Titane

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Titane
image illustrative de l’article Titane
Barre de titane obtenue par le procédé Van-Arkel-de-Boer.
ScandiumTitaneVanadium
 Structure cristalline hexagonale compacte
 
22
Ti
 
        
        
                  
                  
                                
                                
  
                      
Ti
Zr
Tableau completTableau étendu
Position dans le tableau périodique
SymboleTi
NomTitane
Numéro atomique22
Groupe4
Période4e période
BlocBloc d
Famille d'élémentsMétal de transition
Configuration électronique[Ar] 4s2 3d2
Électrons par niveau d’énergie2, 8, 10, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique47,867 ± 0,001 u[1]
Rayon atomique (calc)140 pm (176 pm)
Rayon de covalence160 ± 8 pm[2]
État(s) d’oxydation4
Électronégativité (Pauling)1,54
OxydeAmphotère
Énergies d’ionisation[1]
1re : 6,82812 eV2e : 13,5755 eV
3e : 27,4917 eV4e : 43,2672 eV
5e : 99,30 eV6e : 119,53 eV
7e : 140,8 eV8e : 170,4 eV
9e : 192,1 eV10e : 215,92 eV
11e : 265,07 eV12e : 291,500 eV
13e : 787,84 eV14e : 863,1 eV
15e : 941,9 eV16e : 1 044 eV
17e : 1 131 eV18e : 1 221 eV
19e : 1 346 eV20e : 1 425,4 eV
21e : 6 249,0 eV22e : 6 625,82 eV
Isotopes les plus stables
IsoANPériodeMDEdPD
MeV
44Ti{syn.}63 ansε0,26844Sc
46Ti8,0 %stable avec 24 neutrons
47Ti7,3 %stable avec 25 neutrons
48Ti73,8 %stable avec 26 neutrons
49Ti5,5 %stable avec 27 neutrons
50Ti5,4 %stable avec 28 neutrons
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaireSolide
Allotrope à l'état standardTitane α (hexagonal compact)
Autres allotropesTitane β (cubique centré)
Masse volumique4,51 g·cm-3[1]
Système cristallinHexagonal compact
Dureté6
CouleurBlanc argenté
Point de fusion1 668 °C[1]
Point d’ébullition3 287 °C[1]
Énergie de fusion15,45 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation421 kJ·mol-1
Volume molaire10,64×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur0,49 Pa à 1 659,85 °C
Vitesse du son5 990 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique520 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique2,34×106 S·m-1
Conductivité thermique21,9 W·m-1·K-1
Solubilitésol. dans HCl (lentement, catalysé par les ions Pt (IV)),

H2SO4 dilué (+ 1 à 2 gouttes HNO3)[4] coefficient de dilatation = 8,5 × 10−6 K−

Divers
No CAS7440-32-6[5]
No EINECS231-142-3
Précautions
SGH[6]
SGH02 : Inflammable
Danger
H250, P222, P231, P422,
Directive 67/548/EEC[6]
Facilement inflammable
F



Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le titane est l'élément chimique de numéro atomique 22, de symbole Ti.

C'est un métal de transition léger, résistant, d'un aspect blanc métallique, qui résiste à la corrosion. Le titane est principalement utilisé dans les alliages légers et résistants, et son oxyde est utilisé comme pigment blanc. On trouve cet élément dans de nombreux minerais mais ses principales sources sont le rutile et l'anatase. Il appartient au groupe des titanes avec le zirconium (Zr), le hafnium (Hf) et le rutherfordium (Rf).

Les propriétés industriellement intéressantes du titane sont sa résistance à la corrosion, souvent associée à la résistance à l’érosion et au feu, la biocompatibilité, mais aussi ses propriétés mécaniques (résistance, ductilité, fatigue, etc.) qui permettent notamment de façonner des pièces fines et légères comme les articles de sport, mais aussi des prothèses orthopédiques.

Histoire

Le titane a été découvert par le révérend William Gregor en 1791[7], minéralogiste et pasteur britannique. En analysant des sables de la rivière Helford dans la vallée de Menachan en Cornouailles, il isola ce qu'il nomma du sable noir, connu aujourd’hui sous le nom d'ilménite. À la suite de plusieurs manipulations physico-chimiques (extraction du fer par des procédés magnétiques et traitement du résidu par de l’acide chlorhydrique), il produisit un oxyde impur d'un métal inconnu. Il nomma cet oxyde menachanite. Indépendamment de cette découverte, en 1795[7], Martin Heinrich Klaproth, professeur de chimie analytique à l'université de Berlin, identifia le même métal. Alors qu'il analysait les propriétés du schörlite rouge, aujourd’hui connu sous le nom de rutile, il conclut que le minerai contenait un métal inconnu identique à celui de Gregor. Il lui donna son nom actuel de « Titane », tiré de la mythologie grecque, en ignorant totalement ses propriétés physico-chimiques. C'est Berzelius qui l'isola en 1825[7].

Il a fallu attendre plus d'un siècle après la découverte de Gregor pour que l'Américain Matthew Albert Hunter, chercheur au Rensselaer Polytechnic Institute à Troy (New York), soit capable, en 1910, de produire du titane pur à 99 %. Les premières obtentions de titane par Hunter ne furent pas suivies du moindre développement industriel.

En 1939, le procédé industriel de production fut finalement mis au point par Wilhelm Justin Kroll, métallurgiste et chimiste luxembourgeois, consultant au Union Carbide Research Laboratory de Niagara Falls (New York) par réduction du TiCl4 avec du magnésium.

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