Titan (Chemie)

auch: titanium (englischer Name);

chemisches Element der vierten Periode und der vierten Nebengruppe des Periodensystems.

Namensgebung und Geschichte

Mit einem zeitlichen Abstand von nur vier Jahren wurde Titan zweimal unabhängig voneinander entdeckt: Zuerst fand es 1791 William Gregor im Eisensand von Cornwall, der zum größten Teil aus Titaneisenoxid bestand. Ohne von dieser Entdeckung zu wissen, wurde der deutsche Chemiker Klaproth 1795 bei der Untersuchung von Erzproben auf das Oxid eines unbekannten Metalls aufmerksam. Auf ihn geht der Name Titanium zurück. In der griechischen Mythologie waren Titanen Riesen. 1825 gelang dann Berzelius die erste Herstellung von Titan, wobei die Proben noch stark verunreinigt waren. 1910 beherrschte man die Methode, Titan mit einem Reinheitsgrad von 99,9 Prozent zu erhalten. Wirtschaftliche Bedeutung bekam es allerdings erst als 1938, als ein Verfahren zur industriellen Herstellung entwickelt worden war.

Isotope

Titan ist ein Gemisch aus fünf stabilen Isotopen, von denen Ti-48 mit 73,8 Prozent bei weitem am häufigsten ist. Außerdem gibt es acht radioaktive Nuklide, die Halbwertszeit zwischen 47,3 Jahren (Ti-44) und 80 Millisekunden (Ti-41) aufweisen.

Eigenschaften

Titan ist ein hartes, dehnbares, silbrig-glänzendes Metall. Gegen korrodierende Einflüsse ist es widerstandsfähig, da es bei Luftkontakt sofort eine schützende Oxidschicht bildet. Bei Wärme dehnt es sich kaum aus und ist gleichzeitig ein guter elektrischer Leiter. Seine mechanische Festigkeit ist mit der von Stahl zu vergleichen. Die wichtigste Oxidationszahl ist +4. Unter dem Einfluss hoher Temperaturen verbindet es sich mit vielen Nichtmetallen: zum Beispiel Stickstoff und Sauerstoff sowie den Halogenen. Wichtige Titanverbindungen sind Titandioxid (TiO2 und Titantetrachlorid (TiCl4).

Vorkommen

Titan ist ein häufig vorkommendes Element. Am Aufbau der Erdkruste hat es einen Anteil von 0,4 Gewichtsprozent. Es steht an 10. Stelle der Elementhäufigkeit und ist damit häufiger als beispielsweise Kohlenstoff, Schwefel oder Phosphor. In der Natur kommt es stets gebunden vor. Die wohl wichtigsten Titanmineralien sind Titaneisenerz (Ilmenit) und die mineralischen Abkömmlinge von Titandioxid - Rutil, Anatas und Brookit. Erwähnenswert sind auch Perowskit und Sphen (Titanit). Titan ist in Böden und Gesteinen zumindest in Spuren praktisch allgegenwärtig. In granitischen Gesteinen findet man durchschnittlich 3000 ppm (parts per million: Teile pro Million Teile) und in Kalkstein ca. 450 ppm. Im Wasser liegt es im gelösten Zustand primär in nicht-ionischer Form als Ti(OH)4 vor.

Verwendung

Erst mit dem Zweiten Weltkrieg begann die großtechnische Titanproduktion. Die Angaben über die jährliche Weltproduktion von metallischem Titan schwanken zwischen 100 000 und eine Million Tonnen pro Jahr. Trotz der umfangreichen Ressourcen ist es bis heute auf Grund der aufwändigen Verfahren zu seiner Herstellung immer noch sehr teuer. Titan wird wegen seiner bemerkenswerten chemischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften in unzähligen technischen Bereichen eingesetzt. In Legierungen mit anderen Metallen erträgt es auch außergewöhnliche Beanspruchungen: Große Bedeutung erlangte es in der Luft- und Raumfahrt. So war beispielsweise die Innenschale der Mercury-Kapsel aus Titaniumblech. Es ist hervorragend geeignet für die Eisen- und Automobiltechnik und wird im Schiffs- und Turbinenbau eingesetzt. Außerdem wird es für medizinische Prothesen und in der chemischen Gerätetechnik eingesetzt.