Titan

Titan - Symbol Ti, Ordnungszahl 22 - ist in reiner Form ein in hexagonal dichtester Kugelpackung kristallisierendes, silberweißes, duktiles, leicht schmiedbares, metallisches chemisches Element. Ti ist erstes Glied der Titangruppe und zählt zu den Übergangselementen und den Leichtmetallen.

Die zwei nützlichsten Materialeigenschaften des Metalls sind die Korrosionsbeständigkeit und das Verhältnis von Festigkeit zu Dichte, die höchste aller metallischen Elemente. Titan ist im unlegierten Zustand so stark wie manche Stähle, aber weniger dicht und damit leichter.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Titan

 

Das Ti-Atom - und damit das chemische Element Titan - ist eindeutig durch die 22 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Titan-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Titan-Isotope zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Titan-Vorkommen bestehen mehreren verschiedenen Titan-Nukliden; die relative Atommasse des Titans wird mit 47,867(1) u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

Symbol

OZ

Kurzform

1s

2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

Ti

22

[Ar] 3d2 4s2

2

2

6

2

6

2

2

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE des Titans auf, also die benötigte Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Ti-Atom zu trennen.

1. IE:	6,82812 eV	2. IE:	13,5755 eV	3. IE:	27,4919 eV	4. IE:	43,2675 eV	5. IE:	99,30 eV	6. IE:	119,53 eV
7. IE:	140,8 eV	8. IE:	170,4 eV	9. IE:	192,1 eV	10. IE:	215,92 eV	11. IE:	265,07 eV	12. IE:	291,502 eV
13. IE:	787,84 eV	14. IE:	863,1 eV	15. IE:	941,9 eV	16. IE:	1044 eV	17. IE:	1131 eV	18. IE:	1221 eV
19. IE:	1346 eV	20. IE:	1425,4 eV	21. IE:	6249,0 eV	22. IE:	6625,87 eV	23. IE:	eV	24. IE:	eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Titan-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p1/2	2p3/2
4966	560,9	460,2	453,8

 

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p1/2	3p3/2	3d3/2	3d5/2
58,7	32,6	32,6

 

Weitere Daten

 

Ionenradius

Ionenradien der Ti(II)-, Ti(III)- und Ti(IV)-Kationen in pm:

Ion	KoZ	Ieffektiv	Ikristall	Anmerkungen
Ti2+ Ti3+ Ti4+ Ti4+ Ti4+	6 6 4 6 8	86 67 42 60,5 74	100 81   74,5

 

Spektrallinien des Titans

Die nachfolgende Darstellung zeigt ein Emissionsspektrum des Titans mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

 

 

Titan und seine Legierungen oxidieren rasch durch die Einwirkung von Feuchtigkeit und den Sauerstoff der Luft. Bei normalen Umgebungstemperaturen bildet sich eine schützende Oxidschicht (Passivierung) zunächst von 1 bis 2 nm Dicke, die langsam bis auf 25 nm anwächst, das Metall effektiv vor weiterer Oxidation schützt und dem Titan eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit verleiht, die dem des Platins vergleichbar ist. Passivierte Titan-Metall ist dabei beständig selbst gegen die Einwirkung von verdünnter Salzsäure und Schwefelsäure, Chlorid-Lösungen (Salz), vieler organischer Säuren u. a.

Nicht-passiviertes Titan ist ein sehr reaktives Metall, das in Luftsauerstoff schon unterhalb des Schmelzpunktes unter Bildung von Titandioxid verbrennt. Das Schmelzen ist daher nur in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum möglich. Und es ist eines der wenigen Elemente, die in reinem Stickstoff verbrennen; so setzt sich Titan bei 800°C zu Titannitrid um.

Dominierend in der Titanchemie ist die Oxidationsstufe +IV; daneben sind Ti(III)-Verbindungen stabil und gelegentlich anzutreffen.

Die Koordinationsgeometrie der vierwertigen Titanverbindungen ist in der Regel oktaedrisch; eine Ausnahme ist beispielsweise das tetraedrische Titan(IV)-chlorid.

 

Chemische Daten

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Titans:

E0 (V)	Nox	Name Ox.	Ox.	e-	⇔	Red.	Name Red.	Nox
-1,63	+ II	Titan(II)-Kation	Ti2+	+ 2 e-	⇔	Ti (s)	Titan	0
-1,37	+ III	Titan(III)-Kation	Ti3+	+ 3 e-	⇔	Ti (s)	Titan	0
-1,31	+ II	Titanmonoxid	TiO (s) + 2 H+	+ 2 e-	⇔	Ti (s) + H2O	Titan	0
-1,23	+ III	Titan(III)-oxid	Ti2O3 + 2 H+	+ 2 e-	⇔	2 TiO (s) + H2O	Titanmonoxid	+ II
-0,56	+ IV	Titandioxid	2 TiO2 (s) + 2 H+	+ 2 e-	⇔	Ti2O3 (s) + H2O	Titan(III)-oxid	+ III

 

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Titan-Metalls auf.

 

Neben der α-Modifikation tritt Titan bei 882 °C in die β-Form über, die eine kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur aufweist.

 

Titan ist das siebthäufigste Metall in der Erdkruste. Es ist in den meisten magmatischen Gesteinen, in den davon abgeleiteten Sedimenten, in Lebewesen und in natürlichen Gewässern in Form seines Oxids vorhanden.

 

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Gruppenelemente - Informationen

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Einzelne Verbindungen

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Chemische Reaktionen

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Synthese, Herstellung, Produktion

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Metallorganische Chemie und Reagenzien

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Organisationen, Verbände

 

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Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 15.05.2020.

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