Прочный и лёгкий - титан

Благодаря уникальному сочетанию таких свойств титана как прочность, лёгкость и коррозионная стойкость, более половины добываемого в мире титана применяют в авиационной промышленности. Из титановых сплавов изготавливают различные элементы конструкции фюзеляжа, крылья, хвостовые оперения, лопасти несущего винта и многое другое. Это позволяет существенно снизить вес летательного аппарата при сохранении его жёсткости и надёжности. 

Металл, который в итоге назвали «титан», открыли в конце 18 века независимо друг от друга Уильям Грегор (Англия) и Мартин Клапрот (Германия). Грегор новый элемент назвал «менакин», а Клапрот – «титан». Позже выяснилось, что в обоих случаях это был не чистый металл, а его диоксид - минерал рутил. В 1805 году французский учёный Луи Воклен обнаружил титан в минерале анатазе, доказав, что рутил и анатаз — полиморфные разновидности диоксида титана с одинаковой химической формулой ТіО₂. 

Анатаз (ТіО₂), кристалл 2,7 х 2,1 х 2 см. Провинция Хордаланн (Норвегия). Фото: взято из en.wikipedia.org 

Относительно чистый титан из-за сложности очистки был получен только в 1825 году шведским химиком Якобом Берцелиусом. Предложенное Клапротом название «титан» в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, позже и утвердилось за этим элементом. И лишь в 1925 году голландские учёные Антон ван Аркель и Ян де Бур получили титан высокой степени чистоты – 99,9 %.  Хотя на самом деле чистый титан был впервые получен в 1875 г. русским ученым Д.К. Кирилловым. Результаты его опытов были опубликованы в статье «Исследования над титаном». Но работа малоизвестного российского химика осталась незамеченной. 

После получения титана высокой степени чистоты выяснилось, что его свойства напрямую зависят от степени очистки от примесей. Чистый титан обладает значительной твердостью: в 12 раз тверже алюминия и в 4 раза твёрже железа и меди. В чистом виде титан (Ti) – серебристо-серый лёгкий металл № 22 в Таблице Менделеева с атомной массой 47,86. Он отличается самым большим отношением прочности к массе из всех элементов таблицы. Это значит, что пластина из титана будет весить на 50% меньше, чем из стали, при одинаковой прочности.

По распространённости в земной коре титан находится на 10-м месте, где его среднее содержание (кларк) составляет 5,7 кг/т. Известно более 100 титановых минералов, важнейшими из которых являются: рутил(анатаз) TiO₂, ильменит FeTiO₃, титаномагнетит FeTiO₃ + Fe₃O₄, перовскит CaTiO₃, титанит (сфен) CaTiSiO₅.

Ильменит (титанистый железняк, FeTiO₃) – весьма распространённый минерал лунных горных пород. Эти данные были получены после изучения образцов пород, доставленных на Землю по программе «Аполлон» (НАСА) в 1969-72 годах. 

Друза кристаллов ильменита (FeTiO₃), размер образца 8х7х3 см, Ильменские горы, Ю. Урал. Коллекция Московского Планетария.

Анализ данных, полученных с лунных орбитальных станций последних лет, позволяет утверждать, что концентрации титана в отдельных областях Луны соизмеримы с концентрациями этого элемента на земных месторождениях.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами этого элемента. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений, равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное – Пижемское расположено в Республике Коми. Это крупнейшее в России и одно из крупнейших в мире месторождений по ресурсам и запасам титанового сырья, а также уникальное по наличию ценных попутных ископаемых, таких как циркон, железо, золото, алмазы. Запуск производства по разработке месторождения запланирован на 2026 год.