TITANIO

TITANIO

. Elemento chimico: simbolo Ti; peso atomico 47,90; numero atomico 22; 5 isotopi. Il titanio fu scoperto da Gregor nel 1789, ma fu ottenuto puro per la prima volta da Berzelius nel 1825 per riduzione del fluotitanato potassico con sodio.

Si trova in natura come biossido TiO₂ in tre diverse modificazioni: rutilo, anatasio e brookite, come metatitanato ferroso, FeTiO₃, o ilmenite. Sono frequenti anche altri minerali, come la perovskite o titanato di calcio CaTiO₃, e la titanite, silicotitanato di calcio CaO . TiO₂. SiO₂. Il rutilo e l'ilmenite sono però i soli minerali che abbiano importanza industriale; il primo è prodotto per due terzi negli Stati Uniti, e l'ilmenite nell'India e nella Norvegia. In piccole quantità il titanio è molto diffuso dovunque ed è contenuto nel 95% almeno delle rocce ignee analizzate; è perciò abbondante nella crosta terrestre, che ne contiene in media 0,63%, ed è superato in quantità da otto elementi soltanto; così, è più abbondante del manganese, dello zinco, del rame, del nichelio, dello stagno, dell'argento, del platino e dell'oro.

Il metallo puro si può preparare per riduzione del cloruro con sodio o con idruro di sodio, secondo gli schemi:

oppure per scomposizione termica dello ioduro di titanio.

Il titanio allo stato compatto è un metallo di aspetto analogo all'acciaio; al calor rosso può esser fucinato e trafilato, mentre a temperatura ordinaria è duro e fragile; quando é molto puro, si lascia parzialmente lavorare anche a freddo.

In polvere è grigio nerastro. Fonde a 1800°-1850°, e ha peso specifico 4,49. Cristallizza in due modificazioni: una a esagonale compatta, isomorfa col magnesio, con a₀ = 2,95 e c₀ = 4,73; l'altra β, stabile oltre i 900° circa, cubica a corpo centrato col lato di 3,32 A e due atomi per cella elementare. A bassa temperatura è stabile all'aria, perché lo strato di ossido superficiale lo protegge dall'ossidazione ulteriore; ma già al rosso scuro brucia in atmosfera di ossigeno, trasformandosi in biossido; scaldato all'aria, forma, oltre all'ossido, anche azoturo. Il cloro e il fluoro lo attaccano rispettivamente a 300° e a 150°, formando i tetralogenuri. Ad alta temperatura reagisce anche facilmente con altri metalloidi e forma composti molto stabili: si conoscono così l'azoturo TiN, il carburo TiC e il carboazoturo Ti₅CN₄.

Il titanio amorfo assorbe facilmente l'idrogeno: un grammo ne assorbe 407 cmc. Si unisce in lega col ferro e con l'alluminio; con quest'ultimo forma anzi un composto Al₃Ti₂ bianco argenteo, ottenuto per alluminotermia.

Il titanio si scioglie in acido cloridrico a caldo, formando tricloruro violetto, e in acido nitrico diluito. L'acido nitrico concentrato e l'acqua regia lo ossidano ad acido metatitanico; l'acido fluoridrico e l'acido fluosilicico lo sciolgono facilmente.

Usi. - Il titanio si adopera in metallurgia in lega con altri elementi: notevole infatti è l'importanza tecnica delle leghe di ferrocarbonio-titanio con circa 10-25% di titanio e 5-8% di carbonio; così pure sono da ricordare il ferro-titanio con 25-30% di titanio, ottenuto per alluminotermia; il rame-titanio con 27-30% di titanio; l'alluminio-titanio o webbite con 57-70% di titanio, e il manganese-titanio, con circa 30% di titanio. Si conosce da tempo l'uso del titanio come depuratore dell'acciaio; tale uso è fondato sulla sua alta affinità per l'ossigeno e l'azoto, ed è più efficace di quello dell'alluminio. Il titanio viene anche usato per la sua capacità a combinarsi col carbonio: per evitare la corrosione intercristallina nelle saldature di acciai inossidabili e impedire la tempera all'aria di acciai al 5% di cromo. Gli acciai al titanio si distinguono inoltre per la loro aumentata resistenza ed elasticità.

Il titanio inoltre affina i grani dell'acciaio senza provocare inclusioni nocive. Ha sulla ghisa un effetto simile a quello del silicio. In molti metalli ha una solubilità allo stato solido che varia in funzione della temperatura e perciò trova impiego come agente d'invecchiamento, ad es., nelle leghe konel (58-75% Ni; 17-33% Co; 2-2,5% Ti; 6-7% Fe), e nel rame. Viene anche usato come affinante per l'alluminio. Tanto il titanio quanto l'azoturo vengono impiegati come catalizzatori di grande attività e durata nella sintesi dell'ammoniaca. Il carburo ha inoltre importanza come abrasivo.

Composti del titanio. - Il titanio nei suoi composti si comporta da bi-, tri- e tetravalente. I composti del titanio bivalente si possono preparare per riduzione energica dei composti tri- e tetravalenti. Così, ad es., il cloruro si può avere per riduzione di TiCl₄ con amalgama di sodio o meglio ancora per scomposizione termica di TiCl₃.

Il sesquiossido di titanio è stato preparato in varî modi. È isomorfo con l'ematite ed è costituito da cristalli neri, lucenti, insolubili in acido cloridrico o nitrico, ma solubili in acido solforico. I sali del titanio trivalente si possono preparare facilmente in soluzione, riducendo quelli del titanio tetravalente, sia per via elettrolitica, sia con zinco e acido. Essi sono riducenti più energici del cloruro stannoso, e generalmente si riconoscono per la colorazione violetta delle loro soluzioni. Vengono impiegati in tintoria e hanno importanza per la chimica analitica.

Fra i sali più importanti ricordiamo il cloruro TiCl₃•6H₂O che si può ottenere in due modificazioni isomere, una violetta, l'altra verde, che hanno probabilmente costituzione analoga ai corrispondenti cloruri di cromo. La soluzione di cloruro di titanio, addizionata a una soluzione diluita di cloruro d'oro, dà una colorazione violetta intensa, dovuta ad assorbimento di oro colloidale su biossido di titanio idrato. La formazione di questo prodotto d'assorbimento è analoga a quella della porpora di Cassius e costituisce una reazione molto sensibile.

Si conosce anche il solfato di titanio trivalente, interessante perché forma allumi coi solfati di rubidio e cesio, come ha mostrato per primo il Piccini.

Il tetracloruro TiCl₄ che si prepara facendo reagire il cloro su una miscela di biossido di titanìo e carbone, è un liquido incoloro, che solidifica a −23° e bolle a 136°,5. Ha odore irritante e fuma fortemente all'aria, specialmente se umida; viene perciò impiegato per produrre cortine di fumo, molto persistenti e di notevole potere oscurante.

Importante è il biossido TiO₂ che esiste in natura, come abbiamo detto, in tre diverse modificazioni, di cui il rutilo e l'anatasio sono tetragonali, e la brookite è rombica. Il prodotto naturale è raramente puro, è sempre colorato e qualche volta è addirittura nero. Siccome può acquistare proprietà pigmentarie quando viene preparato in determinate condizioni, è fabbricato industrialmente per idrolisi a ebollizione delle soluzioni solforiche di TiO₂. Tale idrolisi costituisce un'operazione molto delicata, in quanto le proprietà del prodotto risultante sono funzione della concentrazione in TiO₂ delle soluzioni solforiche, dell'acidità del liquido, della temperatura e velocità dell'idrolisi. Ricerche recenti inducono a ritenere che le proprietà strutturali e pigmentarie dei prodotti che si ottengono siano in relazione con la natura di particolari aggruppamenti di TiO₂ e SO₃ che si formano ad una data concentrazione nelle soluzioni solforiche del biossido, e che funzionano da germi d'idrolisi.

Appena è ottenuto per idrolisi, il prodotto è ancora idrato e prende il nome di acido metatitanico, così chiamato per distinguerlo dall'acido ortotitanico o idrossido di titanio che si può ottenere precipitando con ammoniaca una soluzione di un sale di titanio tetravalente. Per calcinazione si trasforma in biossido.

Il biossido di TiO₂ viene usato come pigmento, perché ha un elevato potere coprente, inerzia chimica e grande stabilità. Il potere coprente dipende dalla grossezza delle particelle e dall'indice di rifrazione, il quale per il biossido di titanio è più elevato che per tutti gli altri pigmenti bianchi. Esso si presta anche per la produzione di varî pigmenti colorati sicché è da ritenere che troverà sempre un più largo impiego.

Si adopera intanto per la carica della carta, per rendere opaco il raion, nell'industria della gomma, del linoleum, per gl'inchiostri da stampa, per diminuire la trasparenza dei saponi, nelle creme, nei dentifrici, negli smalti, ecc.

Si conoscono anche titanati di formula R₂TiO₃ e pertitanati. Questi ultimi si formano trattando i sali di titanio con acqua ossigenata; dalle soluzioni concentrate così ottenute, e che sono caratteristiche per la loro colorazione giallo oro molto intensa, si può precipitare con ammoniaca un idrato H₄TiO₅ giallo bruno, che presenta le reazioni dell'acqua ossigenata e quindi le proprietà dei perossidi. Tra i pertitanati ricordiamo K₄TiO₈•6H₂O.

L'ossalato di titanio viene impiegato in tintoria. I sali di titanio in genere si usano in pirotecnica, per la luce brillante che producono. Piccole quantità di composti, specialmente i salicilati, si usano anche in terapeutica.