محمد امین نعمتی
فهرست عنوان‌ها
تیتانیوم که در افسانه‌های یونان از آن به عنوان خدایان غول‌آسا یاد می‌شود محکمترین فلز روی زمین است. گرچه این فلز کمیاب نیست ولی به علت هزینه‌های استخراج آن از معدن و تولیدش قیمت بالایی دارد.
ممکن است از چوب‌های گلف یا زیردریاییهای تیتانیومی شنیده باشید، ولی آیا می‌دانستید در تزئین سفید رنگ و خامه مانند روی کیک نیز تیتانیوم وجود دارد؟
در این مطلب قصد داریم به شش حقیقت جالب در مورد این فلز مشهور و سخت اشاره کنیم. تا انتهای مطلب همراه روکیدا باشید.
1- این فلز «خدایان» تا قرن بیستم آهنگری نشده بود
در زمان قدیم و سال 1791، یک کانیشناس آماتور بریتانیایی و کشیش کلیسا ویلیام گرگور در رودخانهای نزدیک به شهر کرانوال با شنریزه مرموز و سیاه رنگی برخورد کرد.
بخشی از این شنریزهها خاصیت مغناطیسی داشتند و گرگور فکر کرد اکسید آهن است ولی مواد دیگر مرموز باقی ماندند. بدون شک اکسید دیگری بودند ولی اکسیدی که در کتاب‌های جامعه زمین‌شناسی سلطنتی از آن اسمی برده شده باشد نبودند.
شیمیدان آلمانی، مارتین هاینریش کلاپروت در سال 1795 مجددا این اکسید عجیب را کشف کرد و اسم افسانه‌ای اکسید تیتانیوم را به یاد خدایان المپنشین در افسانه‌های یونان برای آن انتخاب کرد.
حتی با آن که کشف اکسید تیتانیوم در اواخر قرن هجدهم رخ داد ولی تا سال 1910 جداسازی تیتانیوم خالص از فرم اکسید آن انجام نشد، یعنی زمانی که شیمیدان آمریکایی متیو هانتر که برای شرکت جنرال الکتریک کار می‌کرد، به روشی برای جداسازی فلز نقره از اکسید آن تحت فشار و گرمای زیاد در یک «بمب» محصور شده پی برد.
2- سبکترین و قویترین فلز روی زمین
تیتانیوم خالص بالاترین نسبت استحکام به وزن را بین تمامی فلزات روی زمین دارد. این فلز به محکمی فولاد ولی 45 درصد سبک‌تر است.
نسبت شگفت‌انگیز استحکام به وزن تیتانیوم و آلیاژهای آن (ترکیبی از تیتانیوم و سایر فلزات) باعث استفاده از آن در موتور و بدنه هواپیماها، موشک‌ها و گلوله‌ها شده است، یعنی هر کاربردی که در آن ترکیبات فلزی باید تا جای ممکن سبک و سخت باشند.
در ساخت ایرباس A380، بزرگترین هواپیمای مسافربری دنیا، 77 تن تیتانیوم استفاده شده است که اکثر آن برای موتور غول‌پیکر این هواپیما صرف شده است.
به لطف یک نوآوری متالورژی در دهه 30 میلادی به اسم «فرآیند Knox»، آهنگری تجاری تیتانیوم در دهه 40 و 50 میلادی به اوج فعالیت خود رسید. اولین کاربرد آن در هواپیما و زیردریاییهای ارتش (هم شوروی و هم آمریکا) و سپس هواپیمای تجاری در دهه 60 میلادی بود.
3- تیتانیوم زنگ نخواهد زد
زنگ‌زدگی یا خوردگی یک فرآیند الکتروشیمیایی است که به آهستگی به مرور زمان اکثر فلزات را از بین می‌برد. زمانی که فلزات در هوا یا زیر آب در معرض اکسیژن قرار می‌گیرند، اکسیژن با الکترون‌ها واکنش نشان می‌دهد و چیزی که اسم آن را «اکسیدهای» فلزی می‌گذاریم تولید می‌کند. یکی از متداولترین اکسیدهای خورنده اکسید آهن است که به اسم زنگار نیز شناخته می‌شود.
اما تمامی اکسیدها فلز خود را در معرض زنگ‌زدگی قرار نمی‌دهند. به عنوان مثال، سطح تیتانیوم با یک لایه نازک از دی اکسید تیتانیوم (TiO2) پوشانده شده است که در واقع تیتانیوم زیر خود را از هر نوع خوردگی از جمله الکتروشیمیایی، میکروبی و خوردگی تنشی محافظت می‌کند.
ویژگی طبیعی ضد خوردگی تیتانیوم باعث می‌شود یک فلز ایدهآل نه تنها برای صنعت هواپیماسازی بلکه همچنین برای قطعات زیر دریا باشد که در معرض آب شور فوق‌العاده خورنده دریا قرار می‌گیرند.
پروانه و همچنین سیستم‌های لوله‌کشی و بالاست کشتی‌ها و سخت‌افزاری که روی عرشه در معرض آب دریا قرار می‌گیرند، اکثرا از تیتانیوم ساخته می‌شوند.
4- تیتانیوم در بخشهای مختلف بدن از سر گرفته تا انگشت شست پا دیده می‌شود
همان لایه نازک دی اکسید تیانیوم که از تیانیوم در برابر خوردگی محافظت می‌کند، همچنین باعث می‌شود این فلز امنترین ماده برای کاشت داخل بدن انسان باشد.
تیتانیوم کاملا «از نظر زیستی سازگار» است یعنی فلزی غیر سمی و غیر آلرژیک است و حتی میتواند با بافت و استخوان انسان جوش بخورد.
تیتانیوم ماده جراحی انتخاب شده برای ایمپلنت مفاصل و استخوان، صفحههای جمجمهای، ریشههای ایمپلنتهای دندان، pegs برای چشم و گوشهای مصنوعی، دریچه‌های قلب، جوشهای ستون فقرات و حتی استنتهای میزنایی (لوله باریکی که ادرار را از کلیه‌ها به مثانه می‌برد میزنای یا حالب نام دارد) است.
تحقیقات نشان داده است که تیتانیوم سیستم ایمنی بدن را تحریک به رشد مستقیم استخوان روی سطح تیتانیوم می‌کند، فرآیندی که osseointegration (پیوند با استخوان) نام دارد.
دلایل دیگر استفاده از تیتانیوم برای جایگزینی مفصل ران و پینها برای استخوان‌های شکسته این است که تیتانیوم یک نسبت بالای استحکام به وزن دارد که باعث سبک وزنی ایمپلنتها می‌شود، علاوه بر این خاصیت ارتجاعی دقیقا مشابهی با استخوان انسان نشان می‌دهد!
5- از آن در چوب‌های گلف و سایر تجهیزات ورزشی استفاده می‌شود
چون قیمت تیتانیوم در اواخر قرن بیستم افت پیدا کرد، کارخانهها شروع به جستجو برای استفاده از این فلز جادویی در کاربردهای تجاری بیشتری کردند. استحکام و سبک وزنی تیتانیوم سبب استفاده از آن در ساخت تجهیزات ورزشی شده است.
اولین چوب‌های گلف تیتانیومی در اواسط دهه 90 میلادی وارد فروشگاه‌ها شدند از جمله یک درایور گلف غول‌پیکر ساخت شرکت Callaway به اسم Great Big Bertha. این چوب‌های گلف در مقایسه با درایورهای چوبی یا فولادی گرانقیمتتر بودند ولی موفقیت آنها باعث شد سایر شرکت‌های ساخت لوازم ورزشی به تیتانیوم رو آورند.
امروزه می‌توانید تیتانیوم را در هر نوع تجهیزات ورزشی که در آن وزن، استحکام و دوام مهم است پیدا کنید یعنی: راکت‌های تنیس، چوب بازی لاکراس، چوب اسکی، بدنه دوچرخه، چوب‌های بیسبال، تجهیزات پیاده‌روی و کوهنوردی، تجهیزات کمپ زدن و حتی کفش اسب‌سواری برای اسبسواران حرفه‌ای.
6- رنگ سفید (و تزئین خامه مانند روی کیک) در خود تیتانیوم دارد
تنها 5 درصد از 6.3 میلیون تولید سالیانه تیتانیوم به فلز آهنگری می‌شود. بخش عظیم آن به دی اکسید تیتانیوم تبدیل می‌شود، یعنی همان ماده‌ای که به صورت طبیعی از تیتانیوم در برابر خوردگی محافظت می‌کند.
از دی اکسید تیتانیوم در سراسر جهان به عنوان یک رنگ‌دانه سفیدکننده غیر سمی برای رنگ کردن، محصولات آرایشی، داروها و غذا از جمله تزئین سفید رنگ و خانه مانند روی کیک استفاده می‌شود.
رنگ سفید قبلا با یک رنگ‌دانه بر پایه سرب رنگ میشد ولی به دنبال بررسی اثرات سرب روی بدن، دی اکسید تیتانیوم جای آن را گرفت. بعدا مشخص شد که رنگدانههای بر پایه تیتانیوم ویژگیهای جالبی دارند.
نقاشان خانه رنگهای سفید بر پایه تیتانیوم را انتخاب می‌کنند چون ضد خورنده هستند و دوام بیشتری دارند. اکسید تیتانیوم فوق‌العاده خاصیت انکساری بالایی دارد، در نتیجه شکوه ظاهری آن از الماس زیباتر است و یک سایه به ویژه روشن از رنگ سفید به وجود میآورد.
اکسید تیتانیوم همچنین نور مادون قرمز را منعکس می‌کند و به همین دلیل است که رنگهای بر پایه تیتانیوم همیشه روی نمای خارجی رصدخانههای خورشیدی استفاده می‌شوند تا نور مادون قرمز که تصاویر را محو می‌کند را پخش کند.
منبع: science.howstuffworks.com
