Forskjellen mellom Tungsten og Titan

wolfram

Nomenklatur, opprinnelse og oppdagelse

Tungsten er avledet fra svensk tungsten, eller "tung stein". Den er representert av symbolet W, som det er kjent som Wolfram i mange europeiske land. Dette kommer fra tysk til "ulvens skum", da tidlige tinnmindere la merke til at et mineral de kalte wolframitt redusert tinnutbytte når de var tilstede i tinnmalm, og dermed syntes det å forbruke tinn som en ulv fortærer sau. [Jeg]

I 1779 undersøkte Peter Woulfe sheelitt fra Sverige og oppdaget at det inneholdt et nytt metall. To år senere reduserte Carl Wilhelm Scheele wolframsyre fra dette mineral og isolerte et surt hvitt oksid. To andre år senere isolerte Juan og Fausto Elhuyar i Vergara, Spania, det samme metalloksidet fra en identisk syre redusert fra wolframitt. De oppvarmet metalloksidet med karbon, og reduserte det til wolframmetall.

Fysiske og kjemiske egenskaper

Tungsten er et skinnende, sølvfarget metall og har atomnummeret 74 på det periodiske elementets tabell og en standard atomvekt (A_r) av 183,84. [ii]

Den har det høyeste smeltepunktet for alle elementer, ultra høy tetthet og er veldig hardt og stabilt. Den har det laveste damptrykket, laveste termisk ekspansjonshastighet og høyeste strekkfasthet for alle metaller. Disse egenskapene skyldes de sterke kovalente bindingene mellom wolframatomer dannet av 5 d elektroner. Atomer danner en kroppssentrisk kubisk krystallstruktur.

Tungsten er også ledende, relativt kjemisk inert, hypoallergen og har strålingsbeskyttende egenskaper. Den reneste formen av wolfram er lett formbar og bearbeidet ved smiing, ekstrudering, tegning og sintring. Ekstrudering og tegning involverer å skyve og trekke henholdsvis varm wolfram gjennom en "dø" (mold), mens sintring er blanding av wolframpulver med andre pulverformede metaller for å fremstille en legering.

Kommersiell bruk

Tungsten legeringer er ekstremt harde, for eksempel wolframkarbid, som er kombinert med keramikk for å danne "høyhastighets stål" - dette brukes til å lage bor, kniver og skjær, sagings- og fresverktøy. Disse brukes i metallbearbeiding, gruvedrift, trebearbeiding, konstruksjon og petroleumsindustri og står for 60% av wolframbruk kommersielt.

Tungsten brukes i varmeelementer og høytemperaturovner. Den finnes også i forkoblinger i flystenger, yachtkøler og racerbiler, samt vekter og ammunisjon.

Kalsium- og magnesium-tungstater ble en gang vanlig brukt for filamenter i glødelamper, men anses å være ineffektive for energi. Tungsten legering brukes imidlertid i lavtemperatur superledende kretser.

Krystallwolframmer brukes i kjernefysikk og nukleærmedisin, røntgen- og katodestrålerør, sveiselektroder og elektronmikroskop. Tungstentrioksyd brukes i katalysatorer, som en som brukes i kraftverk som kjører på kull. Andre wolframsalter brukes i kjemikalier og solbransjen.

Noen legeringer brukes som smykker, mens man er kjent for å danne permanente magneter, og noen superlegeringer brukes som slitesterke belegg.

Tungsten er det tyngste metallet som har biologisk rolle, men bare i bakterier og arkea. Det brukes av et enzym som reduserer karboksylsyrer til aldehyder. [Iii]

Titanium

Nomenklatur, opprinnelse og oppdagelse

Titan er hentet fra ordet "Titans", sønner av jordgudinnen i gresk mytologi. Reverend William Gregor, en amatørgeolog, la merke til at svart sand ved en bekk i Cornwall, 1791, ble tiltrukket av en magnet. Han analyserte det og lærte at sanden inneholdt jernoksid (forklarer magnetismen), så vel som et mineral kjent som menakanitt, som han utledet var laget av et ukjent hvitt metalloksyd. Dette han rapporterte til Royal Geological Society of Cornwall.

I 1795 undersøkte den preussiske forskeren Martin Heinrich Klaproth fra Boinik en rødmalm kjent som Schörl fra Ungarn, og kalt elementet av det ukjente oksidet det inneholdt, Titanium. Han bekreftet også forekomsten av titan i menakanitt.

Forbindelsen TiO₂ er et mineral kjent som rutil. Titan forekommer også i mineralene ilmenitt og sphene, som hovedsakelig finnes i klumpete bergarter og sedimenter avledet fra dem, men er også fordelt over jordens litosfære.

Ren titan ble først laget av Matthew A. Hunter i 1910 ved Rensselaer Polytechnic Institute ved oppvarming av titantetraklorid (produsert ved å varme titandioksid med klor eller svovel) og natriummetall i det som nå kalles Hunter-prosessen. William Justin Kroll reduserte deretter titantetraklorid med kalsium i 1932 og senere raffinerte prosessen ved å bruke magnesium og natrium. Dette tillot at titan kan brukes utenfor laboratoriet og det som nå kalles Kroll-prosessen, brukes fortsatt kommersielt i dag.

Meget titan av høy renhet ble produsert i små mengder av Anton Eduard van Arkel og Jan Hendrik de Boer i jod- eller krystallstangsprosessen i 1925 ved å reagere titan med jod og skille dampene dannet over et varmt filament. [Iv]

Fysiske og kjemiske egenskaper

Titan er et hardt, skinnende, sølvfarget metall som representeres av symbolet Ti på det periodiske bordet. Den har atomnummer 22 og en standard atomvekt (A_r) på 47.867. Atomer danner en sekskantet nær-pakket krystallstruktur som resulterer i at metallet er så sterkt som stål, men mye mindre tett. Faktisk har Titanium den høyeste styrke-til-tetthet forholdet mellom alle metaller.

Titan er duktilt i et oksygenfritt miljø og tåler ekstreme temperaturer på grunn av det relativt høye smeltepunktet. Det er ikke-magnetisk og har lave elektriske og termiske ledningsevne.

Metallet er motstandsdyktig mot korrosjon i sjøvann, surt vann og klor, samt en god reflektor av infrarød stråling. Som fotokatalysator frigjør det elektroner i nærvær av lys, som reagerer med molekyler for å danne frie radikaler som dreper bakterier. [V]

Titan forbinder godt med bein og er giftfri, selv om fint titandioksid er et mistenkt kreftfremkallende middel. Zirkonium, den vanligste titanisotopen, har mange forskjellige kjemiske og fysiske egenskaper.

Kommersiell bruk

Titan er mest brukt i form av titandioksid, som er en hovedkomponent av et lyst hvitt pigment som finnes i maling, plast, emaljer, papir, tannkrem og mattilsetningen E171 som hvitner konfekt, oster og glasur. Titanforbindelser er en komponent av solkrem og røyker, brukes i pyroteknikk og forbedrer synligheten i solvarmeobservatorier. [VI]

Titan brukes også i kjemisk og petrokjemisk industri og utvikling av litiumbatterier. Visse titanforbindelser danner katalysatorkomponenter, for eksempel som anvendes ved fremstilling av polypropylen.

Titanium er kjent for bruk i sportsutstyr som tennisracketer, golfklubber og sykkelrammer og elektronisk utstyr som mobiltelefoner og bærbare datamaskiner. Dens kirurgiske anvendelser inkluderer bruk i ortopediske implantater og medisinske proteser.

Når legeret med aluminium, molybden, jern eller vanadium, titan brukes til å belegge skjæreverktøy og beskyttende belegg eller til og med i smykker eller som en dekorativ finish. TiO₂ belegg på glass eller flisoverflater kan redusere infeksjoner på sykehus, forhindre tåke av sidespeil i motorvogner og redusere smussoppbygging på bygninger, fortau og veier.

Titan danner en viktig del av strukturer utsatt for sjøvann, som avsaltningsanlegg, skips- og ubåtskrog og propellaksler, samt kraftverkskondensatorrør. Andre bruksområder er å lage komponenter for fly- og transportindustrien og militæret, for eksempel fly, romfartøy, missiler, rustning, motorer og hydrauliske systemer. Forskning gjennomføres for å bestemme titanets egnethet som et kjernefysisk avfallsmateriale. iv

Viktige forskjeller mellom wolfram og titan

• Tungsten stammer fra mineralen Scheelite og Wolframite. Titan er funnet i mineralet ilmenitt, rutile og sphene.
• Tungsten produseres ved å redusere wolframsyren fra mineralet, isolere metalloksydet og redusere det til metall ved oppvarming med karbon. Titan fremstilles ved å danne titantetraklorid via klorid- eller sulfatprosesser og oppvarmes med magnesium og natrium.
• Tungsten er nummer 74 på det periodiske bordet, med en relativ atomvekt 84. Titan er nummer 22 med en relativ atomvekt 47.867.
• Tungstenatomer danner en kroppssentrisk kubisk krystallstruktur. Titanatomer danner en sekskantet, nær-pakket krystallstruktur.
• Tungsten er ekstremt sterk, hard og tett. Titan er veldig sterk og hard og har mye lavere tetthet.
• Tungsten er litt magnetisk og litt elektrisk ledende. Titan er ikke-magnetisk og mindre elektrisk ledende.
• Tungsten er ikke så korrosjonsbestandig i saltvann som titan og er ikke en fotokatalysator som titan.
• Tungsten har en biologisk rolle, men titan gjør det ikke.
• Tungsten er formbar i sin reneste form. Titan er duktilt i et oksygenfritt miljø.

Tungsten brukes i varmeelementer, vekter, lavtemperatur superledende kretser og har applikasjoner i kjernefysikk og elektronemitterende enheter. Titan brukes i hvite pigmenter, sportsutstyr, kirurgiske implantater og marine strukturer.