Titaan - Ti

Titaan (Ti) is een sterk, relatief licht overgangsmetaal met een uitstekende corrosiebestendigheid in veel omgevingen. Het metaal, de legeringen en de verbindingen hebben verschillende eigenschappen en toepassingen: titaanmetaal wordt gebruikt in apparatuur die aan hoge eisen moet voldoen, terwijl titaandioxide (TiO₂) op grote schaal als wit pigment wordt gebruikt.

Chemische eigenschappen · Toepassingen · Titaan en waterbehandeling · Gezondheidseffecten · Milieueffecten

Enkele eigenschappen van titaanmetaal
Symbool / atoomnummer	Ti / 22
Standaardatoomgewicht	47.867(1)
Groep / periode / blok	4 / 4 / d
Elektronenconfiguratie	[Ar] 3d² 4s²
Elektronegativiteit (Pauling)	1.54
Dichtheid	4,506 g cm⁻³ bij kamertemperatuur
Smeltpunt	1670 °C
Kookpunt	3287 °C
Covalente straal	0,148 nm
Niet-gebonden straal	0,211 nm
Veelvoorkomende oxidatietoestanden	+4 en +3
Natuurlijk voorkomende isotopen	⁴⁶Ti, ⁴⁷Ti, ⁴⁸Ti, ⁴⁹Ti en ⁵⁰Ti
Eerste ionisatie-energie	658,8 kJ mol⁻¹
Ontdekking	William Gregor, 1791

De eigenschapswaarden volgen de Royal Society of Chemistry; het standaardatoomgewicht volgt CIAAW. Atoomgewicht is dimensieloos; de overeenkomstige molaire massa bedraagt ongeveer 47,867 g mol⁻¹. Het getal tussen haakjes geeft de onzekerheid in het laatste cijfer aan. Ionstraal hangt af van de oxidatietoestand en coördinatie en wordt daarom niet als één waarde opgegeven.

Twee stukken titaanmetaal — Titaanmetaal.

Titaan: eigenschappen en voorkomen

Titaan heeft een hoge sterkte in verhouding tot zijn gewicht. In lucht vormt zich op het oppervlak een dunne, goed hechtende oxidelaag die het onderliggende metaal tegen corrosie helpt beschermen. Deze passieve laag verklaart waarom een chemisch reactief element goed kan functioneren onder veel corrosieve gebruiksomstandigheden. De bestendigheid is niet universeel: de titaansoort, temperatuur, waterchemie en het ontwerp van de apparatuur zijn allemaal van belang.

Titaan komt voor in mineralen en niet als vrij metaal. Belangrijke mineraalbronnen zijn ilmeniet (FeTiO₃) en rutiel (TiO₂). Anataas en brookiet zijn andere kristallijne vormen van titaandioxide. Mijnbouw, pigmentproductie en de productie van titaanmetaal zijn verschillende fasen en mogen niet met elkaar worden verward.

William Gregor identificeerde het element in 1791 in een mineraal uit Cornwall. Martin Heinrich Klaproth identificeerde het onafhankelijk daarvan en gaf het in 1795 de naam titaan.

Toepassingen van titaan en zijn verbindingen

Metaal en legeringen: onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart, apparatuur voor de chemische procesindustrie en maritieme toepassingen profiteren van de sterkte, relatief lage dichtheid en corrosiebestendigheid van titaan.
Medische hulpmiddelen: geschikte titaansoorten en -legeringen worden gebruikt in tandheelkundige en orthopedische implantaten. De prestaties van een hulpmiddel hangen af van het materiaal, het oppervlak, het ontwerp en de klinische toepassing.
Titaandioxide: door zijn optische eigenschappen is het een belangrijk wit pigment in verf, kunststoffen en papier. Pigmentmateriaal en fotokatalysatoren op nanoschaal zijn geen onderling uitwisselbare producten.
Functionele materialen: titaanverbindingen worden ook gebruikt in keramiek en andere gespecialiseerde materialen.

Titaan en waterbehandeling

Zie voor reacties, het voorkomen en informatie over waterkwaliteit Titaan in water (Ti + H₂O).

Corrosiebestendige apparatuur

Titaan wordt gebruikt in zeewatercondensors en warmtewisselaars, onder meer in apparatuur voor ontzilting. Hier dient het als constructiemateriaal; het verwijdert zelf geen zout uit water. Bij de materiaalkeuze moet rekening worden gehouden met alle bedrijfs- en reinigingsomstandigheden, in plaats van uitsluitend af te gaan op een algemene claim over corrosiebestendigheid.

Gecoate titaanelektroden

Titaan kan dienen als dragend substraat voor anoden met een coating van gemengde metaaloxiden die worden gebruikt om stalen constructies in water te beschermen. De actieve coating geeft de elektrode de beoogde elektrochemische eigenschappen. Blank titaan en een speciaal ontworpen gecoate anode mogen niet als gelijkwaardig worden beschouwd.

Fotokatalyse met titaandioxide

Bij geschikte belichting kan TiO₂ als fotokatalysator werken en de oxidatie van organische verontreinigingen bevorderen. Overheidsonderzoek heeft deze aanpak voor de behandeling van verontreinigd water onderzocht. De prestaties hangen af van de lichtbron, de katalysator, de verontreinigende stof en de watersamenstelling; een geslaagde demonstratie voor één verbinding toont niet aan dat elke verontreinigende stof wordt verwijderd. Claims over de behandeling moeten voor de beoogde toepassing worden gevalideerd.

Maak bij onderzoek van titaan in een watermonster onderscheid tussen opgelost titaan, titaanhoudende deeltjes en TiO₂. De analysemethode en de monstervoorbereiding beïnvloeden wat wordt gemeten. De keuze van de behandeling moet gebaseerd zijn op karakterisering en onderzoek, niet op de aanname dat alle vormen zich hetzelfde gedragen.

Gezondheidseffecten van titaan

Voor titaan is geen essentiële biologische functie bij de mens vastgesteld. Massief metaal, oplosbare verbindingen, pigmentdeeltjes en TiO₂ op nanoschaal kunnen tot verschillende blootstellingssituaties leiden. Het gebruik van titaan in medische hulpmiddelen betekent niet dat elk titaanhoudend materiaal bij elke blootstellingsroute onschadelijk is.

Het IARC classificeert titaandioxide als mogelijk kankerverwekkend voor de mens (groep 2B), op basis van voldoende bewijs bij proefdieren en onvoldoende bewijs bij mensen in zijn beoordeling. Deze classificatie betreft TiO₂; het is geen classificatie van alle titaanmaterialen. Een gevarenclassificatie op zichzelf geeft geen kwantitatieve indicatie van het risico van een bepaald product of een bepaalde blootstelling.

Op de werkplek verdient de inademing van in de lucht aanwezig TiO₂-stof aandacht. NIOSH maakt in zijn beoordeling van blootstelling onderscheid tussen fijne en ultrafijne deeltjes, waaronder deeltjes op nanoschaal. Pas geschikte maatregelen tegen stofblootstelling toe en raadpleeg het veiligheidsinformatieblad van het betreffende materiaal. Fijn verdeeld titaanmetaal kan bovendien ernstige brand- en stofgevaren opleveren, ook al gedraagt een massief onderdeel zich heel anders.

Milieueffecten van titaan

Titaanhoudende mineralen komen van nature voor in bodems en sedimenten. Het gedrag in het milieu hangt af van de chemische vorm, de eigenschappen van de deeltjes en de blootstellingsomstandigheden. Natuurlijk voorkomen bewijst niet dat elke uitstoot onschadelijk is, en de effecten van TiO₂ op nanoschaal mogen niet rechtstreeks worden afgeleid uit die van massief metaal of mineraalkorrels.

Identificeer bij industrieel afvalwater en reststromen van de behandeling het titaanhoudende materiaal en eventuele bijbehorende verontreinigingen voordat u kiest voor behandeling, hergebruik of afvoer. Bij milieubeoordelingen moet rekening worden gehouden met het specifieke materiaal en het ontvangende milieu.

Titaanpagina voor het laatst beoordeeld op 24 oktober 2026 door Lenntech.