esponja de titanio (una forma porosa del metal puro), hasta que la reserva se dispersó en la década de 2000.. A partir de 2021, los cuatro principales productores de esponja de titanio fueron China (52 %), Japón (24 %), Rusia (16 %) y Kazajstán (7 %).

Producción

El procesamiento del titanio metálico ocurre en cuatro pasos principales: reducción del mineral de titanio en una "esponja", una forma porosa; fusión de esponja, o esponja más una aleación maestra para formar un lingote; fabricación primaria, en la que un lingote se convierte en productos de molienda generales, como palanquilla, barra, placa, lámina, fleje y tubo; y fabricación secundaria de formas acabadas a partir de productos de laminación.

Debido a que no se puede producir fácilmente por reducción de dióxido de titanio, el titanio metálico se obtiene por reducción de TiCl ₄ con magnesio metálico en el proceso de Kroll. La complejidad de esta producción por lotes en el proceso Kroll explica el valor de mercado relativamente alto del titanio, a pesar de que el proceso Kroll es menos costoso que el proceso Hunter. Para producir el TiCl ₄ requerido por el proceso Kroll, el dióxido se somete a una reducción carbotérmica en presencia de cloro. En este proceso, el cloro gaseoso se pasa sobre una mezcla al rojo vivo de rutilo o ilmenita en presencia de carbono. Después de una extensa purificación por destilación fraccionada, el TiCl ₄se reduce con magnesio fundido a 800 ° C (1470 ° F) en una atmósfera de argón. El titanio metálico se puede purificar aún más mediante el proceso van Arkel-de Boer, que implica la descomposición térmica del tetrayoduro de titanio.

Las aleaciones de titanio comunes se fabrican por reducción. Por ejemplo, se reducen el cuprotitanio (se reduce el rutilo con cobre añadido), el ferrocarbono titanio (ilmenita reducida con coque en un horno eléctrico) y el manganotitanio (rutilo con manganeso u óxidos de manganeso) se reducen.

Actualmente se diseñan y utilizan alrededor de cincuenta grados de aleaciones de titanio, aunque solo un par de docenas están disponibles comercialmente. ASTM International reconoce 31 grados de metal y aleaciones de titanio, de los cuales los grados uno a cuatro son comercialmente puros (sin alear). Esos cuatro varían en resistencia a la tracción en función del contenido de oxígeno, siendo el grado 1 el más dúctil (resistencia a la tracción más baja con un contenido de oxígeno de 0,18 %) y el grado 4 el menos dúctil (resistencia a la tracción más alta con un contenido de oxígeno de 0,40 %).). Los grados restantes son aleaciones, cada uno diseñado para propiedades específicas de ductilidad, resistencia, dureza, resistividad eléctrica, resistencia a la fluencia, resistencia a la corrosión específica y combinaciones de las mismas.

Además de las especificaciones de ASTM, las aleaciones de titanio también se producen para cumplir con las especificaciones aeroespaciales y militares (SAE-AMS, MIL-T), las normas ISO y las especificaciones específicas de cada país, así como las especificaciones de usuario final patentadas para aplicaciones aeroespaciales, militares, aplicaciones médicas e industriales.

El polvo de titanio se fabrica utilizando un proceso de producción de flujo conocido como proceso Armstrong que es similar al proceso Hunter de producción por lotes. Se añade una corriente de gas de tetracloruro de titanio a una corriente de sodio fundido; los productos (sal de cloruro de sodio y partículas de titanio) se filtran del sodio adicional. Luego, el titanio se separa de la sal mediante lavado con agua. Tanto el sodio como el cloro se reciclan para producir y procesar más tetracloruro de titanio.

Fabricación

Toda soldadura de titanio debe realizarse en una atmósfera inerte de argón o helio para protegerlo de la contaminación con gases atmosféricos (oxígeno, nitrógeno e hidrógeno). La contaminación provoca una variedad de condiciones, como fragilización, que reducen la integridad de las soldaduras del ensamblaje y provocan fallas en las uniones.

El titanio es muy difícil de soldar directamente y, por lo tanto, un metal o aleación soldable, como el acero, se recubre con titanio antes de la soldadura. El metal de titanio se puede mecanizar con el mismo equipo y los mismos procesos que el acero inoxidable.

Formando y forjando

El producto plano comercialmente puro (hoja, placa) se puede formar fácilmente, pero el procesamiento debe tener en cuenta la tendencia del metal a recuperarse. Esto es especialmente cierto en el caso de ciertas aleaciones de alta resistencia. La exposición al oxígeno del aire a las temperaturas elevadas que se utilizan en la forja da como resultado la formación de una capa superficial metálica rica en oxígeno quebradiza llamada "capa alfa" que empeora las propiedades de fatiga, por lo que debe eliminarse mediante fresado, grabado o tratamiento electroquímico.

Aplicaciones

El titanio se utiliza en acero como elemento de aleación (ferrotitanio) para reducir el tamaño de grano y como desoxidante, y en acero inoxidable para reducir el contenido de carbono. El titanio suele estar aleado con aluminio (para refinar el tamaño del grano), vanadio, cobre (para endurecer), hierro, manganeso, molibdeno y otros metales. Los productos de molienda de titanio (láminas, placas, barras, alambres, piezas forjadas, fundiciones) encuentran aplicación en los mercados industriales, aeroespaciales, recreativos y emergentes. El titanio en polvo se utiliza en pirotecnia como fuente de partículas de combustión brillante.

Pigmentos, aditivos y recubrimientos

Alrededor del 95 % de todo el mineral de titanio se destina al refinamiento en dióxido de titanio (TiO₂), un pigmento permanente de color blanco intenso utilizado en pinturas, papel, pasta de dientes y plásticos. También se utiliza en cemento, en piedras preciosas, como opacificante óptico en papel y como agente fortalecedor en cañas de pescar y palos de golf compuestos de grafito.

TiO₂El pigmento es químicamente inerte, resiste la decoloración con la luz del sol y es muy opaco: imparte un color blanco puro y brillante a los productos químicos marrones o grises que forman la mayoría de los plásticos domésticos. En la naturaleza, este compuesto se encuentra en los minerales anatasa, brookita y rutilo. La pintura hecha con dióxido de titanio funciona bien en temperaturas severas y ambientes marinos. El dióxido de titanio puro tiene un índice de refracción muy alto y una dispersión óptica superior al diamante. Además de ser un pigmento muy importante, el dióxido de titanio también se usa en protectores solares.

Aeroespacial y marino

Debido a que las aleaciones de titanio tienen una alta resistencia a la tracción y una relación de densidad, alta resistencia a la corrosión, resistencia a la fatiga, alta resistencia al agrietamiento y la capacidad de soportar temperaturas moderadamente altas sin arrastrarse, se utilizan en aviones, blindajes, barcos navales, naves espaciales y misiles. Para estas aplicaciones, el titanio se alea con aluminio, zirconio, níquel, vanadio y otros elementos para fabricar una variedad de componentes que incluyen piezas estructurales críticas, muros contra incendios, trenes de aterrizaje, conductos de escape (helicópteros) y sistemas hidráulicos. De hecho, alrededor de dos tercios de todo el titanio metálico producido se utiliza en motores y armazones de aviones. La aleación de titanio 6AL-4V representa casi el 50 % de todas las aleaciones utilizadas en aplicaciones aeronáuticas.

El Lockheed A-12 y su desarrollo, el SR-71 "Blackbird", fueron dos de los primeros armazones de aviones en los que se usó titanio, allanando el camino para un uso mucho más amplio en los aviones militares y comerciales modernos. Una gran cantidad de productos de molienda de titanio se utilizan en la producción de muchos aviones, como (los siguientes valores son la cantidad de productos de molienda en bruto utilizados... solo una fracción de esto termina en el avión terminado): 116 toneladas métricas se utilizan en el Boeing 787, 77 en el Airbus A380, 59 en el Boeing 777, 45 en el Boeing 747, 18 en el Boeing 737, 32 en el Airbus A340, 18 en el Airbus A330 y 12 en el Airbus A320. En aplicaciones de motores aeronáuticos, el titanio se utiliza para rotores, álabes de compresores, componentes de sistemas hidráulicos y góndolas. Uno de los primeros usos en motores a reacción fue para el Orenda Iroquois en la década de 1950.

Debido a que el titanio es resistente a la corrosión por el agua de mar, se usa para fabricar ejes de hélice, aparejos e intercambiadores de calor en plantas de desalinización; calentadores-enfriadores para acuarios de agua salada, sedal y bajo, y cuchillos de buceo. El titanio se usa en las carcasas y los componentes de los dispositivos de vigilancia y monitoreo desplegados en el océano para la ciencia y el ejército. La antigua Unión Soviética desarrolló técnicas para fabricar submarinos con cascos de aleaciones de titanio forjando titanio en enormes tubos de vacío.

El titanio se usa en las paredes de la bóveda de la nave espacial Juno para proteger la electrónica a bordo.

Industrial

Los equipos de procesamiento y las tuberías de titanio soldado (intercambiadores de calor, tanques, recipientes de proceso, válvulas) se utilizan en las industrias química y petroquímica principalmente para la resistencia a la corrosión. Se utilizan aleaciones específicas en aplicaciones de fondo de pozo de petróleo y gas e hidrometalurgia de níquel por su alta resistencia (p. ej., aleación de titanio beta C), resistencia a la corrosión o ambas. La industria de la pulpa y el papel utiliza titanio en equipos de proceso expuestos a medios corrosivos, como el hipoclorito de sodio o el gas de cloro húmedo (en el blanqueo). Otras aplicaciones incluyen la soldadura ultrasónica, la soldadura por ola y los objetivos de pulverización catódica.

El tetracloruro de titanio (TiCl ₄), un líquido incoloro, es importante como intermediario en el proceso de fabricación de TiO ₂ y también se usa para producir el catalizador Ziegler-Natta. El tetracloruro de titanio también se usa para iridizar el vidrio y, debido a que emite fuertes vapores en el aire húmedo, se usa para hacer cortinas de humo.

Consumidor y arquitectura

El titanio metálico se utiliza en aplicaciones automotrices, particularmente en carreras de automóviles y motocicletas donde el bajo peso y la alta resistencia y rigidez son críticos. El metal es generalmente demasiado caro para el mercado de consumo general, aunque algunos Corvettes de último modelo se han fabricado con escapes de titanio, y el motor sobrealimentado LT4 de un Corvette Z06 utiliza válvulas de admisión de titanio sólido y liviano para una mayor fuerza y ​​​​resistencia al calor.

El titanio se usa en muchos artículos deportivos: raquetas de tenis, palos de golf, ejes de palos de lacrosse; rejillas para cascos de cricket, hockey, lacrosse y fútbol americano, y marcos y componentes para bicicletas. Aunque no es un material convencional para la producción de bicicletas, las bicicletas de titanio han sido utilizadas por equipos de carreras y ciclistas de aventura.

Las aleaciones de titanio se utilizan en monturas de gafas que son bastante caras pero muy resistentes, duraderas, ligeras y no provocan alergias en la piel. Muchos mochileros usan equipos de titanio, incluidos utensilios de cocina, utensilios para comer, linternas y estacas para tiendas de campaña. Aunque un poco más caros que las alternativas tradicionales de acero o aluminio, los productos de titanio pueden ser significativamente más livianos sin comprometer la resistencia. Los herradores prefieren las herraduras de titanio al acero porque son más livianas y duraderas.

El titanio se ha utilizado ocasionalmente en arquitectura. El Monumento de 42,5 m (139 pies) a Yuri Gagarin, el primer hombre en viajar en el espacio (55°42′29,7″N 37°34′57,2″E), así como el Monumento a los Conquistadores de 110 m (360 pies) of Space en la parte superior del Museo del Cosmonauta en Moscú están hechos de titanio por el atractivo color del metal y su asociación con los cohetes. El Museo Guggenheim Bilbao y la Biblioteca Cerritos Millennium fueron los primeros edificios en Europa y América del Norte, respectivamente, en ser revestidos con paneles de titanio. El revestimiento de titanio se utilizó en el edificio Frederic C. Hamilton en Denver, Colorado.

Debido a la resistencia superior y el peso ligero del titanio en relación con otros metales (acero, acero inoxidable y aluminio) y debido a los avances recientes en las técnicas de trabajo de los metales, su uso se ha generalizado en la fabricación de armas de fuego. Los usos principales incluyen marcos de pistola y cilindros de revólver. Por las mismas razones, se usa en el cuerpo de las computadoras portátiles (por ejemplo, en la línea PowerBook de Apple).

Algunas herramientas ligeras y resistentes a la corrosión de lujo, como palas, mangos de cuchillos y linternas, están hechas de titanio o aleaciones de titanio.

Joyas

Debido a su durabilidad, el titanio se ha vuelto más popular para las joyas de diseñador (particularmente, los anillos de titanio). Su inercia lo convierte en una buena opción para las personas con alergias o para quienes usarán las joyas en entornos como piscinas. El titanio también se alea con oro para producir una aleación que se puede comercializar como oro de 24 quilates porque el 1% de Ti aleado es insuficiente para requerir una marca menor. La aleación resultante tiene aproximadamente la dureza del oro de 14 quilates y es más duradera que el oro puro de 24 quilates.

La durabilidad, el peso ligero y la resistencia a las abolladuras y la corrosión del titanio lo hacen útil para las cajas de los relojes. Algunos artistas trabajan con titanio para producir esculturas, objetos decorativos y muebles.

El titanio se puede anodizar para variar el grosor de la capa de óxido de la superficie, lo que genera franjas de interferencia óptica y una variedad de colores brillantes. Con esta coloración e inercia química, el titanio es un metal popular para perforaciones corporales.

El titanio tiene un uso menor en monedas y medallas dedicadas que no circulan. En 1999, Gibraltar lanzó la primera moneda de titanio del mundo para la celebración del milenio. Los Gold Coast Titans, un equipo de la liga australiana de rugby, otorgan una medalla de titanio puro a su jugador del año.

Médico

Debido a que el titanio es biocompatible (no es tóxico y no es rechazado por el cuerpo), tiene muchos usos médicos, incluidos los implantes y los implementos quirúrgicos, como las caderas y las cavidades (reemplazo de articulaciones) e implantes dentales que pueden permanecer en su lugar hasta por 20 años. El titanio suele estar aleado con aproximadamente un 4 % de aluminio o un 6 % de Al y un 4 % de vanadio.

El titanio tiene la capacidad inherente de osteointegrarse, lo que permite su uso en implantes dentales que pueden durar más de 30 años. Esta propiedad también es útil para aplicaciones de implantes ortopédicos. Estos se benefician del módulo de elasticidad más bajo del titanio (módulo de Young) para igualar más de cerca el del hueso que dichos dispositivos están destinados a reparar. Como resultado, las cargas esqueléticas se comparten de manera más uniforme entre el hueso y el implante, lo que lleva a una menor incidencia de degradación ósea debido a la protección contra la tensión y las fracturas óseas periprotésicas, que ocurren en los límites de los implantes ortopédicos. Sin embargo, la rigidez de las aleaciones de titanio sigue siendo más del doble que la del hueso, por lo que el hueso adyacente soporta una carga muy reducida y puede deteriorarse.

Debido a que el titanio no es ferromagnético, los pacientes con implantes de titanio pueden examinarse de manera segura con imágenes de resonancia magnética (conveniente para implantes a largo plazo). La preparación del titanio para su implantación en el cuerpo implica someterlo a un arco de plasma de alta temperatura que elimina los átomos de la superficie, dejando al descubierto el titanio fresco que se oxida instantáneamente.

Los avances modernos en las técnicas de fabricación aditiva han aumentado el potencial para el uso del titanio en aplicaciones de implantes ortopédicos. Los diseños complejos de andamios de implantes se pueden imprimir en 3D utilizando aleaciones de titanio, lo que permite aplicaciones más específicas para el paciente y una mayor osteointegración del implante.

El titanio se utiliza para los instrumentos quirúrgicos que se utilizan en la cirugía guiada por imágenes, así como para sillas de ruedas, muletas y cualquier otro producto en el que sea deseable una alta resistencia y un peso reducido.

Las nanopartículas de dióxido de titanio se utilizan ampliamente en la electrónica y en la entrega de productos farmacéuticos y cosméticos.

Almacenamiento de desechos nucleares

Debido a su resistencia a la corrosión, los contenedores fabricados con titanio han sido objeto de estudio para el almacenamiento a largo plazo de residuos nucleares. Se cree que los contenedores que duran más de 100,000 años son posibles con condiciones de fabricación que minimizan los defectos materiales. También se podría instalar un "protector de goteo" de titanio sobre contenedores de otros tipos para mejorar su longevidad.

Precauciones

El titanio no es tóxico incluso en grandes dosis y no juega ningún papel natural dentro del cuerpo humano. Los seres humanos ingieren una cantidad estimada de 0,8 miligramos de titanio cada día, pero la mayoría pasa sin ser absorbida por los tejidos. Sin embargo, a veces se bioacumula en tejidos que contienen sílice. Un estudio indica una posible conexión entre el titanio y el síndrome de la uña amarilla.

Como polvo o en forma de virutas de metal, el titanio metálico presenta un peligro de incendio significativo y, cuando se calienta en el aire, un peligro de explosión. El agua y el dióxido de carbono son ineficaces para extinguir un incendio de titanio; En su lugar, se deben utilizar agentes de polvo seco de clase D.

Cuando se usa en la producción o manipulación de cloro, el titanio no debe exponerse al gas de cloro seco porque puede provocar un incendio de titanio-cloro.

El titanio puede incendiarse cuando una superficie fresca no oxidada entra en contacto con oxígeno líquido.

Función en las plantas

Un mecanismo desconocido en las plantas puede usar titanio para estimular la producción de carbohidratos y estimular el crecimiento. Esto puede explicar por qué la mayoría de las plantas contienen alrededor de 1 parte por millón (ppm) de titanio, las plantas alimenticias tienen alrededor de 2 ppm y la cola de caballo y la ortiga contienen hasta 80 ppm.