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Titan 09:22 min

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Transkript Titan

Guten Tag und herzlich willkommen!

Dieses Video heißt "Titan". Der Film gehört zur Reihe "Elemente". Als Vorkenntnisse solltest du das Chemiewissen des 11. Schuljahres beherrschen. Mein Ziel ist es, dir einen Überblick über das chemische Element Titan, seine Legierungen und Verbindungen zu vermitteln. Das Video ist in 7 Abschnitte unterteilt:

  1. Geschichte
  2. Stellung im Periodensystem der Elemente
  3. Eigenschaften
  4. Herstellung
  5. Metall und Legierungen
  6. Verbindungen
  7. Ausblick  
  8. Geschichte Titan wurde 1791 vom Briten William Gregor entdeckt. 1795 wurde durch Martin Heinrich Klaproth diese Entdeckung bestätigt. 1831 gelang es dem Chemiker Justus von Liebig erstmalig, metallisches Titan herzustellen. 1910 erhält Matthew Hunter reines Titan mit einer Reinheit von 99,9%.  
  9. Stellung im Periodensystem der Elemente Im Periodensystem der Elemente befindet sich das Element Titan etwa an dieser Stelle. Es ist Mitglied der 4. Nebengruppe. Als Nebengruppenelement ist Titan ein Metall. Titan hat das chemische Symbol Ti. Die Oxidationszahlen in den Verbindungen sind +2, +3 und +4.  
  10. Eigenschaften Titan ist silbrig metallisch. Titan ist relativ hart, es hat eine Mohshärte von 6. Es ist ein duktiles Metall; das heißt dehnbar, ziehbar. Titan ist ein Leichtmetall, es hat eine Dichte von 4,5 g/cm³. Damit liegt es zwischen Eisen und Aluminium. Titan ist hoch schmelzend bei 1668 °C. Damit schmilzt es höher als Eisen. Das Metall nimmt bei Raumtemperatur eine oxidische Schutzschicht an. Diese bleibt nur bis 400 °C bestehen. Mit verdünnten Säuren findet keine Reaktion statt, auch mit Laugen reagiert Titan nicht. Mit konzentrierter Schwefelsäure reagiert Titan langsam. Bei erhöhten Temperaturen finden auch die Reaktionen mit Sauerstoff und Chlor statt. Selbst mit Stickstoff kann Titan reagieren.  
  11. Herstellung Für die Herstellung des Titans sind 2 Minerale von Bedeutung: Als 1. Rutil (Titan(IV)-Oxid) und als 2. Ilmenit (Eisentitanat). Zunächst wird Ilmenit mit Koks im Lichtbogen reduziert. Es entstehen Eisen, Titan(IV)-Oxid und Kohlenmonoxid. In der 2. Stufe, die beim Einsatz von Rutil die 1. wäre, wird Titan(IV)-Oxid mit Koks und Chlor behandelt. Die Reaktionstemperatur liegt zwischen 750 und 1000 °C. Es entstehen Titan(IV)-Chlorid und Kohlenstoffmonoxid. Titan(IV)-Chlorid wird nun mit Magnesium reduziert. Die Reaktion findet bei 800 bis 900 °C unter Schutzgas Argon oder Helium statt. Es entstehen Titan und Magnesiumchlorid. Das Titan entsteht in Form von sogenanntem Titanschwamm, den ihr auch oben rechts in der Abbildung seht. Nun verschafft man sich Zugang zum Titanschwamm. Eine Möglichkeit ist das Herausbrechen durch Zerspanen. Oder aber das Reaktionsgemisch wird mit Salzsäure versetzt und das Titan abgetrennt. Immerhin bestehen 0,41% der Erdkruste aus Titan. Das Element ist relativ häufig, aber verstreut. Betrachten wir nun die Titanproduktion in 1000 Tonnen im Jahre 2005. Australien stellte mehr als 2 Millionen Tonnen Titan her, Südafrika immerhin mehr als 1 Million Tonnen und Kanada brachte es auf 870.000 Tonnen Titan.  
  12. Metall und Legierungen Meist wird Titan legiert verwendet, da Legierungen im Vergleich zum Metall eine erhöhte Oxidationsfestigkeit zeigen. Titan ist Mikrolegierungsbestandteil von Stahl. Es erhöht die Zähigkeit, Festigkeit und Duktilität und vermindert die Korrosion. Titanbasislegierungen - das heißt Legierungen, in denen sich hauptsächlich Titan befindet - sind teuer; um etwa 45 € pro kg. Sie werden nur verwendet, wenn an das Konstruktionsmetall höchste Anforderungen gestellt werden. Titanlegierungen verwendet man, wenn man es mit chloridhaltigen Medien zu tun hat; so für die Herstellung von Schiffspropellern und für Wellen. Ebenso kommen sie bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung und in der Chlorchemie zum Einsatz. Man findet sie auch in Wasserentsalzungsanlagen. Titan und seine Legierungen haben eine breite Anwendung bei Sportartikeln: bei der Herstellung von Fahrrädern, bei der Fertigung von Messern oder Tauchermessern, sie sind Bestandteil der Golfschläger, sie sind im Rahmen der Tennisschläger enthalten, wir finden sie im Eisstock beim Eisstockschießen und im Vorfach beim Angeln. Das Metall und die Legierungen finden wir in Konstruktionsteilen, so zum Beispiel bei der Fertigung von Fahrzeugfedern oder bei der Fertigung von Flugzeugen. Das Militärflugzeug SR 71 besteht fast komplett aus Titan. Noch einmal sind die Fahrräder zu nennen und ganz große Bedeutung erlangten Titan und seine Legierungen in der Raumfahrt und bei der Herstellung von Dampfturbinen. In der Elektronik werden teilweise die Gehäuse von Notebooks und Mobiltelefonen aus Titan hergestellt. Und schließlich werden Metalle und Legierungen für die Herstellung von Uhren und Schmuck verwendet. Von großer Bedeutung ist Ferrotitan, der Eisenanteil beträgt hier etwa 30%. Dieses Material wird bei der Herstellung von Schiffen und U-Booten verwendet. Zum Schluss wollen wir noch die Zusammensetzungen einiger Titanbasislegierungen aufführen. Sie enthalten die chemischen Elemente Aluminium, Vanadium, Zinn, Zirkonium und Molybdän in unterschiedlichen Verhältnissen. Sie sind teuer und werden nur bei höchsten Anforderungen eingesetzt. Turbolader - vor allem deren Schaufeln - werden daraus gefertigt.  
  13. Verbindungen Als 1. wäre da Titan(IV)-oxid, Titanweiß, TiO2, zu nennen. Es ist ein weißes Pigment, das man auch für die Titanherstellung verwenden kann. Titanverbindungen findet man auch im Titan-Saphir-Laser. Man benutzt sie für die Herstellung von Glasspiegeln und erzeugt damit künstlichen Nebel. TiN3 (Titannitrid): Die Verbindung ist hochwarmfest und man findet sie in Nickellegierungen. Titanverbindungen werden in der Pyrotechnik eingesetzt. BaTiO3 (Bariumtitanat): Es wird eingesetzt als Dielektrikum. Bemerkenswert ist, dass Titanverbindungen mit Kohlenstoff, Bor oder Stickstoff Hartstoffe ergeben.  
  14. Ausblick Ohne das chemische Element Titan ist der Bestand der menschlichen Zivilisation völlig undenkbar. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.
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