Titan – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

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Vorkommen und Gewinnung

Titan gehört zu den zehn häufigsten Elementen der Erdkruste. Es kommt nie gediegen vor, sondern in Mineralen wie Ilmenit, einem Eisentitanoxid, und Rutil, dem Titandioxid. Diese Minerale finden sich oft als schwere, dunkle Sande an Küsten, zum Beispiel in Australien, Südafrika und Mosambik.

Der englische Pfarrer und Hobby-Mineraloge William Gregor fand 1791 im Sand eines Tals in Cornwall ein unbekanntes Metalloxid. Wenige Jahre später stieß der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth im Rutil auf dasselbe Element und nannte es nach den Titanen, den Riesen der griechischen Sage. Reines Titan herzustellen, war lange unmöglich, weil das Metall bei hoher Temperatur mit Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff reagiert.

Heute gewinnt man Titan fast ausschließlich mit dem Kroll-Verfahren, das um 1940 entwickelt wurde. Dabei setzt man Titandioxid mit Koks und Chlor zu Titantetrachlorid um, einer Flüssigkeit, die sich durch Destillation reinigen lässt. Das Titantetrachlorid wird dann unter Schutzgas mit geschmolzenem Magnesium reduziert. Es entsteht poröser Titanschwamm, der anschließend im Vakuum umgeschmolzen wird. Das Verfahren ist aufwendig und energieintensiv; deshalb ist Titan viel teurer als Stahl oder Aluminium.

Eigenschaften und Reaktionen

Titan steht in Periode 4 und Gruppe 4 und hat die Elektronenkonfiguration [Ar] 3d² 4s². Mit vier Außenelektronen erreicht es am häufigsten die Oxidationsstufe plus vier, wie im Titandioxid, TiO₂. Die Elektronegativität beträgt 1,54.

Mit einer Dichte von 4,5 g/cm³ ist Titan deutlich leichter als Eisen. Es schmilzt erst bei 1668 °C und siedet bei 3287 °C. Titanlegierungen sind sehr fest und bleiben auch bei mehreren hundert Grad stabil. Titan ist nicht ferromagnetisch und leitet Wärme und Strom vergleichsweise schlecht.

Eigentlich ist Titan ein unedles, reaktionsfreudiges Metall. Dass es trotzdem kaum korrodiert, verdankt es einer sehr dünnen, dichten Schicht aus Titandioxid, die sich an der Luft sofort bildet und das Metall darunter schützt. Wird sie verletzt, wächst sie von selbst nach. Deshalb hält Titan sogar Meerwasser und wässrigen Chlorlösungen stand. Bei hohen Temperaturen ist die Schutzschicht jedoch wirkungslos: Feines Titanpulver ist brennbar, und glühendes Titan verbrennt sogar in reinem Stickstoff.

Verwendung in Alltag und Technik

Der größte Teil des abgebauten Titanerzes wird gar nicht zu Metall, sondern zu Titandioxid verarbeitet. Dieses Pigment ist ungiftig, lichtbeständig und deckt sehr gut. Es macht Wandfarben, Lacke, Kunststoffe, Papier und Zahnpasta weiß. In Sonnencremes streut und absorbiert feines Titandioxid UV-Strahlung. Als Lebensmittelzusatzstoff E171 ist es in der EU seit 2022 nicht mehr zugelassen, nachdem die europäische Lebensmittelbehörde EFSA 2021 Bedenken wegen einer möglichen erbgutschädigenden Wirkung der Partikel, besonders des Nanoanteils, nicht ausräumen konnte.

Metallisches Titan und seine Legierungen werden dort eingesetzt, wo geringe Masse, hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zählen: in Flugzeugrümpfen und Triebwerken, in Raketen, Chemieanlagen und Meerwasser-Entsalzungsanlagen. Die verbreitetste Legierung enthält neben Titan etwas Aluminium und Vanadium.

In der Medizin ist Titan das Standardmaterial für Zahnimplantate, künstliche Hüftgelenke und Knochenschrauben. Der Knochen wächst direkt an die Oxidschicht an, Abstoßungsreaktionen sind selten. Auch Brillengestelle, Uhrengehäuse, Fahrradrahmen und Schmuck werden aus Titan gefertigt.

Moleküle mit diesem Element

• Strontiumtitanat SrTiO₃3D ansehen
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Kurz gefragt

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