CALM/arwiki huggingface dataset:
السكانديوم عنصرٌ كيميائي رمزه Sc وعدده الذرّي 21؛ وهو ينتمي إلى عناصر المستوى الفرعي d ويقع على رأس عناصر المجموعة الثالثة في الجدول الدوري. وفقاً لترتيب العدد الذري فإنّ السكانديوم هو فلز ٌّانتقالي، وهو يصنّف تاريخياً ضمن العناصر الأرضية النادرة، وذلك إلى جانب الإتريوم واللانثانيدات. اكتَشف لارس فريدريك نيلسون هذا العنصر سنة 1879 من التحليل الطيفي لمَعْدَني اليوكسينيت والغادولينيت، وأطلق عليه اسم «سكانديوم» اشتقاقاً من ، وهو الاسم اللاتيني لإسكندنافيا، والتي منها استُخرِج المَعْدَنَين المَذكورَين.
تقع خواصّ السكانديوم وسطاً بين تلك التي لعنصرَي الألومنيوم والإتريوم؛ كما تظهر علاقة قطرية لهذا العنصر مع المغنيسيوم؛ وتغلب حالة الأكسدة +3 في مركّباته الكيميائية. لا توجد توضّعات كثيرة من السكانديوم في القشرة الأرضية، ويترافق وجوده مع خامات العناصر الأرضية النادرة الأخرى ومع اليورانيوم. يبلغ الإنتاج العالمي من السكانديوم بين 15 إلى 20 طنّ سنوياً، ونظراً لندرته النسبية فلا توجد له تطبيقات كبيرة، والتي لم تُطوَّر إلا حتى سبعينيّات القرن العشرين، إذ وُجدَ أنّه يحسّن من خواص سبائك الألومنيوم؛ وذلك التطبيق هو الأهمّ والأشهر لهذا العنصر.
في سنة 1869 تنبّأ ديميتري مندلييف، والذي يلقّب بأبي الجدول الدوري، بوجود هذا العنصر، وأسماه بشكلٍ مؤقّتٍ إيكابورون، وخمّن أن تكون كتلته الذرّية بين 40 و48 وحدة كتل ذرية. تمكّن لارس فريدريك نيلسون بمساعدةٍ من فريق عمله من اكتشاف هذا العنصر سنة 1879، وذلك أثناء التحليل الطيفي لمَعْدَني اليوكسينيت والغادولينيت؛ ونجح في تحضير 2 غرام من أكسيد السكانديوم مرتفع النقاوة. أطلق نيلسون على العنصر الجديد المكتَشَف اسم «سكانديوم» اشتقاقاً من ، وهو الاسم اللاتيني لإسكندنافيا، إذ استُخرِجَ المَعدَنَين المَذكورَين من تلك المنطقة. من الظاهر أنّه لم يكن لنيلسون درايةٌ بتخمينات مندلييف، إلّا أنّ بير تيودور كليفه كان مطّلعاً على تلك المراسلات، وأنبأ مندلييف باكتشاف هذا العنصر.
أُنتِجَ السكانديوم الفلزّي أوّل مرّة سنة 1937 من التحليل الكهربائي لمزيج أصهري من البوتاسيوم والليثيوم وكلوريد السكانديوم عند درجات حرارة تتراوح بين 700–800 °س. أُنتجَ السكانديوم مرتفع النقاوة في ستّينيّات القرن العشرين؛ وفي بداية سبعينيّات القرن العشرين طُوّرت صناعة سبائك الألومنيوم والسكانديوم في الولايات المتحدة، وكذلك في الاتحاد السوفيتي. استُخدِمَت بلّورات ليزرية من جارنيت غادولينيوم-سكانديوم-غاليوم في تطبيقات دفاعية خاصّة من أجل مبادرة الدفاع الاستراتيجي، في ثمانينيات وتسعينيات القرن العشرين.
لا يتوفّر السكانديوم في القشرة الأرضية بشكلٍ كبير، لكنّه بالمقابل ليس شديد النُدرَة؛ فالتقديرات الأوّلية تشير إلى وفرةٍ تتراوح بين 18 إلى 25 جزء في المليون، وهي مقاربة لوفرة الكوبالت (20-30 جزء في المليون). وفقاً لترتيب العناصر يأتي السكانديوم في المرتبة الخمسين بالنسبة لوفرة العناصر في الأرض، وفي المرتبة الخامسة والثلاثين بالنسبة للوفرة في القشرة الأرضية. ولكن من جهةٍ أخرى، فإنّ توزّع عنصر السكانديوم في المواقع الجغرافية ضئيل، إذ يَظهر بكمّيّات ضئيلة نزرة في بضعة معادن في عددٍ قليل فقط من المواقع في العالم. إجمالاً، يأتي السكانديوم مكوّناً رئيسيّاً في خمسة معادن فقط؛ وهي: وثورتفيتيت وكولبكيت وألندييت، بالإضافة إلى المعدن النادر . تعدّ معادن الثورتفيتيت واليوكسينيت والغادولينيت المستَخرجة من الدول الاسكندنافية، ومدغشقر هي المصادر الوحيدة المعروفة التي يتركّز فيها هذا العنصر؛ إذ يمكن أن يحتوي الثورتفيتيت على نسبةٍ تصل إلى 45% من السكانديوم على شكل أكسيد السكانديوم. هناك معادن نادرة أخرى يدخل السكانديوم فيها مكوّناً ثانوياً، مثل البازيت والديفيسيت؛ كما يمكن لهذا العنصر أن يرافق اليورانيوم في خاماته.&lt;ref name="DOI10.1007/BF00643336"&gt;H. A. Das, J. Zonderhuis, H. W. Marel: "Scandium in rocks, minerals and sediments and its relations to iron and aluminium." In: "Contributions to Mineralogy and Petrology." 32, 1971, S. 231–244, .&lt;/ref&gt;
يأتي ترتيب السكانديوم في المرتبة الثالثة والعشرين بالنسبة لوفرة العناصر في الشمس. ينشأ الشكل المستقرّ من السكانديوم في المستعرات العظمى من عملية التقاط النيوترون السريعة. بالإضافة إلى ذلك، ينشأ السكانديوم عن طريق تشظية الأشعّة الكونية لنوى ذرّات الحديد الأكثر وفرة.
يبلغ الإنتاج العالمي من السكانديوم مقدار 15-20 طن سنوياً، إلّا أنّ الطلب العالمي على هذا العنصر في ازدياد؛ وما يزيد من الأمر صعوبةً أنّه توجد وفق بيانات سنة 2003 مجرّد ثلاثة مناجم عاملة لاستخراج السكانديوم، وهي منجم جوفتي فودي في أوكرانيا، والذي يُستخرَج منه أيضاً الحديد واليورانيوم؛ ومنجم الفلزّات الأرضية النادرة في بايان أوبو في الصين؛ ومنجم الأباتيت في شبه جزيرة كولا في روسيا. منذ ذلك الحين يُخطّط لبناء منشآت أخرى لاستخراج السكانديوم في مواقع أخرى في العالم، مثل أستراليا، والفلبّين، والولايات المتّحدة.
عادةً ما يُستخرَج السكانديوم منتجاً ثانوياً أثناء استخراج الفلزّات الأخرى؛ ويُسوّق على شكل أكسيد السكانديوم Sc2O3. للحصول على الفلزّ يُحوَّل الأكسيد إلى فلوريد السكانديوم، ثمّ يُختزَل بفلزّ الكالسيوم. تراوح سعر السكانديوم بين سنتي 2015 و2019 في صبّاته الصغيرة بين 107 إلى 134 دولار أمريكي للغرام الواحد؛ في حين بلغ سعر الأكسيد من 4-5 دولارات للغرام الواحد.
للسكانديوم في الطبيعة نظير وحيد مستقر، وهو سكانديوم-45 45Sc، والذي يمتلك لف مغزلي نووي مقداره 7/2. هناك ثلاثة عشر نظيراً مشعاً للسكانديوم، وجميعها مدروسة ومعروفة، وأكثرها استقراراً هو النظير سكانديوم-46 46Sc، والذي يبلغ عمر النصف له مقدار 83.8 يوم، وكذلك النظير سكانديوم-47 47Sc بعمر نصف مقداره 3.35 يوم. من النظائر المشعة للسكانديوم هناك أيضاً النظير سكانديوم-44 44Sc المصدر للبوزيترونات بعمر نصف 4 ساعات؛ وكذلك النظير سكانديوم-48 48Sc بعمر نصف 43.7 ساعة. أما باقي النظائر المشعة فتملك قيم عمر نصف أقل من 4 ساعات، وأغلبها بعمر نصف أقل من دقيقتين. للسكانديوم أيضاً خمسة مصاوغات نووية، أكثرها استقراراً هو 44mSc بعمر نصف مقداره 58.6 ساعة.
تتراوح قيم الكتل الذرية لنظائر السكانديوم بين 36 و60؛ ويكون نمط الاضمحلال للنظائر المشعة ذات الكتل الأصغر من 45 على شكل التقاط إلكترون لتعطي ناتج اضمحلال رئيسي من نظائر الكالسيوم؛ في حين أن نمط الاضمحلال للنظائر المشعة ذات الكتل الأكبر من 45 على هيئة اضمحلال بيتّا لتعطي ناتج اضمحلال رئيسي من نظائر التيتانيوم.
السكانديوم فلزٌ طريٌّ ذو بريقٍ فضّي، وهو يُبدِي تحوّلاً لوناً طفيفاً إلى الأصفر أو الزهري عندما يتأكسد بالهواء، وبذلك يفقد بريقه أيضاً. نظراً لكثافته المنخفضة فإنّ السكانديوم يُصنّف ضمن الفلزّات الخفيفة. لا يقاوم السكانديوم ظروف التجوية بشكل كبير، وهو ينحلّ بسهولة في أغلب الأحماض الممدّدة. كما يتفاعل السكانديوم مع بخار الماء عند درجات حرارة تتجاوز 600 °س ليشكّل Sc2O3. تشتعل خراطة السكانديوم الناعمة بالهواء بلهب أصفر برّاق، ويتشكّل حينئذٍ أكسيد السكانديوم.
يسيطر على كيمياء السكانديوم حالة الأكسدة +3، حيث تتشكّل الكاتيونات 3+Sc في المحاليل المائية، ونظراً لأنّ نصف القطر الأيوني للسكانديوم (74.5 بيكومتر) أقرب منه للإتريوم (90.0 بيكومتر) من الألومنيوم (53.5 بيكومتر)، فإنّ السكانديوم يشبه في سلوكه الكيميائي سلوك اللانثانيدات.
يتميّز مركّبا أكسيد Sc2O3 وهيدروكسيد السكانديوم Sc(OH)3 بخواصهِمَا المُذَبذَبة؛ وتكون المنتجات مشابهة بنيوياً لبنية أكسيد هيدروكسيد الألومنيوم.
يشكّل السكانديوم عدداً من الهاليدات والهاليدات الزائفة. لأغلب هاليدات السكانديوم (الكلوريد ScCl3 والبروميد ScBr3 واليوديد ScI3) انحلالية جيّدة في الماء، أمّا فلوريد السكانديوم ScF3 فإنّه غير منحلّ. في جميع الهاليدات الأربعة المذكورة يكون السكانديوم سداسيّ التناسق، وهي تصنّف ضمن أحماض لويس، فعلى سبيل المثال، ينحلّ فلوريد السكانديوم في محاليل حاوية على كمّيّة فائضة من أيون الفلوريد ليشكّل الأيون المعقّد 3−[ScF6]. يعدّ العدد التناسقي 6 نمطياً لأيون السكانديوم الثلاثي، وذلك على خلاف أيون الإتريوم الثلاثي 3+Y وأيون اللانثانوم الثلاثي 3+La، والتي يكون فيها العدد التناسقي 8 أو 9 شائعاً. يُستخدَم مركّب تريفلات السكانديوم أحياناً ضمن الحفّازات المستخدَمة في الكيمياء العضوية.
من المركّبات اللاعضوية المعروفة للسكانديوم كلّ من النترات Sc(NO3)3 والكبريتات Sc2(SO4)3 والكبريتيد Sc2S3.
يشكّل السكانديوم سلسلةً من المركّبات العضوية الفلزّية مع ربيطات من حلقي البنتاديينيل، وذلك بشكلٍ مشابهٍ لسلوك اللانثانيدات. من الأمثلة على مركّبات السكانديوم العضوية الأخرى المعقّد مع ربيطة خماسي ميثيل حلقي البنتاديين.
إنّ مركّبات السكانديوم الكيميائية، والتي لها حالة أكسدة مختلفة عن +3، نادرةُ الوجود، ولكنّها محطّ اهتمامٍ للبحث والدراسة. ويعدّ المركّب CsScCl3 مثالاً عليها، فتلك المادّة تتبنّى بنيةً شبه صفائحية، والتي تظهر ترابطاً كثيفاً بين مراكز السكانديوم الثنائي. في جانبٍ آخر، لا يعدّ مركّباً نمطياً تابعاً لأملاح الهيدريدات؛ وكما هو ملاحَظ في عددٍ من العناصر الأخرى، كُشِفَ عن وجود هيدريد السكانديوم ثنائي الذرّة مطيافياً عند درجات حرارة مرتفعة في الطور الغازي. لا تتبع مركّبات البوريد والكربيد للسكانديوم صيغة تكافؤية نمطية، وذلك بشكلٍ مشابهٍ لمركّبات عناصر اللانثانيدات المجاورة. لوحظت أيضاً حالات الأكسدة الدنيا (0 و+1 و+2) في مركّبات السكانديوم العضوية.
تعدّ إضافة السكانديوم بنسبةٍ تتراوح بين 0.1% إلى 0.5% إلى الألومنيوم في صنع السبائك من التطبيقات الهامّة الرئيسية لهذا العنصر، إذ تحدّ تلك الإضافة من نموّ الحُبَيبات في المنطقة الساخنة لمكوّنات الألومنيوم الملحومة؛ وذلك يعود بالفائدة في نقطتين؛ الأولى أنّ حبيبات Al3Sc المترسّبة تشكّل بلّورات أصغر من الحُبَيبات البلّورية الموجودة في سبائك الألومنيوم الأخرى، والثانية هي انكماش حجم المناطق الخالية من الترسّبات عند تخوم الحُبَيبات في سبائك الألومنيوم المُقسّاة بالتقادم. تعمل الترسّبات من Al3Sc على توثيق الترابط الشبكي داخل سبائك الألومنيوم، من خلال توفير مجال مرن لتحمّل الجهد، والذي يحول دون التشوّه. يمكن الحصول على التوزّع الناعم للحُبَيبات المترسّبة على المستوى النانوي عن طريق المعالجة الحرارية، والتي تعمل على تقوية السبائك من خلال التقسية المُرَتِّبَة. تضمنّت التطويرات المستمرّة لسبيكة ألومنيوم-سكانديوم إضافة فلزّات انتقالية أخرى إليها مثل الزركونيوم، أو إضافة عنصر أرضي نادر مثل الإربيوم، ممّا يساعد على تشكيل غلاف يحيط بحُبَيبات Al3Sc الكرويّة المترسّبة، وذلك يخفّف من . تتوجّه تلك الأغلفة مكانياً عن طريق انتشار العناصر المشكّلة للسبيكة، وذلك يوفّر من كلفة الإنتاج، إذ تصبح الكمّية المطلوب إضافتها من السكانديوم، مرتفع الثمن، لتشكيل تلك الحُبَيبات المترسّبة أقلّ من ذي قبل. بالرغم من ذلك، تبقى سبائك التيتانيوم المشابهة بخواصها الميكانيكية من حيث الخفّة والمتانة أقلَّ ثمناً وأكثرَ استخداماً من سبيكة السكانديوم مع الألومنيوم. وُجِدَ أنّ تركيباً معيّناً لسبيكةٍ من السكانديوم مع الألومنيوم والليثيوم والمغنيسيوم والتيتانيوم يوفّر مواصفاتٍ ميكانيكيةٍ مميّزة. تُستخدَم سبيكة الألومنيوم والسكانديوم في بعض التطبيقات العسكرية، وفي صناعة بعض المعدّات الرياضية مثل عصي كرة القاعدة (مضارب البيسبول)، وفي صناعة دعائم الخيم وهياكل الدرّاجات الهوائية. تستخدم شركة سميث آند ويسون لصناعة الأسلحة الفردية سبيكة السكانديوم في صبّ هيكل المسدسات نصف الآلية.
في تطبيقات أخرى، يُستخدَم السكانديوم من قبل أطبّاء الأسنان في تحضير وسط ليزري خاصّ لإنتاج ليزر لتحضير الفجوات وفي طب لبّ الأسنان. كما يُستخدَم السكانديوم في إنتاج أنواع من مصباح هاليد الفلز المعتمدَة على تفريغ الغاز مرتفع الجهد بشكلٍ مشابهٍ لمصباح بخار الزئبق؛ إذ يضاف يوديد السكانديوم إلى الوسط، ممّا يساعد على الحصول على مصدر ضوئي أبيض ذي مؤشّر تجسيد لوني مرتفع، وبشكلٍ يحاكي ضوء الشمس، وخاصّةً من أجل كاميرات التصوير التلفزيوني. في جانب آخر، يُستخدَم النظير المشعّ سكانديوم-46 46Sc من أجل التقفّي الإشعاعي في مصافي النفط.
إنّ مسحوق فلزّ السكانديوم الناعم قابل للاشتعال بسهولة، وتزداد الخطورة كلّما زادت نعومة حبيبات المسحوق. لا يعدّ السكانديوم عنصراً سامّاً بحدّ ذاته، ولكن بالرغم من ذلك، لا توجد بيانات كافية عن إجراء تجارب مكثّفة على إعطاء مركّبات السكانديوم للحيوانات. حُدِّدَت مستويات الجرعة الوسطى المميتة (LD50) للجرذان بمقدار 755 مغ/كغ لدى الحقن داخل الصفاق، وبمقدار 4 غ/كغ لدى الإعطاء الفموي.
يوم الذكرى (Memorial Day) هو يوم عطلة فدرالية في الولايات المتحدة الأمريكية يحتفل به في آخر يوم اثنين من شهر مايو. هذا اليوم يحتفل به لتكريم الجنود الأمريكان الذين قتلوا في ساحات المعارك. ابتدأ أساسًا لتكريم قتلى الحرب الأهلية الأمريكية. ثم تحول إلى ما هو عليه الآن بعد الحرب العالمية الأولى.
التيتانيوم عنصرٌ كيميائي رمزه Ti وعدده الذرّي 22، وهو ينتمي إلى عناصر المستوى الفرعي d ويقع على رأس عناصر المجموعة الرابعة في الجدول الدوري؛ وهو من الفلزّات الانتقالية. التيتانيوم فلزٌّ ذو لون فضّي لامع، وهو خفيف ومتين ومقاوم للتآكل حتّى في الظروف القاسية، مثلما هو الحال في ماء البحر والماء الملكي والكلور على سبيل المثال.
اكتشف وليام غريغور هذا العنصر في موقع في مقاطعة كورنوال البريطانية، وأطلق مارتن كلابروت عليه اسم «تيتانيوم»، نسبةً إلى تيتان، وهو عرق من أعراق الآلهة وفق الأساطير الإغريقية. يتوفّر التيتانيوم في عددٍ من المعادن، وخاصّةً الروتيل والإلمينيت، وهي معادن واسعة الانتشار في القشرة الأرضية وفي غلاف الأرض الصخري. يُستخرَج التيتانيوم من خاماته عن طريق عملية كرول وعملية هنتر. يوجد للتيتانيوم عددٌ من المركّبات الكيميائية، وأشهرها هو ثنائي أكسيد التيتانيوم، والذي يستخدم بكثرة في تطبيقات مختلفة، مثل صناعة الخُضُب البيضاء.
يمكن للتيتانيوم أن يُسبَك مع عددٍ من الفلزّات الأخرى، مثل الحديد والألومنيوم والفاناديوم والموليبدنوم، على سبيل المثال. لسبائك التيتانيوم عددٌ كبير من التطبيقات المهمّة في مجالات مختلفة، مثل صناعة الطيران والفضاء وفي الصناعات الكيميائية والعسكرية وفي صناعة المركبات، وكذلك في المجال الطبّي، وخاصّةً في مجال الأطراف الاصطناعية وزراعة العظام.
يعود اكتشاف التيتانيوم إلى سنة 1791، والذي يُنسَب إلى وليام غريغور، وهو رجل دين وجيولوجي هاوٍ، حينما عثر في تلك السنة على تضمين لهذا الفلزّ داخل معدن عثر عليه في مقاطعة كورنوال البريطانية. تمكّن غريغور من تمييز وجود عنصرٍ جديدٍ في معدن الإلمينيت، وذلك عندما وجد رماداً في العينة ولاحظ أنّه ينجذب إلى المغناطيس. بإجراء تحليلٍ إضافي تأكّد غريغور من وجود أكسيدَين لفلزّين، تمكّن من تمييز أحدهما وهو أكسيد الحديد، أمّا الأكسيد الأبيض الآخر فلم يستطع نسبته إلى فلزّ معروف في ذلك الوقت؛ لذلك شَرَع بمراسلة «» بالإضافة إلى مجلّة علمية ألمانية متخصّصة في الكيمياء.
بعد ذلك، وفي فترة تاريخية مقاربة، استطاع فرانز يوزف مولر فون رايشنشتاين الحصولَ على مادّة مشابهة للأكسيد، لكنّه لم يتمكّن من تحديد تركيبها. ثمّ في سنة 1795، وبشكلٍ مستقلٍّ، استطاع مارتن كلابروت أن يحصل على الأكسيد في عينة روتيل مُستقدَمة من أوروبّا الوسطى، مؤكّداً بذلك اكتشاف العنصر الجديد، والذي أطلق عليه اسم «تيتانيوم»؛ نسبةً إلى تيتان، وهو عرق من أعراق الآلهة وفق الأساطير الإغريقية.
إنّ العمليات المعروفة حالياً لاستحصال التيتانيوم من خاماته المختلفة هي عمليات معقّدة ومكلفة؛ إذ ليس من الممكن اختزال الخامة الحاوية على التيتانيوم بالفحم، كما هو الحال في استخراج الحديد، لأنّ التيتانيوم يتفاعل مع الكربون ليعطي كربيد التيتانيوم. استُحصِلَ على فلزّ التيتانيوم النقي أوّل مرّة سنة 1910، وذلك عندما قام ماثيو هنتر من معهد رينسيلار للعلوم التطبيقية بتسخين رباعي كلوريد التيتانيوم TiCl4 مع الصوديوم بين درجتي الحرارة 700–800 °س تحت الضغط، في عملية على دفعات تدعى باسم «عملية هنتر». لم يُستخدَم فلزّ التيتانيوم خارج المختبرات حتّى سنة 1932، عندما أنتج وليام كرول هذا الفلز باختزال رباعي كلوريد التيتانيوم باستخدام الكالسيوم أوّلاً؛ ثمّ طوّر من عمليته بعد مضي ثمانِ سنوات مستخدماً مزيجاً من المغنيسيوم مع الصوديوم عاملاً للاختزال، فيما يعرف الآن باسم «عملية كرول»، ولا تزال هذه العملية مستخدمة من أجل الإنتاج التجاري من التيتانيوم. في جانبٍ آخر، تمكّن أنطون إدوارد فان أركل ويان هندريك دي بوير من إنتاج كمّيّاتٍ صغيرةٍ من التيتانيوم مرتفع النقاوة بأسلوب القضيب البلّوري في سنة 1925، وذلك بمفاعلة الفلزّ مع اليود، ثم بتفكيك البخار المتشكّل على وشيعة ساخنة، ممّا يؤدّي إلى الحصول على الفلزّ بنقاوةٍ مرتفعةٍ جدّاً.
كان الاتحاد السوفيتي رائداً في خمسينيّات وستينيّات القرن العشرين باستخدام التيتانيوم في التطبيقات العسكرية، وخاصّةً في مجال الغوّاصات النووية، مثل غوّاصات المشروع 705 ليرا وغواصة كي-278 كومسوموليتس، وذلك في خضمّ التنافس العسكري مع الولايات المتّحدة الأمريكية أثناء الحرب الباردة. بالمقابل، صنّفت الولايات المتحدة التيتانيوم في تلك الفترة ضمن المواد ذات الأهمّيّة الاستراتيجية، وبقيت الإدارات الأمريكية محتفظةً بأكوام من رغوة التيتانيوم إلى أن وُزِّع في أوائل القرن الحادي والعشرين. كانت شركة فيسيمبو-أفيسما الروسية أكبر منتجِ للتيتانيوم، بحصّة سوق تبلغ 29% من الإنتاج العالمي. وفق إحصاءات سنة 2015، كانت أكبر سبع دول رائدة في إنتاج رغوة التيتانيوم كلّ من الصين واليابان وروسيا وكازاخستان والولايات المتحدة وأوكرانيا والهند، على الترتيب.
يأتي التيتانيوم في المرتبة التاسعة وفقاً للوفرة الطبيعية للعناصر الكيميائية في القشرة الأرضية، وذلك يوافق 0.63% بالنسبة للكتلة. من النادر العثور على التيتانيوم بشكله العنصري الحرّ في الطبيعة؛ وهو يوجد غالباً على شكل أكسيد في غلاف الأرض الصخري في معظم الصخور النارية والصخور الرسوبية؛ كما يوجد أيضاً في غلاف الأرض المائي في المسطّحات المائية الطبيعية. تتراوح نسبة التيتانيوم في التربة بين 0.5 إلى 1.5%. يبلغ تركيز التيتانيوم في مياه المحيطات حوالي 4 بيكومولار؛ أمّا عند درجة غليان الماء فيُقدَّر تركيز التيتانيوم بأقلّ من 10−7 مولار، عند قيمة pH تعادل 7. لم تُحدّد الأنواع الكيميائية للتيتانيوم في المحاليل المائية، وهي لا تزال غير معروفة، وذلك يعود إلى الانحلالية الضعيفة لتلك الأنواع. يوجد آثار من التيتانيوم في الأحجار النيزكية، كما كُشِفَ عن وجود هذا العنصر في الشمس وفي النجوم من النمط M، والتي تصل فيها درجة حرارة السطح إلى 3200 °س. حَوَت بعض عيّنات الصخور المُستجلَبة من القمر خلال بعثة أبولو 17 على حوالي 12.1% من ثنائي أكسيد التيتانيوم TiO2.
من المعادن النمطية الحاوية على التيتانيوم كلّ من الأناتاز والبروكيت والإلمينيت والبيروفسكيت والروتيل والتيتانيت. من بين تلك المعادن المذكورة يمتلك الروتيل والإلمينيت أهميةً اقتصادية من أجل استخراج التيتانيوم، رغم أنّه من الصعب العثور على توضّعات مرتفعة التركيز منهما. استُخرجَ حوالي 6 و0.7 مليون طن، على الترتيب، من هذَين المعدَنَين المذكورَين من المناجم في العالم سنة 2011. توجد توضّعات رسوبية كبيرة من الإلمينيت الحاوي على التيتانيوم في غربي أستراليا وفي كندا والصين والهند وموزمبيق ونيوزيلندا والنرويج وسيراليون وجنوب أفريقيا وأوكرانيا.
أُنتِج في سنة 2011 حوالي 186 ألف طن من رغوة التيتانيوم، وتصدّرت حينها الصينُ الدولَ المنتجة بحوالي 60 ألف طن، تلتها روسيا (40 ألف طن)، ثم الولايات المتّحدة (32 ألف طن)، ثمّ كازاخستان (قرابة 21 ألف طن). قُدِّرَت الاحتياطات الإجمالية من التيتانيوم بحوالي 600 مليون طن. تمرّ عملية إنتاج التيتانيوم بأربع خطوات رئيسية؛ وهي اختزال خامة التيتانيوم إلى رغوة معدنية، ثمّ صهرها بوجود سبيكة أمّ لتشكيل صبّة، ثمّ المعالجة الميكيانيكية الأوّلية بالتحويل إلى كتل خام على أشكال مختلفة، ثمّ بالمعالجة الثانوية على شكل منتجات جاهزة.
لا يمكن الحصول صناعياً على التيتانيوم من اختزال الأكسيد الموافق TiO2، ولكن يُستَحصل من اختزال رباعي كلوريد التيتانيوم TiCl4 باستخدام فلزّ المغنيسيوم وفق عملية كرول. إلّا أنّها عملية معقّدة غير مستمرّة، وذلك يفسّر ارتفاع القيمة السوقية للتيتانيوم. وعلى الرغم من أنّ عملية كرول من حيث المبدأ أقلّ كلفة من عملية هنتر؛ إلّا أنّ الكلفة الإنتاجية لهذا الفلزّ على العموم مرتفعة، إذ إنّ سعر التيتانيوم أغلى بحوالي 35 مرّة من الفولاذ، وبحوالي 200 مرّة من الفولاذ الخام (بيانات سنة 2013)؛ وفي سنة 2008 كانت كلفة إنتاج طن واحد من رغوة التيتانيوم الإسفنجية حوالي 12 ألف يورو.
للحصول على TiCl4 اللازم لعملية كرول يخضع الأكسيد TiO2 إلى اختزال كربوحراري بوجود غاز الكلور. في هذه العملية يُمرَّر غاز الكلور فوق مزيجِ مسخّن لدرجة الاحمرار من الروتيل أو الإلمينيت بوجود الكربون (الفحم)؛ وبعد عمليّات تنقية مكثّفة ومتعدّدة بأسلوب التقطير بالتجزئة، يُختَزل رباعي كلوريد التيتانيوم TiCl4 الناتج بمصهور المغنيسيوم عند الدرجة 800 °س في وسطٍ من غاز الآرغون.
يمكن في الخطوة الأخيرة أن يُستخدَم الصوديوم مختزِلاً وفق عملية هنتر:
يمكن إجراء عملية تنقية لاحقة بأسلوب القضيب البلوري (أو عملية فان أركل-دي بوير)، ، والتي تتضمّن تفاعل نقل كيميائي بالتفكّك الحراري لمركّب رباعي يوديد التيتانيوم TiI4. طُوّرت طرق جديدة لاستحصال التيتانيوم، وذلك اعتماداً على الاختزال الكيميائي الكهربائي لثنائي أكسيد التيتانيوم في مصهور كلوريد الكالسيوم، وبذلك يمكن الحصول على فلزّ التيتانيوم إمّا على شكل مسحوق أو رغوة معدنية إسفنجية. يمكن الحصول على مسحوق التيتانيوم بعملية إنتاج شامل تدعى باسم ، وهي مشابهة للإنتاج وفق عملية هنتر، إذ يضاف تيّار من بخار رباعي كلوريد التيتانيوم إلى تيّار من مصهور فلزّ الصوديوم، ثم يُنقّى التيتانيوم الناتج من المركّبات الثانوية المرافقة ويُغسَل ويُجفََف، كما يعاد تدوير الصوديوم والكلور لمعالجات لاحقة.
من السبائك المعروفة للتيتانيوم كلّ من Ti-6Al-4V مع الألومنيوم والفاناديوم؛ وسبيكة نيتينول مع النيكل. يمكن الحصول على سبائك التيتانيوم المختلفة بأسلوب مباشر أثناء عملية الاختزال لإنتاج التيتانيوم؛ فعلى سبيل المثال، يُستحصَل على السبيكة مع النحاس بإضافة النحاس عند اختزال الروتيل، وعلى السبيكة مع المغنيسيوم بإضافة المغنيسيوم أو أكسيده إلى الروتيل أثناء الاختزال؛ أو السبيكة مع الحديد باختزال الإلمينيت FeTiO3 بفحم الكوك في فرن كهربائي.
على الرغم من وجود حوالي خمسين درجة من سبائك التيتانيوم المُطوّرة، إلّا أنّ بضعة دزّينات منها قيد الاستخدام التجاري؛ أمّا الجمعية الأمريكية لاختبار المواد فقد حدّدت 39 درجة من سبائك التيتانيوم، ومنها أربعة درجات للتيتانيوم غير المسبوك، وتلك الدرجات الأربع تتفاوت فيما بينها بقيم مقاومة الشد بشكل متعلّق بمحتوى الأكسجين فيها، بحيث أنّ الدرجة الأولى تكون الأكثر قابليةً للسحب والطرق (أقلّ مقاومة شدّ بمحتوى أكسجيني 0.18%)، والدرجة الرابعة هي الأقلّ قابليةً للسحب والطرق (أكبر مقاومة شدّ بمحتوى أكسجيني 0.40%). أمّا الدرجات المتبقّية فهي سبائك تتمايز فيما بينها بخواصّها النوعية مثل المطيلية والمتانة والصلادة والمقاومة الكهربائية ومقاومة الزحف والمقاومة النوعية للتآكل. بالإضافة إلى ذلك، توجد مواصفات إنتاج خاصّة لسبائك التيتانيوم حسب نوع التطبيق، مثل السبائك المخصّصة للتطبيقات العسكرية أو الصناعية أو الطبّية.
في تصنيع التيتانيوم يمكن أن تُستعمَل الآلات والعمليات ذاتها المستخدَمة في تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ. يمكن الحصول على أشكال تجارية جاهزة من صفائح التيتانيوم النقي، ولكن ينبغي إجراء معالجة خاصّة، وذلك بسبب قابلية الانثناء، وخاصّةً لأنواع محدّدة من السبائك مرتفعة المتانة. يجب أن تجرى كافة أنواع اللحام للتيتانيوم تحت جوٍّ من غاز خامل من الآرغون أو الهيليوم ليحجُبَه عن غازات الهواء الجوّي (الأكسجين والنتروجين). لا يمكن إجراء لحام بالقصدير للتيتانيوم قبل طليه بفلزّ قابل للحام من هذا النوع.
للتيتانيوم ستّة وعشرون نظيراً تتراوح أعدادها الكتلة بين 39 و 64، من بينها خمسة نظائر مستقرّة وهي تيتانيوم-46 46Ti وتيتانيوم-47 47Ti وتيتانيوم-48 48Ti وتيتانيوم-49 49Ti وتيتانيوم-50 50Ti. إنّ أكثر نظائر التيتانيوم وفرةً طبيعية هو النظير تيتانيوم-48 48Ti والذي يشكّل 73.8% من إجمالي نظائر التيتانيوم. هناك 21 نظيراً مشعّاً للتيتانيوم أكثرها استقراراً هو النظير تيتانيوم-44 44Ti الذي له عمر نصف 63 سنة، والنظير تيتانيوم-45 45Ti بعمر نصف مقداره 184.8 دقيقة، والنظير تيتانيوم-51 51Ti بعمر نصف مقداره 5.76 دقيقة، والنظير تيتانيوم-52 52Ti بعمر نصف مقداره 1.7 دقيقة. لباقي النظائر المشعّة عمر نصف أقلّ من 33 ثانية، ومعظمها أقلّ من نصف ثانية. وأقلّها استقراراً هو النظير تيتانيوم-61 61Ti الذي يزيد عمر نصفه قليلاً عن 300 نانوثانية. إنّ نمط الاضمحلال الأساسي لنظائر التيتانيوم المشعّة التي لها عدد كتلة أصغر من النظير المستقرّ تيتانيوم-48 48Ti هو اضمحلال بيتا من النمط الموجب β+ متحوّلةً بذلك إلى نظائر السكانديوم الموافقة. بالمقابل؛ فإنّ للنظائر المشعّة التي لها عدد كتلة أكبر من 48 تتضمحلّ بشكلٍ أساسيٍّ على النمط السالب من اضمحلال بيتّا β- إلى نظائر الفاناديوم الموافقة.
يوجد التيتانيوم في الظروف القياسية من الضغط ودرجة الحرارة على شكل فلزٍّ أبيض فضّي لامع؛ وهو فلزّ متين ذو كثافة منخفضة، ويتميّز بقابليته للسحب والطرق. إنّ أكثر ما يميّز فلزّ التيتانيوم هو مقاومته للتآكل، إذ يتشكّل على سطحه طبقةٌ رقيقةٌ من الأكسيد، والتي تقوم بدور مُخَمِّل، وتقيه من تأثير العديد من المواد. كما يتميّز التيتانيوم بنسبة المتانة إلى الوزن، وهي الأعلى من بين جميع الفلزّات. تبلغ قيمة مقاومة الشد للتيتانيوم المتوفّر تجارياً بنقاوة 99.2% مقدار 434 ميغاباسكال (63 ألف رطل لكل بوصة مربعة psi)، وتلك قيم مساوية لقيم متانة بعض أنواع الفولاذ ولكنّه أقلّ كثافة. من جهةٍ أخرى، فإنّ التيتانيوم أكثف من الألومنيوم بحوالي 60%، ولكنّه أمتن بأكثر من مرّتين من بعض أنواع سبائك الألومنيوم شائعة الاستخدام. هناك أنواع محدّدة من سبائك التيتانيوم تتميّز بأنّ لها مقاومة شدّ تفوق 1400 ميغاباسكال، ولكن من جهةٍ أخرى، فإنّ التيتانيوم يفقد متانته عند تسخينه إلى درجات حرارة تفوق 430 °س، إذ يتَقصّف عند درجات حرارة مرتفعة نتيجة الارتباط مع الأكسجين والنتروجين والهيدروجين. تتطلّب المعالجة الميكانيكية للتيتانيوم اتخاذ الاحتياطات اللازمة، لأنّ هذه المادة قد تهترئ بالاحتكاك، إلّا إذا استُخدِمَت أدوات حادّة ووسائل تبريد ملائمة. كما هو الحال في البُنَى المصنوعة من الفولاذ فإنّ البُنَى المصنوعة من التيتانيوم ذات حدّ إجهاد مرتفع، ممّا يؤهلّها للاستخدام في بعض التطبيقات طويلة الأمد.
يوجد هناك شكلان متآصلان من التيتانيوم، الأوّل من النمط ألفا α ذو بنية سداسية، والتي تتغير إلى بنية بيتّا β المكعّبة مركزية الجسم عند درجة حرارة مقدارها 882 °س؛ إذ تزداد قيمة الحرارة النوعية للشكل ألفا بشكل مطّرد عندما يُسخَّن إلى درجة حرارة التحوّل تلك، ثم تنخفض وتبقى ثابتة نسبياً في الشكل بيتّا، بغضّ النظر عن درجة الحرارة. نظراً للارتفاع النسبي لنقطة انصهار لهذا الفلز (1668 °س)، فإنّ التيتانيوم يُصنَّف ضمن الفلزّات الحرارية. وهو فلزّ ذو مغناطيسية مسايرة، ولديه موصلية كهربائية وحرارية ضعيفة نسبياً مقارنةً بالفلزّات الأخرى. يصبح التيتانيوم ذا موصلية فائقة عندما يُبرَّد إلى درجات حرارة دون درجة الحرارة الحرجة (0.49 كلفن).