Titanio oxido

Titanio oxidoa edo titanio dioxidoa TiO2 formula duen konposatu kimikoa da. Titanioa Lurreko bederatzigarren elementurik ohikoena da, eta, baldintza normaletan, oso ohikoa da oxigenoarekin erreakzionatzea titanio oxidoak sortzeko, horiek mineraletan eta hautsetan aurkitzen dira. Merkea, ugaria, eta ia industria guztietan erabiltzen da.

Naturan, hainbat formatan dago: brookita (egitura ortorronbikoa), anatasa (egitura tetragonala) eta errutiloa (egitura tetragonala). Bai errutiloa, bai anatasa eskala handian ekoizten dira industrialki, eta, batez ere katalizatzaile edo gainazaleko pigmentu gisa erabiltzen dira. Bere urteko ekoizpena 8 milioi 400 mila tonakoa izan zen 2019an.

Titanio dioxidoa elikagaien koloratzaile gisa ere erabiltzen da E171 zenbakiarekin.

Egitura 
Bere hiru dioxido nagusietan, titanioak geometria oktaedrikoa erakusten du, sei oxido anioi loturik. Oxidoak, berriz, hiru Ti zentrotara lotzen dira. Errutiloaren kristal-egitura orokorra simetria tetragonala da, eta anatasa eta brookita ortorronbikoak dira. Oxigeno-azpiegiturak estu-paketatzearen distortsio txikiak dira guztiak: errutiloan, oxido anioiak estutasun hexagonal distortsionatuan daude antolatuta anatasean kubiko itxi-paketetik gertu dauden bitartean eta brookitarentzat bilketa hexagonal bikoitzetik gertu. Errutiloaren egitura oso hedatuta dago beste metal dioxido eta difluoruroetarako, adibidez, RuO2 eta ZnF2.

Urtutako titanio dioxidoak tokiko egitura du, non Ti bakoitza, batez beste, 5 oxigeno-atomo ingururekin koordinatuta dagoen. Ti bereizten da 6 oxigeno atomorekin koordinatzen diren forma kristalinoetatik.

Ekoizpena eta agerraldia 

TiO2 sintetikoa ilmenita mineraletik sortzen da batez ere. Errutiloa eta anatasa ere, modu naturalean dagoen TiO2, oso ugariak dira, adibidez. errutiloa hondartzako hondarretan «mineral astun» gisa. Leukoxenoa, ilmenitaren alterazio naturalaren ondorioz sortutako ale fineko anatasa, beste mineral bat da. Izar zafiroek eta errubiek beren asterismoa errutilo-orratzek egindako inklusioetatik lortzen dute.

Mineralogia eta ezohiko polimorfoak 
Titanio dioxidoa, naturan, errutilo eta anatasa mineral gisa agertzen da. Gainera, presio handiko bi forma mineral ezagunak dira: baddeleyita antzeko forma monokliniko bat akaogiita izenez ezagutzen dena, eta, bestea, α-PbO2 egitura ortorronbikoaren distortsio monokliniko apur bat du, eta riesita bezala ezagutzen da. Biak ala biak Bavariako Ries kraterrean aurki daitezke. Batez ere, ilmenitatik ateratzen da; mundu osoan titanio dioxidoa duen mearik hedatuena da hori. Errutiloa da ugariena eta % 98 inguru titanio dioxidoa dauka mineralean. Anatase eta brookita fase metaegonkorrak atzeraezin bihurtzen dira orekako errutilo fasera 600-800 °C (1.110-1.470 °F) arteko tenperaturatik gora berotzean.

Titanio dioxidoak hamabi polimorfo ezagun ditu: errutilo, anatasa, brookita, akaogiita eta riesitaz gain, hiru fase metaegonkor ekoitzi daitezke sintetikoki (ramsdellite-antzeko monoklinikoak, tetragonalak eta ortorrombikoak) eta presio handiko lau forma (α-PbO2-). antzekoak, kotunnite antzekoak, OI ortorronbikoak eta fase kubikoak) ere badira

Kotunenito motako fasea ezagutzen den oxidorik gogorrena zela esan izan da, 38 GPa-ko Vickers gogortasuna eta 431 GPa modulu bolumetriko (hau da, 446 GPa-ko diamantearen baliotik gertu) presio atmosferikoan. Hala ere, geroagoko ikerketek ondorio desberdinak atera zituzten, bai gogortasunerako (7-20 GPa, eta horrek korindon Al2O3 eta errutilo TiO2 bezalako oxido arruntak baino bigunagoa egiten du), baita ontziratu gabeko modulurako ere (~ 300 GPa).

Titanio dioxidoa (B) mineral gisa aurkitzen da arroka magmatikoetan eta zain hidrotermaletan, baita perovskitako ertz meteorologikoetan ere. TiO2-k, beste mineral batzuetan ere, laminak eratzen ditu.

Kimika 
Titanio dioxidoa anfoteroa da, eta, kimikoki, oso egonkorra da; konposatu organiko edo ez-organikoek ez dute erasotzen (ez dute azido edo alkaliek erasotzen), eta azido sulfuriko kontzentratuan eta azido fluorhidrikoan disolbatzen da. Horrez gain, fotokatalizatzaile bikaina dela aurkitu zen, hau da, argiak eragindako erreakzioak bizkortzen dituela.

Propietate fisikoak 
Erradiazio elektromagnetiko ikusgaiena islatzen du; beraz, pigmentu zuri oso ona da. Argi ultramorea ere xurgatzen du, eta, eguzki-erradiazioa jasan arren, kolorea mantentzeko gai da.

Aplikazioak 
Industria kimikoan, orokorrean, aplikazio ugari ditu. Titanio dioxidoaren pigmentuak pintura eta plastikoen ekoizpenean erabiltzen dira batez ere, baita paperean, inprimatzeko tintan, kosmetikoetan, ehungintzan, farmazeutikoetan eta elikagaietan ere. Titanio dioxidoa munduan gehien erabiltzen den pigmentua da, azken produktuei zuritasun, opakutasun eta babes distiratsua ematen baitie. Era berean, pigmentu-lodiera txikiak behar diren arte grafikoetan erabiltzen da, adibidez, titanio dioxido oso finetan. Portzelanazko esmalteetan, zuritzeko eta opako gisa ere erabili izan da, distira, gogortasun eta azidoarekiko erresistentzia handiko azken akabera emanez.

Singapurreko Nanyang Unibertsitate Teknologikoko ikertzaileek 2014ko urrian jakinarazi zutenez, bateria baten anodoan titanio dioxidoaren eta sodio hidroxidoaren nahasketa baten gel bat erabiltzeak bere ahalmenaren % 70 karga daiteke 2 minututan, eta 20 urte baino gehiagoko (10.000 karga-ziklo) bizitza erabilgarri handiagoa izan dezake,lehengo Li-ioizko bateria bat baino hamar aldiz gehiago (500 karga-ziklo), eta, horrela, karga ultra-azkarreko bateriak sortzen dira. Ikertzaile horiek titanio dioxidoaren forma esferikoa nanohodi txikietan eraldatzeko modua aurkitu dute, giza ile baten diametroa baino mila aldiz meheagoak direnak. Gel berri hori oso erraz integra daiteke bateria-ekoizleen egungo ekoizpen-prozesuetan; beraz, industrian sartzea asko erraztuko du.

Plastikoak: haren propietateek hauskortasuna, kolorazioa eta argiak sortzen dituen beste efektu kaltegarriak gutxitzea ahalbidetzen du. Hori dela eta, dioxidoak hainbat plastiko eta kautxuren bizitza erabilgarria luzatzeko aukera ematen du.

Papera: paper zuriagoa, opakuagoa eta distiratsuagoa izatea eskatzen denean aplikatzen da.

Kosmetikoak: larruazaleko akatsak ezkutatzeko eta distira emateko aukera ematen du, itxura hobea izan dezan.

Pinturak: opakutasunak eta egonkortasun maila handiak pinturaren edo edozein estalduraren iraupen luzea ahalbidetzen du. Merkatuan dagoen beste edozein pigmentu zuri ordezkatzen du koloreak mantentzeko gaitasunagatik.

Elikadura eta farmazia industria: oso erabilia da industria horretan; zeren eta erradiazioa xurgatzen duen material opakoa izanik, argiak degrada ditzaketen produktuak babesten ditu, almibarretan eta beste sendagai batzuetan esaterako. Elikagaien bizitza ere luzatzen du, isolatzen dituelako eta ez duelako argia pasatzen uzten.

Nanoeskalan 
Katalizatzaileak: Industrian, katalizatzaileentzako euskarri gisa erabiltzen da, ibilgailuetan dituen aplikazioak kaltegarriak diren ihes-gasak ezabatzea baitakar.

Eguzkitarako kremak: titanio dioxidoaren pigmentuak argia islatu ohi du; hala ere TiO2 ultrafinak argi ikusgarriarekiko garden bihurtzeko gaitasuna du, baina argi ultramorea xurgatzen du; horrela, larruazala sortzen dituzten UV izpietatik babesten du.

Beste aplikazio batzuk: zeramika-industria, zementu zuriaren fabrikazioa, kautxuaren kolorazioa eta ura tratatzeko agentea da.

Ekoizpena 
TiO2-ren ekoizpena urtean 4 milioi tonako salmentara iristen da; munduan, gehien ekoizten den pigmentu zuria da, eta bere kontsumoa urtean % 2 inguru hazten jarraitzen du (2004). Konposatu horren kontsumitzaile nagusiak pintura eta plastikoen industriak dira. Titanio dioxidoaren elaborazioak 3,8 tona produktu deribatu sortzen ditu, ekoitzitako TiO2 tona bakoitzeko. Orokorrean, produktu horiek saldu edo birziklatzen dira, beste industria batzuetarako lehengai gisa balioko duten produktu bihurtuz: zementu-ekoizpena, nekazaritza edo lurra tratatzeko.

Segurtasuna 
Konposatu hori elikagaien eta farmazia industrietan erabiltzen denez, osasun publikoan eragiten ote duen eta konposatu segurua den aztertu behar du FDAk. FDAk TiO2-aren segurtasuna ebaluatu zuen; gidaliburuak argitaratu zituen, eta segurtasunez erabil daitekeela eta muki-mintzekin eta azalarekin bateragarri gisa sailkatu zuen. Hala ere, IARCk (Minbiziaren Ikerketarako Nazioarteko Agentziak)  «gizakientzat kantzerigenoa izan zitekeen». konposatu gisa sailkatu zuen. Bere ikerketa arratoietan egindako ikerketetan oinarrituta zegoen, eta azterketak  arratoiek konposatua arnasten zutenean biriketako tumoreak sortzeko probabilitatea handitzen zela agerian utzi zuen. Gainera, TiO2 industriako langileei buruzko ikerketak egin ziren, baina ez zen erlazio argirik aurkitu esposizioaren eta minbizi-zelulen hazkundearen artean, baina baimendutako esposizio-muga ezarri zen langile horien osasuna babesteko.

Dunkin Donuts bezalako enpresek, 2015ean, titanio dioxidoa kendu zuten beren merkantzietatik presio publikoaren ondoren. Andrew Maynardek, Michigango Unibertsitateko Arrisku Zientzien Zentroko zuzendariak, elikagaietan titanio dioxidoa erabiltzearen ustezko arriskua baztertu zuen. Dunkin Brandsek eta beste elikagai ekoizle askok erabiltzen duten titanio dioxidoa ez omen da material berria, ez eta nanomateriala ere. Nanopartikulak 100 nanometroko diametroa baino txikiagoak izan ohi dira, baina elikagai-mailako titanio dioxidoaren partikula gehienak askoz handiagoak dira. Hala ere, tamainaren araberako banaketan egindako analisiek erakutsi zuten TiO2 mailako elikagai-sortek beti izaten dutela nanometriko tamainako frakzio bat fabrikazio-prozesuen ezinbesteko azpiproduktu gisa.

Erreferentziak

Kanpo estekak 
  http://news.bbc.co.uk/1/hi/health/2162248.stm
  Zer zerikusi du TiO2-k nirekin? El Tamiz

Janari koloragarriak
Oxidoak
IARCren 2B taldeko kartzinogenoak