سوف نعرض لكم من خلال موقع حلبية ما هو معدن التيتانيوم وما هي خصائصه، حيثُ يعتبر هذا المعدن من المعادن المهمة التي لها الكثير من الاستخدامات في عدّة مجالات. كما إنّ التيتانيوم من أوائل العناصر التي تمّ اكتشافها ويعدّ شائع جداً، بالإضافة إلى أنّه يحتل المرتبة التاسعة بين العناصر الأكثر وفرة في القشرة الأرضية.
- لذلك يرغب الكثير من الأشخاص بمعرفة ما هو معدن التيتانيوم وأبرز المعلومات عنه، وخصائص معدن التيتانيوم الفيزيائية والكيميائية. أيضا استخدامات معدن التيتانيوم في الطب والصناعة والتجميل، وكلّ ذلك سوف نقدّمه لكم في هذا المقال.
محتويات
ما هو معدن التيتانيوم؟
التيتانيوم هو فلز انتقالي معدني، يقع ضمن العناصر الانتقالية في المجموعة الرابعة بالجدول الدوري، رمزه “Ti”، وعدده الذري 22، وكتلتهُ الذرية 47.88.
- وقد اكتُشف التيتانيوم خلال عام 1791م، وتمّت تسميته في عام 1795م، وإنّ وجوده كان مقتصراً في المختبرات إلى أن ظهر على صورة معدن نقي في سنة 1910م. وهذا عندما عمل المهندس النيوزلندي “ماثيو هنتر” في معهد رينسيلار للعلوم التطبيقية على تسخين رباعي كلوريد التيتانيوم مع الصوديوم في درجة حرارة بين 700 إلى 800 °س تحت الضغط، ضمن عملية على دفعات سُمّيت لاحقاً باسم “عملية هنتر”. كما لم يتم استخدام معدن التيتانيوم خارج المختبرات حتى عام 1932م.
- وبالحديث عن وفرة معدن التيتانيوم في الطبيعية، فإنّه يأتي ضمن المرتبة التاسعة في العناصر الكيميائية الأكثر وفرة في القشرة الأرضية. ولكن من النادر العثور على معدن التيتانيوم بشكله الحر في الطبيعة، حيثُ يوجد في الغالب على شكل أكسيد ضمن غلاف الأرض الصخري في معظم الصخور النّارية والرّسوبية؛ أيضاً يمكن أن يتواجد التيتانيوم في غلاف الأرض المائي ضمن المسطّحات المائية الطبيعية.
قد يهمك: نموذج البحث الجامعي
خصائص معدن التيتانيوم الفيزيائية
بعد أن ذكرنا لكم ما هو معدن التيتانيوم، يجب أن ننتقل إلى الحديث عن خصائص معدن التيتانيوم الفيزيائية، والتي هي كما يلي:
- يعد معدن التيتانيوم فلز فضّي لامع، كثافته منخفضة 4.6 غرام/سم².
- يمتلك معدن التيتانيوم قوة كبيرة إلى جانب كثافته القليلة؛وتعدّ هذه النسبة بين قوة الشد العالية والكثافة من أكثر الخصائص الفيزيائية الهامة التي يتمتّع بها العنصر والتي تعود بفائدة كبير، وتزيد من استخداماته.
- يتميز معدن التيتانيوم بأنه غير مغناطيسي.
- ناقليته ضعيفة، حيثُ لا يعتبر موصلاً جيد للكهرباء والحرارة بعكس المعادن الأخرى.
- يمتلك التيتانيوم درجة انصهار عالية تبلغ 1668°س.
- ولهُ قابلية للسحب والطرق، ويقاوم التآكل
- يمكن إضافة كميات قليلة الأكسجين والنتروجين إلى التيتانيوم لصنع مادة أكثر قوّة.
- غير تفاعليّ؛ ذلك نتيجة عملية التخميل التي تؤدي إلى تشكيل طبقة من الأكسيد على السطح الخارجي للمعدن، وهذا الأمر الذي يمنعه من التحلّل أو التفاعل مع العناصر الأخرى.
إقرأ أيضا: ما هي أنواع المعادن
خصائص معدن التيتانيوم الكيميائية
ومن ثمّ بالانتقال إلى خصائص معدن التيتانيوم الكيميائية، فإنها كما يلي:
- التيتانيوم له قدرة على مقاومة التآكل والصدأ، ومقاومة أثر حمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك الممددين، ذلك بالإضافة إلى مقاومته محاليل الكلوريد وغالبية الأحماض العضوية.
- ولكن إنّ التيتانيوم من الممكن أن يتآكل نتيجة الأحماض المعدنية المركّزة.
- يتفاعل التيتانيوم بسهولة مع الأكسجين، كما يصبح أكثر تفاعلاً عند درجات الحرارة العالية، ويؤدّي إلى إشعال النار خلال تسخينه ضمن تواجد الأكسجين؛ ويحترق قبل أن يصل لنقطة الذوبان.
- كما يمكن للتيتانيوم أن يؤدّي لانبعاث الأشعة بعد أن يفقد إلكترون ويطرح بوزيترون.
اقرأ أيضاً: الأشعة السينيّة X-Ray
خصائص معدن التيتانيوم الميكانيكية
ثمّ بالحديث عن خصائص معدن التيتانيوم الميكانيكية، بعد أن ذكرنا ما هو معدن التيتانيوم وخصائصه الفيزيائية والكيميائية، يمكن القول أنّ التيتانيوم يتميّز بخصائص ميكانيكيّة جيدة جداً. حيثُ تبلغ قوة الشد لمعدن التيتانيوم النقي حوالي 434 ميغاباسكال وهذا ما يكون مساوي لقيم متانة بعض أنواع الفولاذ.
- ولكن من جانب آخر قد يفقد معدن التيتانيوم متانته في درجات الحرارة العالية التي تفوق 430°س، ذلك بسبب ارتباطه مع الأكسجين والنتروجين والهيدروجين. أيضا تجدر الإشارة إلى أنّ المعالجة الميكانيكية للتيتانيوم تتطلب اتخاذ الاحتياطات اللازمة، وذلك لأنّه من الممكن أن يهترئ بالاحتكاك، إلّا إذا ما تمّ استخدام أدوات جيّدة وحادة، ووسائل تبريد ملائمة له. كذلك فإنّ معدن التيتانيوم مؤهّل للاستخدام في التطبيقات طويلة الأمد التي تتطلب حد إجهاد مرتفع.
استخدامات معدن التيتانيوم في الصناعة
وأما بالحديث عن استخدامات معدن التيتانيوم في الصناعة بعد أن قدّمنا لكم ما هو معدن التيتانيوم وخصائصه، حيث لهُ العديد من الاستخدامات التي تشمل ما يلي:
- المنشآت الصناعية: حيثُ يدخل في تركيبها، بدءاً من تمديدات الأنابيب الملحومة وصولاً إلى الحاويات والخزّانات وغيرها.
- الطلاء والورق: حيث يستخدم أكسيد التيتانيوم TiO2 بشكل واسع لإعطاء اللون الأبيض، حيث يصمد في مختلف درجات الحرارة، ولهُ قدرة كبيرة على تشتيت الضوء.
- الدرجات الهوائية: حيث يدخل التيتانيوم في تركيب هياكلها.
- المجوهرات والحلي: خصوصاً في تصميم الخواتم، كما يسبك أيضاً مع الذهب لإعطاء متانة أكبر للسبيكة، ويستخدم أيضاً في صناعة ساعات اليد.
- المركبات: حيثُ له أهمية في صناعة سيارات السباق والدراجات النارية لأنّه خفيف الوزن وعالي المتانة.
- الطائرات والسفن: حيثُ تعتبر التطبيقات الأكثر استهلاكاً للتيتانيوم، واستخدمه الاتحاد السوفييتي سابقاً في صناعة الغواصات بسبب مقاومته للتآكل في مياه البحر.
- المنشآت المعمارية: النصوب التذكارية ويعض المتاحف المكسوّة بألواح من التيتانيوم.
قد يعجبك: ما هي أبرز أنواع الأشجار
استخدامات معدن التيتانيوم في الطب
إنّ استخدامات معدن التيتانيوم في الطب قد أحدثت ثورة كبيرة عند اكتشافها. حيثُ يمكن للتيتانيوم أن يعود بفوائد كبيرة على الطب والعلم، بسبب عدم سمّيته ولا يُرفض من قبل الجسم، ومن أبرز هذه الاستخدامات:
- مجال زراعة الأسنان حيث يمكن لبدائل التيتانيوم أت تبقى مكانها وصالحة للاستخدام بشكل طبيعي لفترة طويلة من الممكن أن تصل إلى 20 عام.
- كما يستخدم معدن التيتانيوم أيضاً في صناعة الأدوات الجراحية، مثل الملاقط والكامشات الجراحية، وأدوات الخياطة والمقص والإبر الطبية.
- ويدخل هذا المعدن أيضاً في صناعة الأطراف الصناعية مثل الدبابيس والصفائح التي يتم إدخالها في جسم الإنسان.
- كما إنّ للتيتانيوم أهمية في العمليات الجراحية الصعبة والدقيقة مثل استبدال مفصل الركبة أو الورك، أو تركيب صمامات القلب.
اقرأ أيضاً: كم ياردة يساوي الكيلومتر؟
استخدامات معدن التيتانيوم في التجميل
بعد معرفة ما هو معدن التيتانيوم وخصائصه، لابد من التعرّف على استخدامات معدن التيتانيوم في التجميل. حيثُ يعد ثاني أكسيد التيتانيوم من أبرز المعادن التي تُستخدم في المستحضرات التجميلية مثل المبيضات وواقيات الشمس بسبب تأثيره. فإنّ ثاني أكسيد التيتانيوم يحمي البشرة من تأثيرات الأشعة فوق البنفسجية والحروق UVA و UVB، كما لا يسبب أي تهيّج للجلد أو أمراض. ويدخل أيضاً أكسيد التيتانيوم في صناعة معجون الأسنان المبيض.
في ختام هذا المقال نكون قد عرضنا لكم ما هو معدن التيتانيوم وأبرز المعلومات عنه ووفرته في الطبيعة. كم ذكرنا خصائص معدن التيتانيوم الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية التي تجعله من المعادن الهامة والمفيدة، وهذا ما وجدناه ضمن استخدامات معدن التيتانيوم المختلفة في مجالات الصناعة والطب والتجميل.
قد يهمك أيضا: اخف المعادن تعرف معنا على معدن الليثيوم
