Skillnad mellan wolfram och titan

Volfram

Nomenklatur, ursprung och upptäckt

Tungsten är härledd från svenska tungsten, eller "tung sten". Den representeras av symbolen W, som den är känd som Wolfram i många europeiska länder. Det här kommer från tyska för "wolfs skum", som tidiga tennminer märkte att ett mineral som de kallade wolframit minskade tennutbyte när de var närvarande i tennmalm, så det tycktes förbrukas tenn som en varg förtårar får. [jag]

År 1779 undersökte Peter Woulfe sheelit från Sverige och upptäckte att den innehöll en ny metall. Två år senare reducerade Carl Wilhelm Scheele tungstic syra från detta mineral och isolerade en sur vitoxid. Ytterligare två år senare isolerade Juan och Fausto Elhuyar i Vergara, Spanien, samma metalloxid från en identisk syra som var reducerad från wolframit. De upphettade metalloxiden med kol och reducerade den till volframmetall.

Fysiska och kemiska egenskaper

Tungsten är en blank, silvervit metall och har atomnummer 74 på det periodiska elementets tabell och en standard atomvikt (A_r) av 183,84. [ii]

Den har den högsta smältpunkten för alla element, ultrahög densitet och är väldigt svårt och stabilt. Den har det lägsta ångtrycket, lägsta värmekoefficienten och högsta draghållfasthet för alla metaller. Dessa egenskaper beror på de starka kovalenta bindningarna mellan volframatomer bildade av 5 d elektroner. Atomerna bildar en kroppscentrerad kubisk kristallstruktur.

Tungsten är också ledande, relativt kemiskt inert, hypoallergen och har strålningsskyddande egenskaper. Den renaste formen av volfram är lätt formbar och bearbetas genom smide, extrudering, ritning och sintring. Extrudering och ritning innebär att man trycker respektive drar av varm tungsten genom en "dö" (form), medan sintring är blandning av volframpulver med andra pulverformiga metaller för att producera en legering.

Kommersiella användningsområden

Tungstenlegeringar är extremt hårda, såsom volframkarbid, som kombineras med keramik för att bilda "höghastighetsstål" - det här används för att göra borrar, knivar och skär, såg och fräsverktyg. Dessa används i metallbearbetning, gruv-, träbearbetnings-, bygg- och petroleumindustri och står för 60% av volframanvändningen kommersiellt.

Tungsten används i värmeelement och högtemperaturugnar. Det finns också i förkopplingar i flygplanssvansar, båtkylar och racerbilar, samt vikter och ammunition.

Kalcium- och magnesiumvolfroppar användes en gång vanligtvis för filament i glödlampor, men betraktas som energieffektiva. Tungstenlegering används emellertid i lågtemperatur superledande kretsar.

Kristallwolframat används i kärnfysik och kärnmedicin, röntgen- och katodstrålerör, bågsvetselektroder och elektronmikroskop. Tungsten trioxid används i katalysatorer, som en som används i kraftverk som körs på kol. Andra volframsalter används i kemi- och garvsindustrin.

Vissa legeringar används som smycken, medan man är känd för att bilda permanenta magneter och vissa superlegeringar används som slitstarka beläggningar.

Tungsten är den tyngsta metallen som har en biologisk roll, men bara i bakterier och archaea. Det används av ett enzym som reducerar karboxylsyror till aldehyder. [Iii]

Titanium

Nomenklatur, ursprung och upptäckt

Titan är härledd från ordet "Titans", jordgudinnans söner i grekisk mytologi. Reverend William Gregor, en amatörgeolog, märkte att svart sand vid en ström i Cornwall, 1791, lockades till en magnet. Han analyserade det och lärde sig att sanden innehöll järnoxid (förklarar magnetismen), liksom ett mineral som kallas menakanit, vilket han härledde gjordes av en okänd vitmetalloxid. Detta rapporterade han till Kungliga Geologiska Society of Cornwall.

År 1795 undersökte preussforskaren Martin Heinrich Klaproth från Boinik en röd malm som kallades Schörl från Ungern och namngav elementet i den okända oxid som den innehöll, titan. Han bekräftade också närvaron av titan i menakanit.

Föreningen TiO₂ är ett mineral som är känt som rutil. Titan förekommer också i mineralerna ilmenit och sphene, som huvudsakligen finns i grubbliga stenar och sediment härledda från dem, men distribueras också över hela jordens litosfär.

Rent titan tillverkades först av Matthew A. Hunter 1910 vid Rensselaer Polytechnic Institute genom uppvärmning av titantetraklorid (producerad genom att titandioxid klor eller svavel) och natriummetall i det som nu kallas Hunter-processen. William Justin Kroll reducerade sedan titantetraklorid med kalcium 1932 och raffinerade senare processen med magnesium och natrium. Detta gjorde det möjligt att använda titan utanför laboratoriet och det som nu kallas Kroll-processen används fortfarande kommersiellt idag.

Mycket hög renhet titan producerades i små kvantiteter av Anton Eduard van Arkel och Jan Hendrik de Boer vid jod- eller kristallstångsprocessen 1925 genom att reagera titan med jod och separera ångorna bildade över ett hett filament. [Iv]

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Titan är en hård, blank, silvervit metall som representeras av symbolen Ti på det periodiska bordet. Den har atomnummer 22 och en standard atomvikt (A_r) av 47.867. Atomerna bildar en hexagonal nära packad kristallstruktur vilket resulterar i att metallen är lika stark som stål, men mycket mindre tät. I själva verket har Titan det högsta hållfasthets-förhållandet mellan alla metaller.

Titan är flexibel i en syrefri miljö och kan tåla extrema temperaturer på grund av sin relativt höga smältpunkt. Det är icke-magnetiskt och har låga elektriska och termiska ledningsegenskaper.

Metallen är resistent mot korrosion i havsvatten, surt vatten och klor samt en bra reflektor av infraröd strålning. Som en fotokatalysator släpper den elektroner i närvaro av ljus, som reagerar med molekyler för att bilda fria radikaler som dödar bakterier. [V]

Titan förbinder sig väl med ben och är giftfri, även om fin titandioxid är en misstänkt cancerframkallande. Zirkonium, den vanligaste titanisotopen, har många olika kemiska och fysikaliska egenskaper.

Kommersiella användningsområden

Titan används oftast i form av titandioxid, som är en huvudkomponent av ett ljust vitt pigment som finns i färger, plast, emalj, papper, tandkräm och livsmedelstillsats E171 som vitar konfekt, ostar och glasyr. Titanföreningar är en del av solskyddsmedel och rökskärmar, används i pyroteknik och förbättrar synligheten i solobservatorier. [Vi]

Titan används också i den kemiska och petrokemiska industrin och utvecklingen av litiumbatterier. Vissa titanföreningar bildar katalysatorkomponenter, exempelvis som används vid tillverkning av polypropen.

Titan är känt för sin användning i sportutrustning såsom tennisracketar, golfklubbar och cykelramar och elektronisk utrustning som mobiltelefoner och bärbara datorer. Dess kirurgiska tillämpningar innefattar användning i ortopediska implantat och medicinska proteser.

När legerat med aluminium, molybden, järn eller vanadin, titan används för att belägga skärverktyg och skyddande beläggningar eller till och med i smycken eller som dekorativ dekoration. TiO₂ beläggningar på glas eller kakelytor kan minska infektioner på sjukhus, förhindra dimma av backspeglar i motorfordon och minska smutsuppbyggnad på byggnader, trottoarer och vägar.

Titan utgör en viktig del av strukturer som utsätts för havsvatten, såsom avsaltningsanläggningar, fartyg och ubåtskrov och propelleraxlar, samt kraftverkskondensorrör. Andra användningsområden är att skapa komponenter för rymd- och transportindustrin och militären, som flygplan, rymdfarkoster, missiler, rustning, motorer och hydrauliska system. Forskning genomförs för att bestämma titans lämplighet som ett kärnavfall förvaringsbehållarmaterial. iv

Viktiga skillnader mellan volfram och titan

• Tungsten härstammar från mineralerna Scheelite och Wolframite. Titan finns i mineralerna ilmenit, rutil och sphen.
• Tungsten produceras genom att reducera tungstensyra från mineralet, isolera metalloxiden och reducera den till metall genom upphettning med kol. Titan produceras genom att bilda titantetraklorid via klorid- eller sulfatprocesser och upphettas med magnesium och natrium.
• Tungsten är nummer 74 på det periodiska bordet, med en relativ atomvikt 84. Titan är nummer 22 med en relativ atomvikt 47.867.
• Tungstenatomer bildar en kroppscentrerad kubisk kristallstruktur. Titanatomer bildar en hexagonal nära packad kristallstruktur.
• Tungsten är extremt stark, hård och tät. Titan är mycket stark och hård och har mycket lägre densitet.
• Tungsten är lite magnetisk och lite elektriskt ledande. Titan är icke-magnetisk och mindre elektriskt ledande.
• Tungsten är inte lika korrosionsbeständig i saltvatten som titan och är inte en fotokatalysator som titan.
• Tungsten har en biologisk roll, men titan gör det inte.
• Tungsten är formbar i sin renaste form. Titan är duktil i en syrefri miljö.

Tungsten används i värmeelement, vikter, lågtemperatur superledande kretsar och har tillämpningar inom kärnfysik och elektronutsläppande anordningar. Titan används i vita pigment, sportutrustning, kirurgiska implantat och marina strukturer.