Titânio (Ti)

O titânio é um metal de transição que agrega valor a ligas metálicas por ser leve e resistente. Não é um bom condutor elétrico ou térmico, sendo, por isso, utilizado também em materiais refratários. Também é usado na fabricação de joias pelo seu aspecto metálico lustroso, entre outras aplicações do elemento.

É obtido por meio da submissão de minerais ricos em titânio (rutilo e ilmenita) ao processo  Kroll. É o nono elemento mais abundante da Terra, presente em 97,9% das rochas ígneas.

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Propriedades do Titânio

- Símbolo: Ti.
- Massa atômica: 47,867 u. 
- Número atômico: 22.
- Distribuição eletrônica: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d².
- Série química: metal de transição.
- Densidade: 4507 kg/m³.
- Ponto de fusão: 1941 K.
- Reatividade: pouco reativo em temperatura ambiente. A partir de 450°C,  já se torna reativo com várias substâncias; acima de 600°C, torna-se altamente reativo. É uma substância anfótera, reagindo com ácidos e bases.
- Condutividade: não é um bom condutor de energia térmica ou elétrica.

Características do titânio

O titânio é um metal leve e altamente resistente a impactos mecânicos e exposição ao calor, sendo utilizado como metal refratário (resistente ao calor). O titânio puro é um metal dúctil, ou seja, fácil de se manipular e, apesar de formar uma camada de óxidos quando exposto ao ar atmosférico, esses óxidos não degradam o metal. Possui também aspecto branco, metálico e lustroso.

História do titânio

Foi descoberto em 1791 pelo mineralogista inglês William Gregor, que extraiu fragmentos do titânio de uma rocha de ilmenita, nomeando-o na época como menaquita. Quatro anos mais tarde, o mineral foi redescoberto em uma rocha de rutilo pelo farmacêutico alemão Martin Heinrich Klaproth, que então o denominou como titânio, fazendo referência à força dos titãs, os filhos de Urano e Gaia, personagens da mitologia grega.

O metal até então não era aplicado industrialmente, pois, apesar de suas propriedades de resistência e força, não se sabia como extrair o titânio puro. Isso mudou quando em 1946 o metalurgista William Justin Kroll de Luxemburgo desenvolveu o processo Kroll, que é a redução do tetracloreto de titânio (TiCl₄) com o auxílio do magnésio metálico.

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Obtenção do titânio

 O titânio está entre os 10 elementos mais abundantes da crosta terrestre, podendo ser encontrado em minerais e rochas ígneas. Uma análise feita pelo Serviço Geológico dos Estados unidos apontou que cerca de 97,9% das rochas ígneas possuem fragmentos de titânio. Os países com as maiores reservas desse metal conhecidas são Austrália, África do Sul, Canadá, Noruega e Ucrânia, que, juntos, representam 86% do titânio mundial.

O Brasil não é um território rico nesse metal de transição, mas produz boa parte do titânio utilizado pela nação e importa outros 30%. A extração de titânio para uso comercial é feita a partir dos minerais rutilo (TiO₂) e ilmenita (FeTiO₃) por meio do processo Kroll, a técnica criada em 1940 por William Justin Kroll.

Essa técnica consiste na adição dos minerais rutilo ou ilmenita com combustível derivado da hulha (derivado petroquímico — carbono) e cloro. As substâncias são levadas a um reator de cama fluida, com temperatura controlada a 100° C, para segregação do tickle ou tetracloreto de titânio (TiCl₄), um sólido poroso que ainda não é titânio puro.

2 FeTiO₃ + 7 Cl₂ + 6 C → 2 TiCl₄ + 2 FeCl₃ + 6 CO

Esse tickle passa por seguidas destilações fracionadas para ser purificado. Após esse processo, é reagido, sob altas temperaturas (800 ºC e 850°C), com magnésio líquido, e o produto dessa reação é o titânio sólido puro.

2 Mg (l) + TiCl₄ (g) → 2 MgCl2 (l) + Ti (s)

Aplicações do titânio

• Fabricação de ligas leves e resistentes que são utilizadas na fabricação de peças para motores, foguetes e aeronaves.
• Sua característica lustrosa e resistência à oxidação agregam valor a joias e relógios.
• O dióxido de titânio é capaz de absorver radiação ultravioleta, sendo, por isso, aplicado na formulação de protetor solar.
• O branco acentuado do dióxido de titânio (rutilo) é usado na fabricação de pigmentos para tintas têxteis, esmaltes, plásticos, entre outros.
• Devido à sua alta resistência, biocompatibilidade e baixo potencial oxidativo, o titânio é utilizado na fabricação de próteses.
• O titânio está presente também nas sementes radioativas de iodo, nova tecnologia utilizada no tratamento de câncer. As cápsulas da semente são feitas de titânio em razão do baixo índice de rejeição do organismo, além de a resistência do metal permitir que seja uma parede fina, mas capaz de transmitir a radiação.

Titânio X ferro

Tanto o ferro quanto o titânio possuem grande resistência física, no entanto o titânio é 45% mais leve que o ferro, o que é muito interessante para indústrias automobilísticas e aeronáuticas. O titânio também possui um menor potencial oxidativo que o ferro, além de não conduzir calor e energia como o ferro.

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Exercícios resolvidos

Questão 1 – O titânio é muito utilizado em ligas metálicas para fabricação de peças no setor aeronáutico. É o nono elemento mais abundante na crosta terrestre e, atualmente, é extraído de minerais ígneos pelo processo de Kroller. Leia as seguintes sentenças e assinale a alternativa incorreta.

A) O titânio é muito aplicado a ligas metálicas devido às suas propriedades de força e leveza.

B) O titânio não é um bom condutor de energia e calor, por isso é utilizado na fabricação de materiais refratários.

C) O valor agregado a joias e relógios de titânio justifica-se pelo aspecto metálico lustroso que o elemento confere às peças e pela sua resistência à oxidação.

D) O titânio, apesar de ser mais leve que o ferro, não se compara a este quando se trata de força e resistência a reagentes externos.

E) O titânio, em sua forma sólida, é um elemento inerte a agentes químicos, ácido ou base.

Resolução

Alternativa D. Está incorreta, pois, apesar de ser realmente mais leve que o ferro, são metais igualmente resistentes. O titânio só se torna um elemento reativo quando exposto a altas temperaturas (> 450°C).

Questão 2 – As sementes radioativas são uma inovação tecnológica na área medicinal, sendo utilizadas para o tratamento de tumores em regiões mais delicadas, como cabeça, pescoço, próstata, mama etc. As cápsulas com iodo radioativo aplicadas no local do câncer liberam uma pequena porção de energia radioativa, causando uma menor perda de tecido saudável. No interior da cápsula, temos um elemento radioativo — iodo-125, ouro, paládio ou irídio-192 —, mas a própria cápsula que carrega o elemento radioativo é feito de titânio.

Sobre a utilização do titânio para esse fim, assine a alternativa correta.

A) O titânio confere à cápsula aspecto branco lustroso e também um material estéril ideal para utilização em processos medicinais como esse.

B) O elemento radioativo deve ser armazenado de forma segura nas cápsulas, por isso se utiliza o titânio, e não o ferro ou outro elemento.

C) O titânio é um ótimo condutor térmico, por isso foi utilizado na fabricação das cápsulas.

D) A escolha do titânio para a fabricação das cápsulas se explica pela alta biocompatilidade do material com o corpo humano e também por ser possível se fazer uma cápsula resistente, no entanto fina o suficiente para permitir a passagem da radiação.

Resolução

Alternativa D.

A) Incorreta, pois, apesar de ter aspecto branco lustroso, a propriedade de interesse do titânio para fabricação das cápsulas não é essa.

B) Incorreta, pois, em se tratando de resistência, o ferro e o titânio não são tão diferentes. O titânio é menos reativo que o ferro, mas ainda assim não foi esse o motivo principal da escolha do titânio para fabricação das cápsulas.

C) Incorreta, pois o titânio não é um bom condutor elétrico ou térmico.