22 Ti 47.867

Титан

Переходный металл Titanium твёрдое

[Ar] 3d² 4s² · 2 · 8 · 10 · 2

← Sc Скандий V Ванадий →

Металл с лучшим в промышленности отношением прочности к массе среди конструкционных материалов и полной устойчивостью к морской воде. Титан прочен как сталь, но почти вдвое легче, и организм принимает его как свой.

3D-модель

Модель Бора: ядро и электронные оболочки по конфигурации. Валентные электроны подсвечены.

Тяните, чтобы вращать; колесо — масштаб

Атомные свойства

Атомный номер: 22
Атомная масса: 47.867 а.е.м.
Электронная конфигурация: [Ar] 3d² 4s²
Электроны по оболочкам: 2 · 8 · 10 · 2
Блок: d-блок
Группа: Подгруппа титана
Период: 4
Электроотрицательность (Полинг): 1.54
Электроотрицательность (Аллен): 1.38
Атомный радиус: 176 pm
Ковалентный радиус: 160 pm
Ван-дер-ваальсов радиус: 187 pm
1-я энергия ионизации: 658.8 kJ/mol
2-я энергия ионизации: 1 309.8 kJ/mol
3-я энергия ионизации: 2 652.5 kJ/mol
4-я энергия ионизации: 4 174.6 kJ/mol
5-я энергия ионизации: 9 581 kJ/mol
Сродство к электрону: 7.6 kJ/mol
Характерные степени окисления: +4
Степени окисления: -2, -1, +1, +2, +3, +4

Физические свойства

Состояние при 25 °C: твёрдое
Плотность: 4.506 g/cm³
Температура плавления: 1 941 K · 1 667.9 °C
Температура кипения: 3 560 K · 3 286.9 °C
Скорость звука: 4 140 m/s

Тепловые свойства

Теплота плавления: 14.15 kJ/mol
Теплота испарения: 425 kJ/mol
Удельная теплоёмкость: 0.523 J/(g·K)
Теплопроводность: 21.9 W/(m·K)

Механические свойства

Модуль Юнга: 116 GPa
Модуль сдвига: 44 GPa
Модуль объёмного сжатия: 110 GPa
Коэффициент Пуассона: 0.32
Твёрдость по Моосу: 6
Твёрдость по Бринеллю: 716 MPa

Электрические и магнитные свойства

Удельное сопротивление: 420 nΩ·m
Магнитный тип: парамагнетик
Точка Кюри: нет данных
Точка Нееля: нет данных
Температура сверхпроводимости: 0.4 K

Кристаллическая структура

Кристаллическая решётка: гексагональная плотноупакованная (ГПУ)
Параметры решётки: a = 295.08 pm · c = 468.55 pm

Распространённость

В земной коре: 5 650 mg/kg
В океане: 0.001 mg/L
Во Вселенной: 3 000 mg/kg
В теле человека: 0 mg/kg

Изотопы

Изотоп	Распространённость	Период полураспада	Тип распада
⁴⁶Ti	8.25 %	стабилен	—
⁴⁷Ti	7.44 %	стабилен	—
⁴⁸Ti	73.72 %	стабилен	—
⁴⁹Ti	5.41 %	стабилен	—
⁵⁰Ti	5.18 %	стабилен	—

Пять стабильных изотопов; титан-44 с периодом 60 лет наблюдают в остатках сверхновых как прямое свидетельство недавнего нуклеосинтеза.

Открытие

Год открытия: 1791
Кто открыл: Уильям Грегор
Где: Англия
Происхождение названия: в честь титанов — детей Геи из греческой мифологии

История

Уильям Грегор нашёл новый оксид в чёрном песке Корнуолла в 1791 году. Клапрот переоткрыл его и назвал в честь титанов. Чистый ковкий металл получили лишь в 1910 году, а промышленный процесс Кролла появился в 1940-м.

Где встречается

Девятый элемент коры, 5650 мг/кг. Главные минералы — ильменит и рутил, добываемые из прибрежных россыпей Австралии, ЮАР и Китая.

Как получают

Процесс Кролла: хлорирование руды до TiCl₄ и восстановление магнием в аргоне. Процесс дорогой и периодический — именно поэтому титан заметно дороже стали.

Роль в живой природе

Биологической роли не имеет, но исключительно биосовместим: организм не распознаёт его как чужеродный и не отторгает.

Безопасность

Металл безопасен. Обсуждается канцерогенность наночастиц диоксида титана при вдыхании; в ЕС его запретили как пищевую добавку E171 в 2022 году.

Применение

Авиация и космос: до трети массы планера современного самолёта
Медицинские импланты, от зубных до эндопротезов суставов — титан срастается с костью
Химическая аппаратура и опреснительные установки, стойкие к хлоридам
Диоксид титана как белый пигмент — крупнейшее применение элемента по тоннажу
Корпуса и детали для морской техники

Любопытные факты

95 % добываемого титана идёт не на металл, а на белый пигмент для красок, бумаги и зубной пасты.
Титан не корродирует в морской воде: пролежавшие десятилетия детали выглядят как новые.
Самолёт-разведчик SR-71 на 85 % состоял из титана, закупленного через подставные фирмы в СССР.
Титан при нагреве на воздухе даёт оксидную плёнку, дающую радужную интерференционную окраску без всяких красителей.