티타늄(타이타늄) 원소의 성질과 이용

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원소의 성질과 이용

 

󰋯  원자번호：22

󰋯  족：4족(4주기)

󰋯  원자량：47.867

󰋯  밀도：4.506 g·cm-3

󰋯  각 전자궤도의 전자 수：2, 8, 10, 2

󰋯  mp：1,668℃ / 󰋯  bp：3,287℃

 

근년에 와서 값이 비싸더라도 단단하면서 가벼워야 할 물건이라면 모두 티타늄으로 만들고 있다. 전이금속에 속하는 티타늄은 영국의 광물학자 그레고르(William Gregor 1761-1817)가 1791년에 처음 발견했다.  

 

티타늄(타이타늄)이라는 이름은 그리스 신화에 나오는 신의 이름 ‘타이탄’(Titans)에서 따온 것이다. 티타늄은 지각의 0.6%를 차지할 정도로 널리 분포하며, 금홍석(rutile)이나 일메나이트(ilmenite)라 불리는 광물에 산화티타늄(TiO2) 상태로 다량 포함되어 있다. 오스트레일리아, 남아프리카, 캐나다는 대표적인 산화티타늄 산지이다.

 

티타늄은 은백색의 가공하기 쉬운 금속으로. 얇게 펴거나 가늘게 뽑을 수 있는 성질을 가졌다. 티타늄 광물로부터 순수한 티타늄을 추출해온 과거의 방법(Kroll process, Hunter process)은 비용이 많이 들었다. 그러나 지난 2,000년 캠브리지 대학의 조지 첸(George Chen)의 연구팀이 전기분해 방법을 써서 매우 경제적으로 순수 분리하는 방법을 개발하였다.

 

 

​스포츠 용구를 비롯한 티타늄의 이용도

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티타늄은 철의 40% 정도로 가볍지만 매우 단단하고 화학적으로 부식에 강한 성질을 가졌다. 그러므로 철이나 알루미늄, 바나듐, 몰리브덴 등과의 티타늄 합금은 매우 단단하고 가볍다. 그렇기 때문에 티타늄 합금은 미사일, 우주선, 잠수함, 로켓이나 제트 엔진의 구조물 등을 만드는 이상적인 재료가 되었다. 예를 들자면, 보잉747 제트기 1대를 제조하는데 약 4,500kg의 티타늄이 소비되고 있다.

 

근래에는 티타늄 합금으로 만든 스포츠용 자전거가 비싼 값에도 불구하고 큰 인기를 끌고 있다. 또한 화학물질에 잘 변하지 않는 성질 때문에 병원에서는 의수족, 이빨 임플랜트, 인공심장 밸브, 보청기, 의안(義眼) 등의 제조에 이용한다. 티타늄으로 만든 귀걸이라든가 시계는 피부 알레르기를 일으키지 않아 인기를 얻고 있다. 특히 정유공장이라든가, 해수 담수화공장, 제지공장 등에서 잘 이용하고 있으며, 자동차 실린더, 드릴의 날, 휴대전화 부속, 골프 채 등의 제조에도 다량 사용된다.

 

티타늄 화합물인 산화티타늄은 반짝이는 흰색이다. 그래서 산화티타늄 가루는 흰색 페인트라든가 종이, 플라스틱 제조에 쓰인다. 티타늄의 다른 중요 화합물인 사염화티타늄(TiCl4)은 무색의 액체이다. 이것을 공기 중에 뿌리면 산화티타늄이 생겨나 짙은 희색의 구름처럼 된다. 제2차 세계대전 때는 적의 시야를 가리는 연막탄으로 사염화티타늄을 이용했다. 티타늄의 용도는 점점 다양하게 개발되고 있다.

 

 

전이금속원소의 특성