ટિટેનિયમ

ટિટેનિયમ : આવર્ત કોષ્ટકના ચોથા (અગાઉના IVA) સમૂહનું રાસાયણિક ધાતુતત્વ સંજ્ઞા Ti. તે રાસાયણિક રીતે સિલિકોન અને ઝર્કોનિયમને મળતું આવે છે. પ્રથમ શ્રેણીના સંક્રમણ તત્વ તરીકે તે વેનેડિયમ અને ક્રોમિયમ સાથે પણ સમાનતા ધરાવે છે. વિપુલતાની ર્દષ્ટિએ ઍલ્યુમિનિયમ, આયર્ન અને મૅગ્નેશિયમ પછી નિર્માણાત્મક (structural) તત્વ તરીકે તેનું ચોથું અને સામાન્ય તત્વ તરીકે નવમું સ્થાન છે. પૃથ્વીના પોપડામાં તેનું પ્રમાણ 0.63 % જેટલું છે. ચંદ્ર પરથી લાવેલા નમૂનામાં તેનું પ્રમાણ વધુ છે. તે મુક્ત અવસ્થામાં મળી આવતું નથી. તે રુટાઇલ, ઇલ્મેનાઇટ, એનાટેઝ, બ્રુકાઇટ અને ટિટેનીફેરસ ખનિજ તરીકે મળી આવે છે. ભારતમાં ઇલ્મેનાઇટ પશ્ચિમમાં રત્નાગિરિથી પૂર્વમાં ઓરિસાના દરિયાકાંઠાની રેતીમાં મળી આવે છે. તેની ઉપલભ્ય અનામતો 7.675 કરોડ ટન જેટલી છે, જે મુખ્યત્વે કેરળ, તમિળનાડુ અને ઓરિસામાં જોવા મળે છે. ગુજરાતમાં તે વલસાડ પાસે તીથલના દરિયાકાંઠે મળી આવે છે. ટિટેનિયમના ઉત્પાદક દેશોમાં ઑસ્ટ્રેલિયા, બ્રાઝિલ, કૅનેડા, ફિનલૅન્ડ, મલેશિયા, નૉર્વે, અમેરિકા, રશિયા, ચીન, જાપાન અને ગ્રેટ બ્રિટનનો સમાવેશ થાય છે. 1791માં બ્રિટિશ પાદરી વિલિયમ ગ્રેગરે કૉર્નિશના દરિયાકિનારે મળી આવતી કાળી રેતી પર પ્રયોગ કરી તેમાં એક નવું તત્ત્વ છે તેમ જાહેર કર્યું. તેણે તેનું નામ ‘મેનેકનાઇટ’ પાડ્યું. 1795માં માર્ટિન એચ. ક્લૅપરૉથે તે એક નવા તત્વનો ઑક્સાઇડ છે તેમ નક્કી કરી તેને ‘ટિટેનિયમ’ નામ આપ્યું. ટિટેનિયમ ધાતુને પ્રથમ મેળવવાનું માન અમેરિકાની રેનસેલાયર પૉલિટૅક્નિક ઇન્સ્ટિટ્યૂટના એમ. એ. હંટર અને જનરલ ઇલેક્ટ્રિક કંપનીમાંના તેમના સાથીઓના ફાળે જાય છે; પણ ઉત્પાદનપદ્ધતિ શોધવાનું કાર્ય લક્સમબર્ગના વિલિયમ ક્રોલ(1932)ના ફાળે જાય છે. 1940માં તેમણે શોધી કાઢ્યું કે જ્યારે TiCl₄ને આર્ગનના વાતાવરણમાં Mg સાથે ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે Ti ધાતુ મળે છે.

Mgની જગ્યાએ Na પણ વાપરી શકાય. 1948માં ડ્યૂ પૉન્ટ કંપનીએ તેનું ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન શરૂ કર્યું. 1950થી અનેક જાપાની, બ્રિટિશ અને અમેરિકન કંપનીઓ તેનું હજારો ટન ઉત્પાદન કરે છે; જોકે તે સ્ટેનલેસ સ્ટીલ કરતાં મોંઘું પડે છે.

ટિટેનિયમ હલકી, મૃદુ (કઠિનતા 2.5 મોઝ), ભૂખરી-ચાંદી (silvery-grey) જેવી પ્રતન્ય (ductile) ધાતુ છે. તેનો પરમાણુક્રમાંક 22, ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના [Ar] 3d²4s², પરમાણુભાર 47.67, (સ્થિર સમસ્થાનિકો, 46, 47, 48, 49, 50, અસ્થિર સમસ્થાનિકો 45, 51) તથા વિ.ઘનતા 4.50 ગ્રામ/સે.મી.³, ગ. બિંદુ 1667° સે. અને ઉ. બિં. 3285° સે. તે  α- અને β- વિવિધ રૂપો (allotropes) ધરાવે છે. તેની મુખ્ય સંયોજકતા + 4 છે, પણ સાથે + 3  અને + 2 સંયોજકતા પણ બતાવે છે. ધાતુને 600° સે. તાપમાને હવામાં ગરમ કરતાં તે ઝળહળતા પ્રકાશ સાથે સળગે છે અને  TiO₂ આપે છે. હૅલોજન સાથે તે નીચે પ્રમાણે પ્રક્રિયા કરે છે :

Ti + 2X₂ → TiX₄

તે નાઇટ્રોજન સાથે નાઇટ્રાઇડ (TiN)  અને કાર્બન સાથે કાર્બાઇડ (TiC) આપે છે.

ધાતુનિષ્કર્ષણ : ક્રોલ(Kroll)ની પદ્ધતિમાં ઇલ્મેનાઇટ અથવા રુટાઇલને કલોરિન અને કાર્બન સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે.

ટિટેનિયમ ટેટ્રાક્લોરાઇડને FeCl₃ અને અન્ય અશુદ્ધિઓમાંથી વિભાગીય (fractional) નિસ્યંદન દ્વારા અલગ પાડવામાં આવે છે. તેનું બંધ (sealed) ભટ્ટીમાં પીગળેલા મૅગ્નેશિયમ વડે અપચયન કરવાથી ટિટેનિયમ ધાતુ મળે છે. પ્રક્રિયા અર્ગનના વાતાવરણમાં કરવામાં આવે છે, કારણ કે ઑક્સિજન અને નાઇટ્રોજન સાથે પીગળેલ Tiની પ્રક્રિયા થતાં તે બરફ બની જાય છે.

મિશ્રધાતુઓ : α-, β- અને α + β – તેમ ત્રણ પ્રકારની મિશ્રધાતુઓ બને છે. 5 % Al અને 2.5 % Sn યુક્ત α- મિશ્રધાતુ વિમાનઉદ્યોગમાં વપરાય છે. β મિશ્રધાતુ વધુ પ્રતન્ય હોય છે અને ગરમ કરવાથી વધુ મજબૂત (1379000 kPa, 2,00,000 psiથી વધુ) બનાવી શકાય છે; પણ તે વધુ મોંઘી હોવાથી અને તેનું ઉત્પાદન તકલીફવાળું હોવાથી તેમજ સાધારણ તાપમાને તે બરડ થઈ જતી હોવાથી તેનો ઉપયોગ નજેવો છે. આવી એક મિશ્રધાતુમાં 13 % V, 11 % Cr અને 3 % Al હોય છે. α-β, મિશ્રધાતુ મજબૂત હોવા ઉપરાંત ઉષ્મા-માવજત પ્રત્યે તે સાનુકૂળ પ્રતિભાવ આપે છે. અડધા ઉપરની Ti ધાતુ આમાં વપરાય છે. આવી એક વધુ વપરાતી મિશ્રધાતુમાં 6 % Al અને 4 % V હોય છે. તેનું તનનસામર્થ્ય (tensile strength) (8,27,280 kPaથી 12,41,100 kPa, 1,20,000થી 1,80,000 psi) જેટલી હોય છે.

ટિટેનિયમ મિશ્રધાતુઓ વિમાન-ઉદ્યોગમાં જેટ એન્જિન અને તેની ફ્રેમ ઉપરાંત યંત્રોના ભાગ બનાવવા, વહાણનાં બખ્તરિયાં આવરણ (armoured plate), ટર્બાઇનની બ્લેડ, વાઢકાપનાં ઉપકરણો અને અન્ય યંત્રો બનાવવામાં વપરાય છે.

ટિટેનિયમનાં સંયોજનો : ટિટેનિયમ ડાયૉક્સાઇડ TiO₂, ટિટેનિયમ સેસ્ક્વિ ઑક્સાઇડ Ti₂O₃ અને ટિટેનિયમ મૉનૉક્સાઇડ TiO એટલાં સંયોજનો જાણવા મળ્યાં છે. TiO₂ ખનિજ તરીકે મળી આવે છે અને અગત્યનું સંયોજન છે. તે સફેદ ભૂકારૂપ પદાર્થ છે. પાણીમાં અદ્રાવ્ય છે અને સહેલાઈથી પીગળતો નથી. ગરમ કરતાં તે કાળો પડી જાય છે. ક્લોરિન વાયુ અને કાર્બન સાથે તે TiCl₄ આપે છે. TiCl₄ રંગહીન પ્રવાહી છે અને હવામાં ધુમાડા ઉત્પન્ન કરે છે. TiCl₃ અસ્થિર, જાંબુડિયા રંગના સ્ફટિક રૂપે મળે છે. તે રાસાયણિક વિશ્ર્લેષણમાં અપચયનકર્તા તરીકે તથા કાપડ પરના ડાઘ દૂર કરવામાં વપરાય છે. MgTiO₃, SrTiO₃, BaTiO₃ જેવાં આલ્કલાઇન મૃદ્ટિટેનેટ પણ જાણીતા છે. BaTiO₃ લોહવૈદ્યુત (ferro-electric) ગુણધર્મ ધરાવે છે. ટિટેનિયમનાં આલ્કોહૉલ અને અન્ય કાર્બનિક સંયોજનો સાથેનાં સંયોજનો જાણીતાં છે. TiX₆^2– પ્રકારનાં સંકીર્ણો જાણીતાં છે. તે ઉપરાંત નારંગી રંગનો પૅરૉક્સિઆયન TiO₂ (SO₄)₂^2– અને H₄TiO₅ ઍસિડ પણ જાણીતા છે. ટિટેનિયમનાં સંયોજનો પૈકી ટિટેનિયમ ડાયૉક્સાઇડ રંગઉદ્યોગમાં બહોળા પ્રમાણમાં વપરાય છે, કારણ કે તે વધુ આચ્છાદનશક્તિ (covering power) ધરાવે છે અને તે કાળું પડતું નથી. તે ભોંય અસ્તર(floor coverings)માં, કાગળની બનાવટમાં પૂરક તરીકે, પ્લાસ્ટિક-ઉદ્યોગમાં, પોર્સલિનને ચળકાટ આપવા, સફેદ રબર અને વેલ્ડિંગના સળિયા બનાવવામાં વપરાય છે. બેરિયમ ટિટનેટ, ટેલિવિઝન અને રડાર સેટમાં તથા માઇક્રોફોન અને રેકર્ડપ્લેયરના પિકઅપમાં વપરાય છે. ટિટેનિયા સ્ફટિકને કાપી પૉલિશ કરવામાં આવે છે ત્યારે તે હીરા કરતાં વધુ ચળકાટ ધરાવતો દેખાય છે. પણ તે હીરા જેટલો સખત નથી. ટિટેનિયમ ક્લૉરાઇડ ધૂમ્ર-પટલ (smoke screen) રચવા માટે વપરાય છે. ટિટેનિયમયુક્ત મિશ્રધાતુઓ મજબૂત, હલકી અને ક્ષારણરોધક (corrosion resistant) હોવાથી જો તેમને સ્ટેનલેસ સ્ટીલ કરતાં સસ્તી બનાવી શકાય તો તે બસ, રેલવે, ટ્રક, મોટરકાર વગેરે વાહનો અને દરિયાઈ યંત્રોના ભાગો બનાવવામાં વાપરી શકાય. ટિટેનિયમ ધાતુયુક્ત ઉદ્દીપક (C₂H₅)₂TiCl₂Al(C₂H₅)₂ નીચા તાપમાને થતા ઇથિલીનના બહુલીકરણમાં (ઝિગ્લર વિધિમાં) વપરાય છે. ટિટેનિયમનાં એસ્ટર કાપડને જલરોધક (waterproof) બનાવવા, જ્યારે TiCl₂ (O₂ C₂ H₃)₂ સુતરાઉ કાપડને જ્વાલામંદક (flame retardant) બનાવવામાં વપરાય છે. Ti એસિટાઇલ એસિટોનેટ લૅકર્સમાં વપરાય છે.

પ્રવીણસાગર સત્યપંથી