Titan ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente (PSE) mit der Ordnungszahl 22 und dem Elementsymbol Ti.
Es gehört zur 4. Nebengruppe (nach IUPAC: Gruppe 4), die auch als Titangruppe bezeichnet wird. Im Periodensystem steht Titan in der 4. Periode im Block d (Übergangsmetalle-Block).
Titan ist ein silberglänzendes, relativ leichtes Übergangsmetall. Mit einer Atommasse von 47,867 u liegt es bei Normalbedingungen im festen Aggregatzustand vor. Titan hat einen Schmelzpunkt von 1668 °C und einen Siedepunkt von 3287 °C, was es sehr hitzebeständig macht.
Aufgrund der geringen Dichte von Titan von 4,506 g/cm³ zählt es zu den Leichtmetallen und bildet an der Luft eine schützende Oxidschicht, die es äußerst korrosionsbeständig macht und für das matte, silbergraue Erscheinungsbild von Titan sorgt.
Im fein verteilten Zustand ist Titanpulver entzündlich und kann sich bei Oxidation mit Luft selbst entzünden. Massives Titan ist dagegen reaktionsträge, was mit der Oxidschicht zusammenhängt.
Titan ist ungefähr 30 % stärker als Stahl, aber gleichzeitig ca. 43 % leichter, was ihm das höchste Festigkeit-Dichte-Verhältnis unter den Metallen verleiht. Eine hohe mechanische Festigkeit bei geringem Gewicht macht Titan besonders vorteilhaft für zahlreiche Anwendungen.
Titan ist wertvoll, da die Herstellung sehr aufwändig und kostenintensiv ist. Obwohl es in der Natur sehr häufig vorkommt, kann es in dieser Form nicht zur industriellen Aufbereitung genutzt werden. Der Grund hierfür liegt darin, dass Titan ausschließlich in chemischen Verbindungen vorliegt. Daher muss es erst aus Ilmenit oder Rutil gewonnen werden. Die am meisten verwendete Methode hierfür ist der Kroll-Prozess, welcher sehr arbeitsintensiv ist und extreme Hitze und Energie benötigt: Das macht die Produktion von Titan sehr teuer, und zwar etwa sechsmal so teuer wie die Stahlproduktion.
Titan weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit auf, was es für viele Anwendungsgebiete praktisch und langlebig macht. Dennoch ist Titan nicht unzerstörbar. Bei hohen Temperaturen (über 400 °C) kann es Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff aus der Luft aufnehmen, was zu Versprödung und erhöhter Bruchgefahr führt. Zudem kann das Metall in bestimmten chemischen Umgebungen, wie in Flusssäure, korrodieren.
Titan ist ein weit verbreitetes Element und kommt in der Lithosphäre ausschließlich in Verbindung mit Sauerstoff als Oxid vor. Mit einem Anteil von 0,565 % gehört es zu den häufigeren Elementen der Erdkruste und steht dort an 9. Stelle der Häufigkeitsskala.
Obwohl Titan weit verbreitet ist, kommt es meist nur in geringer Konzentration vor. Es befindet sich vor allem in Mineralien als Oxid oder Silicat.
Die wichtigsten Titanverbindungen sind:
Geografisch gesehen befindet sich das Hauptvorkommen von Titan in Australien, Skandinavien, Nordamerika und Malaysia. Abgesehen davon lässt sich das Element auch im kosmischen Kontext finden:
Titan wurde erstmals 1791 entdeckt und benannt, doch die erste Gewinnung des Metalls gelang erst knapp 30 Jahre später. Seine industrielle Nutzung wurde erst über ein Jahrhundert später durch die Entwicklung eines großtechnischen Herstellungsverfahrens von William Justin Kroll möglich, dem sogenannten „Kroll-Prozess".
Titan kommt zwar in der Natur häufig vor, jedoch nur sehr selten in reiner Form, weshalb dieses durch den 1938 entdeckten Kroll-Prozess hergestellt wird. Der wichtigste Ausgangsstoff ist Ilmenit, aus dem im Lichtbogen durch Kohlenstoffreduktion flüssiges Eisen gewonnen wird.
Dieses Eisen enthält Titandioxid, das bei 750 °C – 1000 °C mit Chlor und Koks zu Titantetrachlorid umgewandelt wird. Nach der Destillation (Reinigung) wird es bei 800 °C - 900 °C unter einer Schutzgasatmosphäre (Helium, Argon) mit Magnesium reduziert, wodurch metallisches reines Titan entsteht.
Aufgrund der hohen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringen Dichte von Titan wird es hauptsächlich zur Legierung mit Stahl verwendet, da es diesem eine erhöhte Festigkeit und Duktilität, also Formbarkeit, verleiht. Trotz der hohen Kosten findet Titan dank seiner vielseitigen Eigenschaften auch in zahlreichen weiteren Bereichen Anwendung:
Unsere Quellen – hier erfahrt ihr noch mehr zu Titan:
Das Periodensystem der Elemente online: Das Element Titan
LEAD RP: Edelstahl vs. Titan: Unterschiede zwischen diesen beiden Metallen
Europäsche Investitionsbank: Titan: wertvoller Nachschub für Europa
Institut für seltende Erden und Metalle AG: Titan Preise, Vorkommen, Gewinnung und Verwendung