Erinevus volframi ja titaani vahel

Volfram

Nomenklatuur, päritolu ja avastus

Volfram on saadud rootsi keelest tung sten, või "raske kivi". Seda tähistab sümbol W, kuna seda tuntakse paljudes Euroopa riikides kui Wolfram. See pärineb saksa keelest "hundi vahu" kohta, kuna varased tinakaevandajad märkasid, et holframiidiks nimetatud mineraal vähendas tinamaagis sisalduvat tinasaagist, mistõttu tundus tina tarbimine nagu hunt sööb lambaid. [i]

1779. aastal uuris Peter Woulfe Rootsist pärit sheeliiti ja avastas, et see sisaldab uut metalli. Kaks aastat hiljem redutseeris Carl Wilhelm Scheele sellest mineraalist volframhappe ja eraldas happelise valge oksiidi. Veel kaks aastat hiljem isoleerisid Juan ja Fausto Elhuyar Hispaanias Vergaras sama metalloksiidi samast happest, mis oli redutseeritud wolframiidist. Nad kuumutasid metalloksiidi süsinikuga, redutseerides selle volframmetalliks.

Füüsilised ja keemilised omadused

Volfram on läikiv, hõbevalge metall ja selle perioodiliste tabelite aatomnumber on 74 ja standardne aatommass (A_r) 183,84. [ii]

Sellel on kõigi elementide kõrgeim sulamistemperatuur, ülikõrge tihedus ning see on väga kõva ja püsiv. Sellel on kõigi metallide madalaim aururõhk, madalaim soojuspaisumistegur ja suurim tõmbetugevus. Need omadused tulenevad 5d elektronide moodustatud volframi aatomite vahelistest tugevatest kovalentsetest sidemetest. Aatomid moodustavad kehakeskse kuubilise kristallstruktuuri.

Volfram on samuti juhtiv, keemiliselt suhteliselt inertselt hüpoallergeenne ja sellel on kiirgusvarjestus. Puhtaim volframi vorm on kergesti vormitav ja töödeldakse sepistamise, väljapressimise, tõmbamise ja paagutamise teel. Ekstrudeerimine ja tõmbamine hõlmavad vastavalt kuuma volframi surumist ja tõmbamist läbi stantsi (vormi), paagutamisel aga volframipulbri segamist teiste pulbriliste metallidega, et saada sulam.

Kommertskasutus

Volframisulamid on eriti kõvad, näiteks volframkarbiid, mis on ühendatud keraamikaga, moodustades "kiirterase" - seda kasutatakse puuride, nugade ning lõike-, saagimis- ja freesimistööriistade valmistamiseks. Neid kasutatakse metalli-, mäetööstus-, puidutöötlemis-, ehitus- ja naftatööstuses ning need moodustavad 60% kaubanduslikult kasutatavast volframist.

Volframit kasutatakse kütteelementides ja kõrge temperatuuriga ahjudes. Seda leidub ka ballastides õhusõidukite sabades, jahtide keeltes ja võidusõiduautodes, samuti kaaludes ja laskemoonas.

Kunagi kasutati kaltsiumi- ja magneesiumvolfraate hõõglampide hõõgniitide jaoks, kuid neid peetakse energiatõhusateks. Volframisulamit kasutatakse aga madala temperatuuriga ülijuhtivates vooluringides.

Kristallvolfraate kasutatakse tuumafüüsikas ja tuumameditsiinis, röntgen- ja katoodkiiretorudes, kaarkeevituselektroodides ja elektronmikroskoopides. Volframtrioksiidi kasutatakse katalüsaatorites, näiteks sellistes, mida kasutatakse söel töötavates elektrijaamades. Muid volframsoolasid kasutatakse keemia- ja parkimistööstuses.

Mõningaid sulameid kasutatakse ehetena, samas kui üks moodustab teadaolevalt püsimagneteid ja osa supersulameid kasutatakse kulumiskindlate katetena..

Volfram on kõige raskem metall, millel on bioloogiline roll, kuid ainult bakterites ja arheas. Seda kasutab ensüüm, mis redutseerib karboksüülhapped aldehüüdideks. [iii]

Titaan

Nomenklatuur, päritolu ja avastus

Titaan on kreeka mütoloogias tuletatud sõnast "titanid", maajumalanna pojad. Amatöörgeoloog austatud William Gregor märkas, et 1791. aasta Cornwallis oja ääres asuv must liiv tõmbab magneti. Ta analüüsis seda ja sai teada, et liiv sisaldas raudoksiidi (selgitades magnetilisust), aga ka menakaniidi nime all tuntud mineraali, mille kohta ta leidis, et see oli valmistatud tundmatust valge metalloksiidist. Sellest teatas ta Cornwalli kuninglikule geoloogiaühingule.

Aastal 1795 uuris Boinikist pärit Preisi teadlane Martin Heinrich Klaproth Ungarist Schörli nime kandvat punast maagi ja nimetas selles sisalduva tundmatu oksiidi elemendi titaani. Ta kinnitas ka tanaani olemasolu menakaniidis.

Ühend TiO₂ on mineraal, mida nimetatakse rutiiliks. Titaani leidub ka minemenites ilmeniit ja spheen, mida leidub peamiselt tardkivimites ja neist tuletatud setetes, kuid mis on jaotunud ka kogu maa litosfääris.

Puhta titaani valmistas esmakordselt Matthew A. Hunter 1910. aastal Rensselaeri polütehnilises instituudis titaantetrakloriidi (toodetud titaandioksiidi kuumutamisel kloori või väävliga) ja naatriummetalli kuumutamisel, mida praegu nimetatakse Hunteri protsessiks. Seejärel redutseeris William Justin Kroll 1932. aastal titaantetrakloriidi kaltsiumiga ja hiljem täpsustas seda protsessi magneesiumi ja naatriumi abil. See võimaldas titaani kasutada väljaspool laborit ja seda, mida nüüd nimetatakse Krolli protsessiks, kasutatakse tänapäevalgi kommertsiaalselt.

Anton Eduard van Arkel ja Jan Hendrik de Boer valmistasid joodi või kristallvarda protsessis 1925. aastal väikestes kogustes väga kõrge puhtusastmega titaani, reageerides titaani joodiga ja eraldades kuuma hõõgniidi kohal moodustunud aurud. [Iv]

Füüsikalised ja keemilised omadused

Titaan on kõva, läikiv, hõbevalge metall, mida perioodilisustabelil tähistab sümbol Ti. Sellel on aatomnumber 22 ja standardne aatommass (A_r) 47,867. Aatomid moodustavad kuusnurkse tihedalt pakitud kristallstruktuuri, mille tulemusel metall on sama tugev kui teras, kuid palju vähem tihe. Tegelikult on titaanil kõigi metallide suurim tugevuse ja tiheduse suhe.

Titaan on hapnikuvabas keskkonnas plastiline ja talub suhteliselt kõrge sulamistemperatuuri tõttu ekstreemseid temperatuure. See ei ole magnetiline ning sellel on madal elektri- ja soojusjuhtivus.

Metall on korrosioonikindel merevees, happelises vees ja klooris, samuti on see hea infrapunakiirguse peegeldaja. Fotokatalüsaatorina vabastab see valguse juuresolekul elektronid, mis reageerivad molekulidega, moodustades vabu radikaale, mis tapavad baktereid. [v]

Titaan ühendub hästi luuga ja pole mürgine, kuigi peene titaandioksiid on arvatav kantserogeen. Tsirkooniumil, kõige levinumal titaani isotoobil, on palju erinevaid keemilisi ja füüsikalisi omadusi.

Kommertskasutus

Titaani kasutatakse kõige sagedamini titaandioksiidi kujul, mis on värvide, plastide, emailide, paberi, hambapasta ja heledate valgete pigmentide põhikomponent, mis valgendab kondiitritooteid, juustusid ja jäätisi. Titaaniühendid on päikesekaitsekreemide ja suitsuklaaside koostisosa, neid kasutatakse pürotehnikas ja need parandavad nähtavust päikese vaatluskeskustes. [vi]

Titaan kasutatakse ka keemia- ja naftakeemiatööstuses ning liitiumakude arendamisel. Teatud titaaniühendid moodustavad katalüsaatorkomponente, näiteks neid, mida kasutatakse polüpropüleeni tootmisel.

Titaan on tuntud oma spordivarustuse, näiteks tennisereketite, golfikeppide ja jalgrattaraamide kasutamise ning elektroonikaseadmete, näiteks mobiiltelefonide ja sülearvutite poolest. Selle kirurgilised rakendused hõlmavad kasutamist ortopeediliste implantaatide ja meditsiiniliste proteeside valmistamisel.

Alumiiniumi, molübdeeni, raua või vanaadiumiga legeerimisel kasutatakse titaani lõikeriistade ja kaitsekatete katmiseks või isegi ehetes või dekoratiivse viimistlusmaterjalina. TiO₂ klaas- või plaatpindade katted võivad vähendada haiglates nakatumist, takistada mootorsõidukite küljevaatepeeglite udustamist ja vähendada mustuse kogunemist hoonetele, kõnniteedele ja teedele.

Titaan moodustab olulise osa mereveega kokkupuutuvatest struktuuridest, näiteks magestamistehased, laeva- ja allveelaevade korpused ning propellerite šahtid, samuti elektrijaamade kondensaatoritorud. Muud kasutusalad hõlmavad lennunduse, kosmoseaparaatide, rakettide, soomustöötluse, mootorite ja hüdrosüsteemide valmistamist lennundus- ja transporditööstuses ning sõjaväes. Teostatakse titaani sobivust tuumajäätmete hoidlate mahutina. iv

Peamised erinevused volframi ja titaani vahel

• Volfram pärineb mineraalidest scheeliidist ja holframiidist. Titaani leidub mineraalainetes ilmeniit, rutiil ja sfreen.
• Volfram saadakse, vähendades mineraalist volframhapet, eraldades metalloksiidi ja redutseerides selle süsiniku abil metalli. Titaan saadakse titaantetrakloriidi moodustamisel kloriidi- või sulfaatprotsesside abil ja kuumutamisel magneesiumi ja naatriumiga.
• Volfram on perioodilises tabelis number 74, suhtelise aatommassiga 84. Titaan on number 22, suhtelise aatommassiga 47.867.
• Volframi aatomid moodustavad kehakeskse kuubilise kristallstruktuuri. Titaani aatomid moodustavad kuusnurkse tihedalt pakendatud kristallstruktuuri.
• Volfram on äärmiselt tugev, kõva ja tihe. Titaan on väga tugev ja kõva ning tihedusega palju väiksem.
• Volfram on kergelt magnetiline ja elektrit juhtiv. Titaan on mittemagnetiline ja vähem elektrit juhtiv.
• Volfram ei ole soolases vees nii korrosioonikindlad kui titaan ja pole fotokatalüsaator nagu titaan.
• Volframil on bioloogiline roll, kuid titaanil mitte.
• Volfram on puhtal kujul vormitud. Titaan on hapnikuvabas keskkonnas plastiline.

Volframit kasutatakse küttekehades, kaaludes, madala temperatuuriga ülijuhtivates vooluringides ning sellel on rakendusi tuumafüüsikas ja elektronide kiirgavates seadmetes. Titaani kasutatakse valgetes pigmentides, spordivahendites, kirurgilistes implantaatides ja merekonstruktsioonides.