チタン
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| 一般特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 名称, 記号, 番号 | チタン, Ti, 22 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 分類 | 遷移金属 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 族, 周期, ブロック | 4 (IVA), 4 , d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 密度, 硬度 | 4507 kg·m−3, 6.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 単体の色 | 銀白色 |
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| 原子特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 原子量 | 47.867 amu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 原子半径 （計測値） | 140 (176) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 共有結合半径 | 136 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| VDW半径 | no data | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子配置 | [Ar]3d2 4s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子殻 | 2, 8, 10, 2, | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 酸化数（酸化物） | 4（両性酸化物） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 結晶構造 | 六方最密構造 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物理特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 相 | 固体 (常磁性) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融点 | 1941 K (1668 ℃, 3034 °F) |
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| 沸点 | 3560 K (3287 ℃, 5949 °F) |
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| モル体積 | 10.64 × 10−3 m3·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 気化熱 | 421 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融解熱 | 15.45 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 蒸気圧 | 0.49 Pa (1941 K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 音の伝わる速さ | 4140 m/s (293.15 K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| その他 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| クラーク数 | 0.46% | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気陰性度 | 1.54 （ポーリング） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 比熱容量 | 520 J·kg−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 導電率 | 2.34 × 106 m·Ω | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱伝導率 | 21.9 W·m−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| イオン化エネルギー | 第1: 658.8kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 第2: 1309.8 kJ·mol−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 第3: 2652.5 kJ·mol−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 第4: 4174.6 kJ·mol−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 第5: 9581 kJ·mol−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 第6: 11533 kJ·mol-1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 第7: 13590 kJ·mol-1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 第8: 15250 kJ·mol-1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 第9: 16440 kJ·mol-1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 第10: 20833 kJ·mol-1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （比較的）安定同位体 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 注記がない限り国際単位系使用及び標準状態下。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
チタン（独Titan, 英Titanium）は、原子番号22の元素。元素記号はTi。チタン族元素の一つで、金属光沢を持つ遷移元素である。
地球を構成する地殻の成分として9番目に多い元素で、遷移元素としては鉄に次ぐ。金紅石やイルメナイトといった鉱石の中に多数含まれる。チタンの性質は化学的、物理的にジルコニウムに近い。
目次 |
[編集] チタンの特徴
チタンはプラチナ(白金)とほぼ同等の強い耐蝕性を持つことから、室温では酸や食塩水(海水)などとは殆ど反応しないため錆を生じにくい他、少量の湿気があれば塩素系ガスとも反応しない。そのため、純チタンではやや接着性に劣るが、表面の汚れやごみといった付着物を容易に取り除くことができる。基本的に純度の高いチタンは水に不溶だが、濃縮酸のチタンでは水に可溶である。特に純度の高いチタンは無酸素の空間においての塑性に優れ、鋼鉄と似た色合いの銀灰色光沢を持つ。
チタンは他の金属に比べ、比較的融点が高く、超硬合金としてよく使用される。チタンは鋼鉄と同等の強度を持つなど大変強い物質である一方、質量は鋼鉄の45%と非常に軽く、アルミニウムと比較した場合、アルミニウムに比べ60%程度質量の大きいものの、約2倍の強度を持つ。これらの特性の影響により、チタンは他の金属よりも金属疲労が起こりにくい。
見た目は銀灰色の金属元素であり、比重は4.5。融点は摂氏1812度（1667度、1668度とも）、沸点は摂氏3285度（3287度とも）である。常温、常圧で安定な結晶は、六方最密充填構造(HCP)を持つが、880゜C以上で体心立方構造(BCC) に転移する。純粋なものは耐食性が高く、展性、延性に富み、引張強度が大きい（硬くかつ軟らかく強い）。空気中では常温で酸化被膜を作り内部が保護される。フッ化水素酸には少し溶け、加熱下の塩酸に溶ける。150゜C以上でハロゲンと、700゜C以上で水素、酸素、窒素、炭素と反応する。原子価は、3価または4価である。また、磁石をわずかに引きつけられるほどの弱い常磁性や極めて低い電気伝導性、熱伝導性を持っている。
[編集] 用途
チタンの約95%は二酸化チタンとして、主に白色の顔料として絵具や合成樹脂などに使用される。ちなみに、二酸化チタンで作られた絵具は赤外線の反射率が高いため、屋外での絵画の描写に向いている他、セメントなどにも使用されることもある。
チタンの強さや軽さ、並外れた耐蝕性、極端な温度に耐えることができるといった性質から、アルミニウムや銅、鉄、マンガン、モリブデンなどとの合金が戦闘機や旅客機などの航空機分野、自動車、潜水艦の耐圧殻、ロケットやミサイル、スプーン・フォーク、印鑑、眼鏡のツル、フライパン、ゴルフクラブなど多岐にわたって使用されるほか、鉄鋼合金との脱酸剤や、ステンレス鋼において炭素含有量を減少させる目的などにも使用される。
また、他にも以下の用途に使用されている。
- 海水への耐蝕性から、海水の淡水化プラントにおける熱交換器での利用。
- 人工の宝石の生成における原料。
- 四塩化チタンとしてガラスの着色や、高湿度の空気中で発煙する性質を利用した煙幕や空中文字への利用。
- 二酸化チタンの皮膚を保護する性質から日焼け止め剤としての利用。
- 優れた機械的性質、生体組織との親和性の高さによる、人工歯根や人工関節/人工骨、刃物、ピアスの素材としての利用。
- 形状記憶合金の材料としての利用。
その他、触媒としての利用やグッゲンハイム美術館、セリトス図書館などのような建築物にも使用されている。
[編集] 歴史
チタンはイギリスで1791年、聖職者のウィリアム・グレゴールによって発見された。彼は自分の教区内のメナカン谷で発見したので、メナカイト（menachite）と命名したが一般的には知れ渡らなかった。また、ほぼ同じ時期にはフランツ・ジョセフ・ミュラーによっても同様の物質が作られたが彼はそれをチタンであることを特定することができなかった。1795年にはドイツのマーチン・ハインリヒ・クラプロートによって鉱石（金紅石かイルメナイトのどちらかであるが、どちらかというのははっきりしていない）から独自に再発見され、ギリシア神話における地球最初の子であるティタンに因んで「チタン」と命名された。 1950年代から1960年代にかけての冷戦で、ソ連はアメリカ軍がチタンを使用することを防ぐための戦術として世界中のチタン市場を買い占めることを試みたが失敗した。
[編集] チタンの生産
自然界には純粋なチタンの単体は殆ど存在せず、化合物として主に鉱石の中に含まれる。地殻の中に約0.6%存在し、火成岩やそこから得られた沈澱物の中に多く含まれ、地球上に広く分布している。チタンの鉱石は、イルメナイト(またはチタン鉄鉱、FeTiO3)や金紅石(またはルチル、TiO2)、板チタン石(TiO2)、ペロブスカイト(または灰チタン石、CaTiO3)などが存在するが、特にイルメナイトと金紅石が経済的に重要な役割を持っている。チタンの主な採掘は、オーストラリア大陸やスカンディナヴィア半島、北アメリカ大陸などであり、1997年のチタンの世界のシェアは以下の順になっている。
アポロ17号が月面に到着した際に持ち出された岩石から12.1%はTiO2が検出されたほか、隕石の中からも検出されており、太陽やMタイプの惑星にも存在すると考えられている。また、チタンは石炭や植物、人体にも含まれている。
イルメナイトや金紅石などの、鉄分を含む鉱石からチタンを精錬する方法は、まず炭素と熱して鉄を除いた後、さらに炭素と熱しながら塩素を通じてTiCl4（沸点136℃）とし、蒸留して精製する。
TiO2＋2C＋2Cl2→TiCl4＋2CO
これをアルゴン中約900℃でマグネシウムと反応させて金属チタンを得る。これをクロール法と呼ぶ。
TiCl4＋2Mg→Ti＋2MgCl2
チタンは高温で炭化物や窒化物を作りやすいので、上述したような製法を適用する。したがってチタンは精錬に費用がかかり高価になる。
[編集] チタンの化合物
- 一酸化チタン (TiO)
- 二酸化チタン（TiO2: 結晶には金紅石、アナターゼ、ブルッカイト型がある。白色顔料、光触媒としても注目されている）
- 炭化チタン (TiC)
- 窒化チタン (TiN)
- 三塩化チタン (TiCl3)
- 四塩化チタン (TiCl4)（三塩化チタン、四塩化チタン: チーグラー・ナッタ触媒）
- Ti-6Al-4V
- チタン酸バリウム(BaTiO3)
[編集] 同位体
チタンは5つの安定同位体を持つが、その中でも48Tiが最も多く地球上に存在する。
不安定同位体を含めたチタンの同位体は、39.99から57.966までの原子量を持つ。
[編集] チタン世界会議
[編集] 関連項目
- ニッケルチタンイエロー
- 住友チタニウム（2007年10月から社名を大阪チタニウムテクノロジーズに変更予定。）
- 東邦チタニウム
[編集] 外部リンク
