Titán sa používa ako zložka pevných a ľahkýchzliatin (soželezom,hliníkom,vanádom,molybdénom a mnohými ďalšími prvkami), ktoré majú široké uplatnenie v mnohých odvetviach priemyslu (v kozmonautike, vojenstve, letectve, strojárenstve, chemickom priemysle, v medicíne atď.).Oxid titaničitý sa používa ako bielypigment (pod názvomtitánová beloba), taktiež aj ako zložkazubných pást a ako fotokatalyzátor.
Titán ako nový prvok prvýkrát identifikoval amatérsky geológWilliam Gregor (povolaním pastor a neskôr vikár farnostiCreed vCornwalle) v roku1791, ktorý si všimol, že čiernypiesok z náplavov v susednej obciManaccan je priťahovanýmagnetom. Tento piesok bol minerál ilmenit a jeho analýzou Gregor zistil, že je tvorený dvoma oxidmi - železa a nového, dovtedy neidentifikovaného prvku (oxid titaničitý). Svoj objav oznámil Kráľovskej geologickej spoločnosti Cornwallu (Royal Geological Society of Cornwall) a taktiež ho publikoval aj v nemeckom vedeckom časopise Creel's Annalen.
Približne v rovnakom časeuhorský mineralógFranz-Joseph Müller von Reichenstein pripravil rovnakú zlúčeninu, no nedokázal ju identifikovať. Oxid titaničitý znovuobjavil v roku1795nemecký chemikMartin Heinrich Klaproth vrutile z Uhorska (presnejšie z lokality priRevúcej na území dnešnéhoSlovenska), ktorý aj dokázal že je to oxid nového prvku a tento prvok pomenoval po obroch zgréckej mytológieTitanoch. Keď sa dozvedel o skoršom objave Gregora, potvrdil, že v čiernych pieskoch z Manaccanu sa tiež nachádza rovnaký prvok.
Samotná výroba čistého titánu sa však podarila až v roku1910Matthewovi Hunterovi, ktorý pripravil kov o čistote 99,9% redukciouchloridu titaničitéhosodíkom pri teplote 700 až 800 °C. Titán totiž za zvýšenej teploty reaguje suhlíkom, tak klasické spôsoby redukcie rúdkoksom zlyhávali. Redukcia sodíkom však bola veľmi nákladná a množstvo týmto procesom vyprodukovaného titánu stačilo akurát na laboratórne pokusy. Až v roku1932luxemburský metalurgWilliam Kroll nahradil sodíkvápnikom a o deväť rokovhorčíkom a titán sa začal produkovať priemyselne.Krollov proces sa používa na výrobu titánu aj v súčasnosti, napriek tomu, že existujú aj lacnejšie spôsoby prípravy.
Titán je lesklý kov bielej až šedej farby. Teplota topenia je 1 668 °C, teplota varu 3 287 °C. Kryštalizuje vhexagonálnej sústave, nad teplotou 885 °C však prechádza nakubickú sústavu. Ďalšia významná vlastnosť titánu je, že je to prvok s vynikajúcim pomerom pevnosti a hmotnosti. Titán v komerčnej čistote má rovnakú pevnosť v ťahu ako oceľ strednej pevnosti, je však o 43 % ľahší a napriek tomu, že je o 60 % ťažší než hliník, je pevnejší ako hliníkové zliatiny (aj keď presné čísla závisia od konkrétneho zloženia zliatin a spracovania).
Najdôležitejšou vlastnosťou titánu je jeho odolnosť voči korózii, ako aj nerozpustnosť vo väčšine roztokov zriedených kyselín, hoci v koncentrovaných kyselinách sa rozpúšťa. S hodnotouE° −0,42 V by mal vytláčaťvodík z vody, no táto reakcia prakticky neprebieha. Na povrchu sa totiž vytvára pasivačná vrstvaoxidu titaničitého, ktorá zabraňuje ďalšej korózii.
Pri zvýšenej teplote na vzduchu sa na titáne vytvára pasivačná a ochrannáoxidová vrstva zabraňujúca korózii, ale pri izbovej teplote odoláva korózii. Ak sa vo vzduchu zahreje na teplotu 610 °C alebo vyššiu, horí za vzniku oxidu titaničitého; a je jedným z mála prvkov, ktoré horia aj v čistejdusíkovej atmosfére (horí pri 800 °C). Titán odoláva zriedenejkyseline sírovej ajkyseline chlorovodíkovej, ako aj plynnémuchlóru a väčšineorganických kyselín.
Pokusy ukázali, že prírodný titán sa mení narádioaktívny, keď je ostreľovanýdeuterónmi, pričom vyžaruje najmäpozitróny a tvrdégama žiarenie. Rozžeravený do červena sa zlučuje s kyslíkom a pri teplote 550 °C sa zlučuje aj s chlórom. Reaguje aj s inýmihalogénmi a absorbujevodík.
Existujú dve alotropické formy titánu a päť prirodzene sa vyskytujúcichizotopov.46Ti až po50Ti.48Ti je izotop s najväčším prirodzeným výskytom až (73.8%).
Titán je siedmym najrozšírenejším kovom vzemskej kôre, jeho obsah sa odhaduje na 5,7 – 6,3 g/kg. V morskej vode je vďaka svojej chemickej stálosti prítomný len v koncentrácii 0,001 mg/l. Vovesmíre pripadá na jedenatóm titánu 1 milión atómov vodíka.
V malom množstve je titán obsiahnutý vo väčšine minerálov a medzi jeho najvýznamnejšie rudy patríilmenit - (FeTiO3 oxid železnato-titaničitý) arutil (TiO2 - oxid titaničitý). Významné zásoby týchto minerálov sa nachádzajú vAustrálii, Severnej Amerike, Škandinávii aMalajzii. Významne je titán zastúpený i namesačnom povrchu – horniny, ktoré získala misiaApollo 17 obsahujú približne 12% TiO2.
Napriek svojmu vysokému zastúpeniu v zemskej kôre bol čistý kovový titán dlho veľmi vzácnym a drahým materiálom. Dôvodom je skutočnosť, že bežné hutnícke metódy, ktoré sa využívajú na výrobu iných kovov sú v prípade titánu neúčinné vďaka ochote titánu reagovať za zvýšenej teploty s kyslíkom, vodíkom, uhlíkom a dusíkom.
V súčasnosti sa pri priemyslovej výrobe titánu používa predovšetkým tzv.Krollov proces. Pritom sa najprv pyrolýzouilmenitu aleborutilu s uhlíkom a chlórom získava chlorid titaničitý TiCl4. Po prečistení sa jeho pary redukujúhorčíkom v inertnejargónovej atmosfére pri teplote okolo 800 °C.
TiCl4 + 2 Mg → Ti + 2 MgCl2
Titán vzniknutý touto reakciou je tuhá, pórovitá látka, ktorá sa po odstráneníchloridu horečnatého a nezreagovaného horčíku ďalej čistí.
Pre zaujímavosť je možné uviesť, že v 50. a 60. rokoch minulého storočia bola výroba kovového titánu sústredená prakticky len vSovietskom zväze. Postup výroby bol prísne utajovaný a titán bol v prebiehajúcejStudenej vojne považovaný za jednu zo základných strategických surovín. Až neskôr bol výrobný postup špionážne odhalený a postúpený do západnej Európy a USA.
Praktické využitie elementárneho titánu vyplýva predovšetkým z jeho mimoriadnej chemickej odolnosti a malej hustoty. Je treba vziať do úvahy, že výroba titánu je v súčasnosti relatívne finančne náročná a prevádzkové nasadenie titánových komponentov je účelné len v prípadoch, keď nie je možné použiť lacnejšiu alternatívu na báze zliatinhliníka ahorčíka –duralov.
Od počiatku priemyslovej výroby kovového titánu spočívalo ťažisko jeho využitia v kozmických technológiách a špeciálnych aplikáciách leteckého priemyslu. Titán a jeho zliatiny sú preto základným materiálom pri výrobe skeletov alebo povrchových ochranných štítov kozmických objektov (družíc,vesmírnych sond avesmírnych staníc). V leteckom priemysle nachádzajú využitie pri výrobe významne namáhaných súčastí lietadiel, teda predovšetkým pri konštrukcii vojenských stíhacích lietadiel a dnes i pri konštrukcii komerčných dopravných lietadiel.
Vchemickom priemysle je titán stále populárnejším materiálom na výrobu alebo jednoduché vystlanie chemickýchreaktorov, ktoré pracujú v extrémnych podmienkach a vyžadujú vysokú odolnosť vočikorózii.
Titán je stále častejšie používaný v zariadeniach, ktoré dlhodobo pracujú v styku s morskou vodou. Môžu to byť súčasti lodí aleboponoriek (lodné skrutky), ale i komponenty priemyslových celkov, slúžiacich na odsoľovanie (desalináciu)morskej vody.
V bežnom každodennom živote sa s titánom môžeme stretnúť napr. ako s materiálom na výrobu luxusných náramkových hodiniek alebo častí šperkov.
V zlúčeninách sa titán vyskytuje v mocenstve Ti+3 a Ti+4, z ktorých len zlúčeniny štvormocného titánu sú neobmedzene stále.
Prakticky najvýznamnejšou zlúčeninou titánu jeoxid titaničitý TiO2. Je to veľmi stabilná zlúčenina, ktorá sa v kryštalickom stave vyskytuje v troch modifikáciách, ktorým zodpovedajú tri rôzne minerály:rutil,anatas abrookit. Pre praktické použitie je však najviac vhodná amorfná prášková forma, nazývanátitánová beloba. Tento bielypigment je mimoriadne stály, zdravotne celkom neškodný, má vysokú kryciu schopnosť a radí sa preto medzi najkvalitnejšie dostupné biele pigmenty. Praktické použitie nachádza pri výrobe farieb, v sklárskom a keramickom priemysle, používa sa i pri výrobe vysoko kvalitnéhopapiera, ako plnivo pri výrobe plastických hmôt a niektorí výrobcovia ho pridávajú i do zubných pást. Vďaka tomu, že prechádza tráviacim traktom nezmenený, používa sa i v potravinárskom priemysle na bielenie mlieka. Odhaduje sa, že oxid titaničitý tvorí viac než 90% celosvetovej spotreby produktov z titánu.
Chlorid titaničitý TiCl4 je bezfarebná kvapalina s bodom varu 137 °C. Je základným medziproduktom pri príprave čistého titánuKrollovým procesom. Pri kontakte s atmosférickou vlhkosťou dochádza k jeho postupnejhydrolýze podľa rovnice:
TiCl4 + 2 H2O → TiO2 + 4 HCl
Vznikajúci TiO2 vytvára intenzívny biely dym, ktorý nie je prakticky toxický. Uvedený jav nachádza využitie vpyrotechnike pri výrobe zadýmovacích granátov, pri vytváraní umelej hmly (napr. pri natáčaní filmov) alebo pri leteckých show.
Chlorid titánitý TiCl3 slúži ako katalyzátor (Ziegler-Natta - Nobelova cena za chémiu v roku 1963) pri polymerizácii nenasýtených uhľovodíkov.
Nitrid titánu (TiN) patrí k najtvrdším známym látkam stvrdosťou 9 naMohsovej stupnici tvrdosti. Používa sa v brúsnych materiáloch, ale i na povrchovú úpravu titánových nástrojov – nitridovanie, pri ktorom je na povrchu nástroja určeného na extrémne fyzické namáhanie vytvorená tenká ochranná vrstva TiN.
Prvok sa vyskytuje v početných mineráloch s hlavnou zložkourutil (oxid titaničitý) ailmenit, ktoré sú široko rozptýlené po celej zemi. Existujú dve alotropické formy titánu a päť prirodzene sa vyskytujúcichizotopov.46Ti až po50Ti.48Ti je izotop s najväčším prirodzeným výskytom až (73.8%). Najvýznačnejšou vlastnosťou titánu je jeho pevnosť, titán je pevný približne ako oceľ, ale má 60% hmotnosť. Vlastnosti titánu sú chemicky a fyzikálne podobnézirkóniu.
Vďaka svojej vysokej chemickej stálosti sa titán v okolitom prostredí nevyskytuje v takej forme, ktorá by mohla byť metabolizovaná živými organizmami. Nie je preto známe žiadne zapojenie titánu do enzymatických reakcií alebo jeho iné biologické uplatnenie, preto je „biokompatibilný“ - v organizme nevyvoláva žiadnu obrannú reakciu.
Naopak vysoká odolnosť titánu sa využíva pri výrobe niektorých chirurgických nástrojov,implantátov (dentálne/zubné, cranio-maxilo-faciálne/lebečno-čeľustno-tvárové) a protéz (napr. ortopedické/využívané pri rekonštrukciách pohybového ústrojenstva - najčastejšie kĺbov). V súčasnosti sú módne piercingové ozdoby pokryté titánom vzhľadom na ich zdravotnú bezchybnosť a žiadaný vzhľad.
