Titanium

Titanium adalah unsur kimia dalam jadual berkala yang mempunyai simbol Ti dan nombor atom 22. Ia sejenis logam peralihan berwarna putih keperakan yang ringan, kuat, berkilau, dan tahan kakisan (termasuklah ketahanan terhadap air laut dan klorin). Titanium digunakan dalam aloi ringan dan kuat (terutamanya bersama besi dan aluminium) manakala sebatiannya yang paling lazim, titanium dioksida, digunakan dalam pewarna putih. Contoh-contoh pewarna putih yang mengandungi titanium oksida adalah cecair pemadam dan cat-cat putih yang biasa digunakan untuk mengecat kembali dinding. Ia juga digunakan dalam ubat gigi, cat putih penanda jalan, dan dalam bunga api putih. Bahan-bahan yang mengandungi titanium dipanggil titaniferus.  

Unsur ini wujud dalam pelbagai jenis mineral dan sumber utamanya adalah rutil dan ilmenit, yang teragih secara meluas atas permukaan Bumi. Terdapat dua bentuk alotrop dan lima isotop yang wujud secara semula jadi bagi unsur ini; 46Ti sehingga ke 50Ti dengan 48Ti merupakan yang paling berlimpah (73.8%). Salah satu ciri utama titanium adalah ia sekuat keluli walaupun dengan hanya 60% ketumpatannya. Sifat-sifat titanium adalah secara kimia dan fizikalnya serupa dengan zirkonium.

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.

Penggunaan 

Kira-kira 95% penghasilan titanium digunapakai dalam bentuk titanium dioksida (TiO2), sejenis pigmen putih terang yang kekal dengan kuasa liputan yang baik dalam cat, kertas, ubat gigi, dan plastik. Cat yang diperbuat daripada titanium dioksida adalah pemantul sinaran inframerah yang sangat baik dan oleh sebab itu digunakan secara meluas oleh ahli astronomi dan dalam cat luaran. Ia juga digunakan dalam simen, dalam batu permata, dan sebagai bahan pengisi penguat dalam kertas. Baru-baru ini, ia digunakan dalam penulen udara (sebagai salutan penuras) atau dalam saput tingkap pada bangunan, yang apabila terdedah kepada cahaya ultraungu (sama ada daripada matahari atau buatan manusia) dan kandungan lembapan dalam udara, akan mengubah pencemaran udara tidak berturas menjadi radikal hidroksil.

Oleh sebab sifat-sifatnya seperti mempunyai kekuatan tegangan tinggi (walau pada suhu tinggi), ringan, daya tahan kakisan yang luar biasa, dan kebolehan untuk menahan suhu lampau; aloi titanium digunakan pada pesawat, plat perisai, kapal angkatan laut, kapal angkasa lepas, dan peluru berpandu. Ia digunakan dalam aloi keluli untuk mengurangkan saiz butiran dan sebagai penyahoksida, dan dalam keluli tahan karat untuk mengurangkan kandungan karbon. Titanium sering dialoikan bersama aluminium (untuk menghaluskan saiz butiran), vanadium, tembaga (untuk mengeraskannya), besi, mangan, molibdenum dan logam-logam lain.  

Paip titanium terkimpal digunakan dalam industri kimia oleh sebab daya tahan kakisannya dan kini dilihat mempunyai penggunaan meningkat dalam penggerudian petroleum, terutamanya luar pesisir, oleh sebab kekuatan, keringanan dan daya tahan kakisannya.

Titanium yang dialoikan bersama vanadium digunakan dalam kulit luaran pesawat terbang, pengadang bahang api, peralatan pendaratan, dan saluran hidraulik. Dijangkakan 58 ton logam ini digunakan dalam Boeing 777, 43 ton dalam 747, 18 ton dalam 737, 24 ton dalam Airbus A340, 17 ton dalam A330 dan 12 ton dalam A320, menurut laporan tahunan 2004 oleh Perbadanan Logam-logam Titanium (Titanium Metals Corporation).
Secara amnya, model terbaru menggunakan lebih banyak dan badan lebar menggunakan terbanyak. A380 mungkin menggunakan 77 ton, termasuk kira-kira 10 or 11 ton pada enjin-enjinnya.

Penggunaan titanium dalam barangan pengguna seperti raket tenis, kayu golf, basikal, radas makmal, cincin belah rotan, dan komputer riba menjadi semakin lazim.

Pengunaan-penggunaan lain:
 Oleh sebab daya tahannya yang baik terhadap air laut, ia digunakan untuk menghasilkan aci perejang dan pemasangan dan dalam penukar haba loji penyahgaram dan pemanas-pendingin akuarium air masin, dan baru-baru ini pisau juruselam.
 Kerana kekuatannya dan kelengaiannya terhadap air laut, dan juga kerana longgokan bijih yang besar di Russia, ia merupakan bahan utama dalam pembuatan kebanyakan kapal selam maju Russia, termasuklah kapal selam ketenteraan terdalam sehingga ke hari ini, kelas Alfa dan Mike, dan juga kelas Typhoon.
 Ia digunakan untuk menghasilkan batu permata buatan manusia yang secara relatifnya agak lembut.
 Titanium tetraklorida (TiCl4), sejenis cecair tak berwarna, digunakan untuk memendarrona kaca dan kerana ia mengeluarkan wasap dengan kuatnya dalam udara lembap, ia juga digunakan sebagai pengadang asap dan dalam penulisan pada langit.
 Di samping menjadi pigmen yang penting, titanium dioksida juga digunakan dalam pelindung matahari oleh sebab ketahannya terhadap ultraungu.
 Kerana ia dianggap lengai secara fisiologi, logam ini digunakan dalam implan penggantian sendi seperti sendi lesung pinggul, pembuatan peralatan perubatan dan dalam lapis paip/tangki dalam pemprosesan makanan. Oleh sebab titanium tidak feromagnet, pesakit dengan implan titanium boleh diperiksa dengan selamatnya menggunakan pengimejan resonans magnet (sesuai untuk implan jangka panjang).
 Titanium juga digunakan untuk peralatan pembedahan yang digunakan dalam pembedahan dengan panduan imej.
 Kelengaiannya dan kebolehannya untuk menjadi warna yang menarik menyebabkan menjadi logam popular untuk menindik badan. 
 Titanium mempunyai kemampuan luar biasa untuk berpadu dengan tulang hidup (osseointegrate), membolehkan penggunaan dalam implan gigi. Kemampuan ini juga dimanfaatkan dalam sesetengah implan ortopedik. Aplikasi ortopedik juga mempergunakan modulus kekenyalan titanium yang rendah untuk dipadankan lebih dekat dengan modulus tulang yang ingin dibetulkan oleh peralatan-peralatan tersebut. Hasilnya, bebanan rangka dikongsi dengan lebih sama rata antara tulang dan implan, menjurus kepada insidens lebih rendah dalam pemerosotan tulang akibat pemerisaian tegasan dan patah tulang periprostetik yang berlaku pada sempadan impan ortopedik yang bertindak sebagai penaik tegasan. Walau bagaimanapun, kekakuan aloi titanium adalah dua kali ganda kekakuan tulang, lambat laun akan menjurus kepada kemerosotan sendi.
 Aloi titanium digunakan dalam bingkai kaca mata. Bingkai-bingkai ini agak mahal, tetapi juga tahan lama. Aloi-aloi tradisional dan aloi ingatan bentuk digunakan dalam aplikasi ini.
 Kebanyakan backpacker menggunakan peralatan titanium, termasuk perkakas dapur, alat makan, lantera dan pancang khemah. Walaupun sedikit mahal berbanding alternatif keluli atau aluminium tradisional, bahan buatan titanium ini secara ketaranya lebih ringan tanpa menjejaskan kekuatan. Akan tetapi sifat terma perkakas dapur titanium membuatkannya tidak sesuai sebagai aplikasi memasak yang lebih khusus.  
 Titanium mempunyai penggunaan yang meningkat dalam aci kayu lacrosse.
 Titanium digunakan dengan meningkatnya dalam kekisi topi keledar kriket. 
 Titanium boleh dianodkan untuk menghasilkan beraneka warna.

Titanium kadang kala digunakan dalam pembinaan: tugu peringatan Yuri Gagarin, orang pertama yang menuju ke angkasa lepas, di Moscow yang bersaiz 150 kaki (45 m) diperbuat daripada titanium kerana warna logam yang menraik dan pengaitannya kepada bidang sains roket. Guggenheim Museum Bilbao dan Perpustakaan Cerritos masing-masing merupakan bangunan pertama di Eropah dan Amerika Utara, yang disalut panel titanium.

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)

Kewujudan 
Logam titanium selalunya bergabung dengan unusr-unsur lain dalam alam semulajadi. Ia merupakan unsur kesembilan paling berlimpah pada kerak bumi (0.63% mengikut jisim) dan hadir dalam kebanyakan batuan igneus dan endapan yang diterbitkan daripadanya (termasuk juga hidupan dan jasad air semula jadi). Ia teragih dengan meluas dan wujud utamanya dalam mineral anatas, brukit, ilmenit, perovskit, rutil, titanit (sfen), dan juga dalam kebanyakan bijih besi. Antara mineral-mineral ini, hanya ilmenit dan rutil mempunyai kepentingan ekonomi yang ketara, namun kedua-dua mineral ini juga sukar untuk dijumpai dalam kepekatan yang tinggi. Oleh sebab titanium dengan mudahnya bertindak bersama oksigen dan karbon pada suhu tinggi, adalah amat sukar sekali untuk menyediakan logam, hablur, atau serbuk titanium yang tulen. Mendapan bijih titanium yang besar boleh dijumpai di Australia, Skandinavia, Amerika Utara, dan Malaysia. Jumlah besar juga dikesan di rantau Kwale di Kenya, yang mana sebuah firma Kanada, Tiomin, mendapat hak perlombongan. 

Lihat juga mineral titanium.

Chiffres de 2003, en milliers de tonnes de dioxide de titane

Source ; L'état du monde 2005, annuaire économique géopolique mondial

Logam ini juga dijumpai pada meteorit dan dikesan pada matahari dan bintang jenis M. Batuan yang dibawa balik daripada bulan semasa misi Apollo 17 mengandungi 12.1% TiO2. Titanium juga dijumpai dalam abu arang, tumbuhan, dan juga tubuh manusia (walaupun tidak berbahaya, ia tidak dianggap sebagai unsur penting).

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).

Sebatian 
Keadaan pengoksidaan +4 mendominasi dalam kimia titanium, tetapi sebatian dalam keadaan pengoksidaan +3 juga sangat biasa. Oleh sebab keadaan pengoksidaan yang tinggi, kebanyakan sebatian titanium mempunyai darjah yang tinggi terhadap ikatan kovalen.

Walaupun logam titanium adalah secara bandingannya jarang, tetapi disebabkan kos penyarian, titanium dioksida {juga dipanggil titanium(IV), titanium putih, atau titania) adalah murah, tidak bertoksik, dapat diperoleh secara pukal, dan digunakan secara meluas sebagai pigmen pemutih dalam cat, enamel, lakuer, plastik dan simen pembinaan. Serbuk TiO2 adalah lengai secara kimia, tahan pudar bawah matahari, dan sangat legap: membolehkannya memberikan warna putih tulen dan terang pada bahan kimia perang atau kelabu yang membentuk kebanyakan plastik rumah. 

Cat yang dihasilkan daripada titanium dioksida berprestasi baik pada suhu lampau, bersih secara sendirinya, dan tahan persekitaran laut. Titanium dioksida tulen mempunyai indeks biasan yang sangat tinggi dan serakan optik lebih tinggi daripada berlian. Nilam bintang dan delima mendapat asterismenya daripada titanium oksida yang hadir padanya. Titanat adalah sebatian yang dihasilkan daripada titanium dioksida. barium titanat mempunyai sifat piezoelektrik, membolehkannya menjadi pemindah arus (transduser) dalam ubah antara bunyi dan elektrik. Ester titanium dihasilkan daripada tindak balas alkohol dengan titanium tetraklorida dan digunakan untuk menjadikan fabrik kalis air.

Titanium nitrida biasanya digunakan untuk menyalut alat pemotong, seperti bit gerudi. ia juga digunakan dalam kemasan hiasan warna emas, dan sebagai logam sawar dalam pembikinan semikonduktor.

Titanium(IV) klorida (titanium tetrachlorida, TiCl4, kadang kala dipanggil "Tickle") adalah cecair tak berwarna yang merupakan asid lemah, dan digunakan sebagai pengantara dalam penghasilan titanium(IV) oksida untuk cat. Ia digunakan secara meluas dalam kimia organik sebagai asid Lewis, contohnya dalam pemeluwapan Mukaiyama aldol. Titaniun juga menghasilkan klorida yang lebih rendah, titanium(III) klorida (TiCl3), yang digunakan sebagai agen penurun.

Titanosena diklorida adalah mangkin penting dalam pembentukan ikatan karbon-karbon. Titanium isopropoksida digunakan dalam pengepoksidaan Sharpless. Sebatian-sebatian yang lain termasuk; Titanium bromida (digunakan dalam metalurgi, superaloi, dan salut dan pewayaran elektrik bersuhu tinggi) dan titanium karbida (dijumpai dalam alat pemotong bersuhu tinggi dan salutan).

 Lihat juga Sebatian titanium.

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.

Galeri

Lihat juga 
 Sebatian titanium
 Mineral Titanium
 Titan (mitologi)
 Salut titanium
 Keracunan darah titanium

Rujukan 
(1) Titanium: The Industry, Its Future, Its Equities, F.S. Smithers and Company, 1957, p 7, 33-67.
 Los Alamos National Laboratory – Titanium
 Guide to the Elements – Revised Edition, Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998) ISBN 0-19-508083-1
 The History and Use of Our Earth's unsur kimias: A Reference Guide, Robert E. Krebs (Greenwood Press: Westport, CT, 1998) ISBN 0-313-30123-9
 "titanium" Encyclopædia Britannica from Encyclopædia Britannica Premium Service.  [Accessed January 23 2005].
 "titanium" The Columbia Electronic Encyclopedia, 6th ed  [Accessed January 23 2005]
 "titanium," Microsoft Encarta Online Encyclopedia 2005   [Accessed January 24 2005]
 USGS Titanium Statistics and Information
 Nature, Vol 407, 21 September 2000 pg.305 and pg. 361
 van Arkel, A.E., and de Boer, J.H., 1925, Preparation of pure titanium, zirkonium, hafnium, and thorium metal: Zeitschrift für Anorganishe und Allgemeine Chemie, v. 148, p. 345-350.

Bibliografi

Pautan luar 

 WebElements.com – Titanium (also used as a reference)
 Metallurgy of Titanium and its Alloys, Cambridge University
 World Production of Titanium Concentrates, by Country
 The Titanium Information Group
 Titanium: Past, Present, and Future (1983)
 A new low cost production method
Çelikhan tütünü

 
Bahan bakar piroteknik
Logam peralihan
Unsur kimia