Titaan (Ti) en water

Hoe en in welke verbindingen reageert titaan met water?

Titaanmetaal heeft aan zijn oppervlak een oxidelaag die het voor reacties beschermt. Als deze beschadigd is, wordt hij heel snel hersteld. Dit gebeurt niet alleen bij contact met lucht, maar ook in het water. Hierin ontstaat naast titaandioxide ook hoogontvlambaar waterstof gas. De reactievergelijking is als volgt:

Ti(s) + 2H₂O(g) -> TiO₂(s) + 2H₂(g)

Sommige titaanverbindingen, bijvoorbeeld titaanchloride, hydrolyseren in water.

Oplosbaarheid van titaan en/of zijn verbindingen in water

Titaan zelf wordt beschermd door een oxidelaag en reageert met water, als deze kapot is. Het is dus niet in water oplosbaar. Ook titaanverbindingen zijn over het algemeen slecht oplosbaar of zoals titaancarbid en titaandioxide helemaal onoplosbaar in water.

Oplosbaarheid en waardoor deze beïnvloed kan worden

Hoe kan titaan in water terechtkomen?

Titaan is bestanddeel van verschillende soorten gesteente, zoals rutiel, anataas, ilmeniet, titaniet en brookiet, en daarom ook in bodems aanwezig. Titaandioxide en andere titaanverbindingen horen echter bij de stabielste bodemcomponenten. Daarom komt ook bij mogelijke verweringsprocessen slechts een klein deel in wateren terecht.
Het metaal is corrosiebestendig en wordt door zijn oxidelaag van het lichaam niet als vreemd beschouwd en afgestoten. Daarom kan het voor bijvoorbeeld kunstmatige gewrichten of pacemakers gebruikt worden die tot 20 jaar niet uitgewisseld hoeven te worden. De oxidelaag is tegen bijna alle chemicaliën bestendig. Daarom is titaan ook geschikt voor de bouw van chemische installaties. De grootste deel van het geproduceerde metaal wordt echter voor de bouw van vliegtuigmotoren en –carrosserieën gebruikt, omdat het bij dezelfde stabiliteit als staal circa 45% minder weegt en daarom een uitstekende sterkte-gewicht verhouding heeft. Ook wordt titaan toegevoegd aan legeringen, bijvoorbeeld bij de productie van roestvrij staal. De corrosiebestendigheid tegenover zeewater en de niet-magnetische eigenschappen maken titaan voor de bouw van duikboten interessant.
Een commercieel extreem belangrijke titaanverbinding is titaandioxide dat als pigment bijvoorbeeld bij de productie van verven, kunststoffen, papier, vezels of cosmetica gebruikt wordt. Bij zijn productie kunnen echter wel stoffen ontstaan die op wateren geloosd tot problemen leiden. Titaancarbid wordt bij de productie van snijdgereedschap toegepast, terwijl titaanchloride als katalysator en basisstof voor kunstmatige nevel, titaan en titaandioxide-pigmente gebruikt wordt.

Welke milieuproblemen kunnen door titaan in water ontstaan?

Titaan geldt als niet essentieel element. Het is mogelijk dat het een biologische functie heeft, omdat het een positieve invloed op de groei van granen en de stikstoffixatie door Leguminosae schijnt te hebben. Planten bevatten gemiddeld circa 1 ppm titaan (drogestofgehalte). Bij het inbrengen van titaanoplossingen in de bodem blijkt dat deze snel onoplosbaar worden. Daarom gelden ook concentraties tot 5000 ppm als tolereerbaar. Het element geldt als niet waterbedreigend, terwijl bijvoorbeeld halogeenhoudende titaanverbindingen wel gevaarlijk voor wateren kunnen zijn. Zij hebben een toxische werking op lagere waterorganismen en zijn ook schadelijk, omdat zij de pH-waarde kunnen veranderen. Ook voor andere milieucompartimenten schijnt elementair titaan geen grote bedreiging te zijn.
Bij de productie van titaandioxide-pigment kunnen, afhankelijk van het proces, of verdunde zwavelzuur of ijzervitriool ontstaan. In de zee ingebrachte zwavelzuur heeft waarschijnlijk negatieve effecten op de zee-ecologie. Dit geldt ook voor rivieren en ander oppervlaktewateren.
Een LD₅₀-waarde die de concentratie van een stof aangeeft, waarbij de helft van een populatie sterft, is bijvoorbeeld voor tetraisopropylortotitanaat bekend en ligt bij een orale inname door de rat bij 7460 mg/kg.
Titaan heeft van nature vijf isotopen die niet radioactief zijn. Er zijn echter ook acht instabiele isotopen.

Welke gezondheidseffecten kan titaan in water veroorzaken?

Het menselijke lichaam bevat circa 700 mg titaan, waarbij we dagelijks ongeveer 0,8 mg innemen. Slechts een klein deel hiervan wordt überhaupt geabsorbeerd. Titaan heeft geen biologische functie wat betreft de menselijke lichaamsfuncties. Het geldt als relatief ongiftig, omdat het lichaam zelfs een vrij hoge dosis kan tolereren en het niet accumuleert. Eventuele schadelijke werkingen van titaanverbindingen worden toegerekend aan het bijbehorende anion. Zo leidt het inslikken van titaanhalogeniden tot misselijkheid en braken en na de resorptie verzuurt het lichaam. Bij contact met ogen, huid of slijmvliezen ontstaan bovendien invretingen.
Een ander gezondheidseffect van dit element dat niets met zijn voorkomen in water, maar in lucht te maken heeft, is de stofbelasting van de long door titaandioxide-pigmenten met een heel kleine korrelgrootte.

Welke waterzuiveringstechnologieën kunnen toegepast worden om titaan te verwijderen?

Titaan is in zure oplossing als kation aanwezig en kan zo met behulp van ionenwisselaars verwijderd worden.
IJzervitriool dat bij de productie van titaandioxide pigment kan ontstaan, wordt verwerkt tot zuur of oxide en kan tenslotte als neerslagmiddel bij de afvalwaterzuivering dienen.

Literatuurverwijzingen

Terug naar het periodiek systeem der elementen

Terug naar de overzicht van elementen en water