Titanium

Sifat-sifat utama

Titanium dikenali kerana ketahannya yang baik terhadap kakisan; ia mempunyai daya tahan yang hampir sama seperti platinum, iaitu dapat menahan serangan asid, gas klorin lembap, dan larutan garam biasa. Titanium tulen tidak larut dalam air tetapi larut dalam asid pekat. Sebagai sejenis unsur logam, ia juga dikenali kerana nisbah kekuatan kepada beratnya yang tinggi. Ia adalah unsur ringan, kuat dan berketumpatan rendah sehinggakan, apabila berkeadaan tulen, adalah agak mulur (terutamanya dalam persekitaran bebas oksigen), mudah ditempa, berkilau dan berwarna putih kelogaman. Takat leburnya yang secara bandingannya agak tinggi membuatkannya sesuai sebagai logam refraktori. Titanium yang secara komersilnya bergred tulen mempunyai kekuatan tegangan muktamad yang setara dengan aloi keluli berkekuatan separa tinggi, tetapi adalah 43% lebih ringan; ia adalah 60% lebih berat daripada aluminium, tetapi lebih dua kali ganda lebih kuat berbanding aluminium aloi 6061-T6; angka-angka ini boleh berubah dengan ketaranya akibat komposisi aloi yang berbeza-beza dan pembolehubah pemprosesan. Ia dirangkumkan hanya sebagai garis panduan.
Logam ini membentuk salutan oksida pelindung dan pasif (menyebabkannya tahan kakisan) apabila terdedah kepada suhu ternaik dalam udara, tetapi pada suhu bilik ia tahan sebam (kusam). Logam ini, yang terbakar apabila dipanaskan dalam udara bersuhu  610 °C atau lebih (membentuk titanium dioksida), juga adalah salah satu daripada sebilangan unsur yang terbakar dalam gas nitrogen tulen (terbakar pada 800 °C dan membentuk titanium nitrida). Titanium tahan terhadap asid sulfurik dan asid hidroklorik cair, dan juga gas klorin, larutan klorida, dan kebanyakan asid organik. Ia paramagnet (tertarik sedikit kepada magnet) dan mempunyai kerintangan elektrik dan kekonduksian haba yang sangat rendah.
Eksperimen menunjukkan bahawa titanium semulajadi menjadi sangat radioaktif apabila dibedil dengan deuteron, memancarkan kebanyakkannya positron dan sinar gama keras. Unsur ini merupakan alotrop dimorf dengan bentuk alfa heksagonalnya berubah menjadi beta kubus secara perlahan-lahan pada sekitar 880 °C. Apabila ia merah membara, logam ini bergabung dengan oksigen, dan apabila menjangkau 550 °C akan bergabung dengan klorin. Ia bertindak balas dengan halogen-halogen lain dan menyerap hidrogen.

Sejarah

Titanium ditemui di Creed, Cornwall di England oleh ahli geologi amatur Reverend William Gregor pada 1791. Beliau mengiktiraf kehadiran unsur baru ini dalam iaitu ilmenit, dan menamakannya menachite (ejaan lain manaccanite), sempena mukim berdekatan Manaccan . Pada sekitar masa yang sama, Franz Joseph Muller juga menghasilkan bahan yang sama, tetapi tidak dapat mengenalinya. Unsur ini ditemui kembali secara berasingan beberapa tahun kemudian oleh ahli kimia Jerman Martin Heinrich Klaproth dalam bijih rutil. Klaproth mengesahkannya sebagai unsur baru dan pada 1795 menamakannya sempena Titan dalam mitologi Yunani.
Unsur ini amat sukar disarikan daripada bijihnya sejak bertahun lamanya. Logam titanium tulen (99.9%) pertama kalinya disediakan pada tahun 1910 oleh Matthew A. Hunter melalui pemanasan TiCl₄ dengan natrium dalam bom keluli pada suhu 700–800 °C dalam proses Hunter. Logam titanium tidak digunakan di luar makmal sehinggalah 1946 apabila William Justin Kroll membuktikan bahawa titanium boleh dihasilkan secara komersil dengan menurunkan titanium tetraklorida dengan magnesium dalam proses Kroll, iaitu proses yang masih digunakan pada hari ini.
Dalam tahun 1950–1960 Kesatuan Soviet cuba untuk memonopoli pasaran titanium dunia sebagai taktik dalam Perang Dingin untuk menghalang ketenteraan Amerika daripada memanfaatkannya. Walau dengan usaha-usaha ini, Amerika Syarikat memperoleh jumlah titanium yang besar apabila sebuah syarikat Eropah menubuhkan perwakilan bagi membolehkan agensi perisikan luar negeri A.S. untuk membelinya. Malahan, titanium bagi pesawat peninjau A.S. SR-71 yang sangat berjaya, diperolehi daripada Kesatuan Soviet pada kemuncak Perang Dingin.
Sehingga 1956 penghasilan hasil keluaran kilang titanium adalah lebih daripada 6 million kg/setahun.(1)

Pengasingan

Oleh sebab logam ini bertindak balas dengan udara pada suhu tinggi, ia tidak dapat dihasilkan daripada penurunan daripada dioksidanya. Oleh itu, logam titanium dihasilkan secara komersilnya melalui proses Kroll, proses kelompok yang mahal dan rumit yang dibangunkan pada tahun 1946 oleh William Justin Kroll. Dalam proses Kroll ini, oksida pada mulanya ditukar menjadi klorida melalui pengkarboklorinan, iaitu gas klorin dilalukan pada rutil atau ilmenit merah membara dengan kehadiran karbon untuk menghasilkan TiCl₄. Ini kemudiannya dipeluwap dan ditulenkan melalui penyulingan berperingkat dan seterusnya diturunkan bersama 800 °C magnesium lebur pada persekitaran argon.
Sebuah proses terbaru, proses FFC Cambridge, mungkin akan menggantikan proses Kroll yang lebih tua. Kaedah ini menggunakan serbuk stok suapan titanium dioksida (yang merupakan bentuk halus rutil) untuk menghasilkan keluaran akhir dalam bentuk sama ada serbuk atau span. Jika serbuk oksida bercampur digunakan, produk adalah aloi dengan kos lebih rendah daripada proses leburan berperingkat yang lebih konvensional. Ia diharapkan bahawa proses FFC Cambridge dapat membuatkan titanium sebagai bahan yang kurang nadir dan kurang mahal untuk industri aeroangkasa dan pasaran barangan mewah, dan dapat dijumpai dalam kebanyak hasil kilang yang pada masa kini dihasilkan menggunakan aluminium dan keluli bergred khusus.
Titanium ditulenkan menjadi ketulenan ultra tinggi pada kandungan kecil apabila Anton Eduard van Arkel dan Jan Hendrik de Boer menemui iodidanya, atau batang hablur, diproses pada tahun 1925, dengan memberi tindak balas bersama iodin dan menguraikan wap yang terhasil melalui filamen panas menjadi logam tulen.
Titanium oksida dihasilkan secara komersil dengan mencanai bijih mineral dan mencampurkannya dengan kalium karbonat dan asid hidrofluorik berair. Ini  menghasilkan kalium fluorotitanat (K₂TiF₆) yang disarikan dengan air panas dan diuraikan menjadi ammonia, menghasilkan oksida terhidrat berammonia. Ini pula dinyalakan dalam bekas platinum, yang akan menghasilkan titanium dioksida tulen.
Aloi titanium biasa dihasilkan melalui penurunan. Contohnya: kuprotitanium (rutil yang dicampur dengan tembaga diturunkan), ferokarbon titanium (ilmenit diturunkan dengan kok dalam relau elektrik), dan manganotitanium (rutil dengan mangan atau oksida-oksida mangan diturunkan).

Isotop-isotop

Titanium yang wujud secara semulajadi terdiri daripada 5 isotop stabil; ⁴⁶Ti, ⁴⁷Ti, ⁴⁸Ti, ⁴⁹Ti dan ⁵⁰Ti dengan ⁴⁸Ti merupakan isotop paling berlimpah (73.8% limpahan semulajadi). Sebelas radioisotop telah dicirikan dan yang paling stabil merupakan ⁴⁴Ti dengan separuh hayat 63 tahun, ⁴⁵Ti dengan separuh hayat 184.8 minit, ⁵¹Ti dengan separuh hayat 5.76 minit, dan ⁵²Ti dengan separuh hayat 1.7 minit. Kesemua isotop radioisotop yang lain mempnyai separuh hayat kurang daripada 33 saatdan majoriti daripadanya mempunyai separuh hayat kurang daripada setengah saat.
Berat atom isotop-isotop titanium berjulat antara 39.99 uja (⁴⁰Ti) hingga 57.966 uja (⁵⁸Ti). Mod reputan perdana sebelum isotop stabil paling berlimpah, ⁴⁸Ti, ialah tawanan elektron dan mod perdana selepas itu adalah pancaran beta. Hasil reputan perdana sebelum ⁴⁸Ti adalah isotop unsur 21 (skandium) dan hasil perdana selepas itu adalah isotop unsur 23 (vanadium).

Langkah pengawasan

Sebagai serbuk atau dalam bentuk tatal logam, logam titanium merupakan bahaya api yang serius, dan apabila dipanaskan dalam udara, merupakan bahaya letup. Kaedah asas air dan karbon dioksida untuk memadamkan api adalah tidak berkesan pada titanium yang terbakar; agen penentang api serbuk kering Kelas D haruslah digunakan. 
Garam-garam titanium sering dianggap tidak berbahaya tetapi sebatian klorinnya, seperti TiCl₂, TiCl₃ dan TiCl₄, mempunyai bahaya luar biasa. Diklorida mempunyai bentuk hablur hitam piroforik, dan teraklorida adalah cecair meruap dan mengeluarkan wasap. Kesemua klorida titanium adalah mengakis. Titanium juga mempunyai kecenderungan untuk bertumpuk secara biologi (bio-accumulate) dalam tisu yang mengandungi silika tetapi tidak memainkan sebarang peranan biologi yang diketahui dalam manusia.