Differenza tra tungsteno e titanio
Share
Tungsteno
Nomenclatura, origini e scoperta
Il tungsteno è derivato dallo svedese tung sten, o "pietra pesante". È rappresentato dal simbolo W, come è noto come Wolfram in molti paesi europei. Questo deriva dal tedesco per "la schiuma del lupo", poiché i primi minatori di stagno notarono che un minerale che chiamavano wolframite riduceva la produzione di stagno quando era presente nel minerale di stagno, quindi sembrava consumare lo stagno come un lupo divora le pecore. [io]
Nel 1779, Peter Woulfe esaminò il sheelite dalla Svezia e scoprì che conteneva un nuovo metallo. Due anni dopo, Carl Wilhelm Scheele ridusse l'acido tungstico da questo minerale e isolò un ossido bianco acido. Altri due anni dopo, Juan e Fausto Elhuyar a Vergara, in Spagna, isolarono lo stesso ossido di metallo da un acido identico ridotto dalla wolframite. Hanno riscaldato l'ossido di metallo con carbone, riducendolo a metallo di tungsteno.
Proprietà fisiche e chimiche
Il tungsteno è un metallo lucido, bianco-argenteo e ha il numero atomico 74 sulla tavola periodica degli elementi e un peso atomico standard (Ar) di 183.84. [ii]
Ha il punto di fusione più alto tra tutti gli elementi, è ad altissima densità ed è molto duro e stabile. Ha la più bassa pressione di vapore, il più basso coefficiente di espansione termica e la più alta resistenza a trazione di tutti i metalli. Queste proprietà sono dovute ai forti legami covalenti tra gli atomi di tungsteno formati da elettroni 5d. Gli atomi formano una struttura di cristallo cubico centrata sul corpo.
Il tungsteno è anche conduttivo, relativamente chimicamente inerte, ipoallergenico e possiede proprietà di schermatura dalle radiazioni. La forma più pura di tungsteno è facilmente malleabile e lavorata per forgiatura, estrusione, trafilatura e sinterizzazione. L'estrusione e il disegno comportano la spinta e la trazione, rispettivamente, del tungsteno caldo attraverso una "matrice" (stampo), mentre la sinterizzazione è la miscelazione della polvere di tungsteno con altri metalli in polvere per produrre una lega.
Usi commerciali
Le leghe di tungsteno sono estremamente dure, come il carburo di tungsteno, che è combinato con la ceramica per formare "acciaio ad alta velocità" - questo è usato per fare trapani, coltelli e utensili da taglio, segatura e fresatura. Questi sono utilizzati nelle industrie metallurgiche, minerarie, della lavorazione del legno, delle costruzioni e del petrolio e rappresentano il 60% del tungsteno utilizzato commercialmente.
Il tungsteno viene utilizzato in elementi riscaldanti e forni ad alta temperatura. Si trova anche nei reattori delle code degli aerei, delle chiglie degli yacht e delle auto da corsa, nonché dei pesi e delle munizioni.
I magnati di calcio e magnesio erano una volta usati comunemente per i filamenti nelle lampadine a incandescenza, ma sono considerati inefficienti dal punto di vista energetico. La lega di tungsteno viene tuttavia utilizzata nei circuiti superconduttori a bassa temperatura.
I cristalli di tungsteno di cristallo sono utilizzati nella fisica nucleare e nella medicina nucleare, nei tubi a raggi X e catodici, negli elettrodi per saldatura ad arco e nei microscopi elettronici. Il triossido di tungsteno è usato nei catalizzatori, come quello usato nelle centrali elettriche a carbone. Altri sali di tungsteno sono utilizzati nell'industria chimica e conciaria.
Alcune leghe sono usate come gioielli, mentre una è nota per formare magneti permanenti e alcune superleghe sono usate come rivestimenti resistenti all'usura.
Il tungsteno è il metallo più pesante per avere un ruolo biologico, ma solo in batteri e archaea. È usato da un enzima che riduce gli acidi carbossilici alle aldeidi. [Iii]
Titanio
Nomenclatura, origini e scoperta
Il titanio deriva dalla parola "Titans", figli della dea della Terra nella mitologia greca. Il reverendo William Gregor, un geologo dilettante, notò che la sabbia nera di un fiume in Cornovaglia, nel 1791, era attratta da una calamita. Lo ha analizzato e ha appreso che la sabbia conteneva ossido di ferro (che spiega il magnetismo), oltre a un minerale noto come menachanite, che ha dedotto era un ossido di metallo bianco sconosciuto. Questo ha segnalato alla Royal Geological Society of Cornwall.
Nel 1795, lo scienziato prussiano Martin Heinrich Klaproth di Boinik indagò su un minerale rosso conosciuto come Schörl dall'Ungheria e nominò l'elemento dell'ossido sconosciuto che conteneva, Titanio. Ha anche confermato la presenza di titanio in menachanite.
Il composto TiO2 è un minerale noto come rutilo. Il titanio si trova anche nei minerali ilmenite e sfene, che si trovano principalmente nelle rocce ignee e nei sedimenti da essi derivati, ma sono anche distribuiti in tutta la litosfera terrestre.
Il titanio puro è stato realizzato per la prima volta da Matthew A. Hunter nel 1910 al Rensselaer Polytechnic Institute riscaldando il tetracloruro di titanio (prodotto riscaldando il biossido di titanio con cloro o zolfo) e il sodio metallico in quello che ora è conosciuto come il processo Hunter. William Justin Kroll ha quindi ridotto il tetracloruro di titanio con il calcio nel 1932 e successivamente ha perfezionato il processo usando magnesio e sodio. Ciò ha permesso di utilizzare il titanio al di fuori del laboratorio e quello che oggi è conosciuto come il processo Kroll è ancora usato commercialmente oggi.
Il titanio ad altissima purezza è stato prodotto in piccole quantità da Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik de Boer nel processo di ioduro o cristallo nel 1925 facendo reagire il titanio con iodio e separando i vapori formati su un filamento caldo. [Iv]
Proprietà fisiche e chimiche
Il titanio è un metallo duro, lucido, bianco-argenteo rappresentato dal simbolo Ti sulla tavola periodica. Ha il numero atomico 22 e un peso atomico standard (Ar) di 47.867. Gli atomi formano una struttura cristallina di dimensioni ridotte esagonali che si traduce in un metallo resistente come l'acciaio, ma molto meno denso. In effetti, il titanio ha il più alto rapporto resistenza / densità di tutti i metalli.
Il titanio è duttile in un ambiente privo di ossigeno e può resistere a temperature estreme grazie al suo punto di fusione relativamente alto. È non magnetico e ha basse conduttività elettriche e termiche.
Il metallo è resistente alla corrosione in acqua di mare, acqua acida e cloro, nonché un buon riflettore di radiazione infrarossa. Come fotocatalizzatore rilascia gli elettroni in presenza di luce, che reagiscono con le molecole per formare radicali liberi che uccidono i batteri. [V]
Il titanio si collega bene con l'osso e non è tossico, sebbene il biossido di titanio fine sia un sospetto cancerogeno. Lo zirconio, il più comune isotopo di titanio, ha molte proprietà chimiche e fisiche diverse.
Usi commerciali
Il titanio è più comunemente usato sotto forma di biossido di titanio, che è un componente principale di un pigmento bianco brillante trovato in vernici, plastica, smalti, carta, dentifricio e l'additivo alimentare E171 che imbianca pasticceria, formaggi e glasse. I composti di titanio sono un componente di filtri solari e cortine fumogene, sono utilizzati in pirotecnica e migliorano la visibilità negli osservatori solari. [Vi]
Il titanio è utilizzato anche nelle industrie chimiche e petrolchimiche e nello sviluppo di batterie al litio. Alcuni composti di titanio formano componenti del catalizzatore, ad esempio quelli utilizzati nella produzione di polipropilene.
Il titanio è noto per il suo uso in attrezzature sportive come racchette da tennis, mazze da golf e telai per biciclette e apparecchiature elettroniche come telefoni cellulari e computer portatili. Le sue applicazioni chirurgiche includono l'uso in protesi ortopediche e protesi mediche.
In lega con alluminio, molibdeno, ferro o vanadio, il titanio viene utilizzato per rivestire utensili da taglio e rivestimenti protettivi o persino in gioielleria o come finitura decorativa. TiO2 rivestimenti su superfici di vetro o piastrelle possono ridurre le infezioni negli ospedali, impedire l'appannamento degli specchietti laterali negli autoveicoli e ridurre l'accumulo di sporcizia su edifici, marciapiedi e strade.
Il titanio costituisce una parte importante delle strutture esposte all'acqua di mare, come gli impianti di desalinizzazione, gli scafi delle navi e dei sottomarini e gli alberi dell'elica, nonché i tubi del condensatore delle centrali elettriche. Altri usi includono la fabbricazione di componenti per l'industria aerospaziale e dei trasporti e l'esercito, come aerei, veicoli spaziali, missili, blindature, motori e sistemi idraulici. La ricerca viene condotta per determinare l'idoneità del titanio come materiale per contenitori di stoccaggio di rifiuti nucleari. iv
Principali differenze tra tungsteno e titanio
- Il tungsteno ha origine dai minerali scheelite e wolframite. Il titanio si trova nei minerali ilmenite, rutilo e sfene.
- Il tungsteno viene prodotto riducendo l'acido tungstico dal minerale, isolando l'ossido di metallo e riducendolo in metallo riscaldandolo con carbone. Il titanio viene prodotto formando tetracloruro di titanio tramite processi di cloruro o solfato e riscaldandolo con magnesio e sodio.
- Il tungsteno è il numero 74 sulla tavola periodica, con peso atomico relativo 84. Il titanio è il numero 22, con peso atomico relativo 47.867.
- Gli atomi di tungsteno formano una struttura di cristallo cubico centrata sul corpo. Gli atomi di titanio formano una struttura cristallina a chiusura ravvicinata esagonale.
- Il tungsteno è estremamente forte, duro e denso. Il titanio è molto forte e duro e ha una densità molto inferiore.
- Il tungsteno è leggermente magnetico e leggermente elettricamente conduttivo. Il titanio è non magnetico e meno elettricamente conduttivo.
- Il tungsteno non è resistente alla corrosione in acqua salata come il titanio e non è un fotocatalizzatore come il titanio.
- Il tungsteno ha un ruolo biologico, ma il titanio no.
- Il tungsteno è malleabile nella sua forma più pura. Il titanio è duttile in un ambiente privo di ossigeno.
Il tungsteno viene utilizzato negli elementi riscaldanti, nei pesi, nei circuiti superconduttori a bassa temperatura e ha applicazioni nella fisica nucleare e nei dispositivi che emettono elettroni. Il titanio è utilizzato nei pigmenti bianchi, nelle attrezzature sportive, negli impianti chirurgici e nelle strutture marine.
