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Acesso em 18/05/2024 às 20h32.

Elementos Químicos – Titânio

Elementos Químicos – Titânio

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Um titã que alia força e leveza

 

Resistente à corrosão, o titânio é utilizado em jatos e barcos. Foto: Julius Silver/ Pexels

 

Em 1791, William Gregor, vigário e químico amador da Cornualha, na Inglaterra, decidiu estudar a areia escura que retirou do rio Helford, próximo de onde morava. Com um ímã ele obteve um material negro, hoje chamado ilmenita (FeTiO3, ou óxido natural de ferro e titânio), de onde extraiu o ferro usando ácido clorídrico. O resíduo, que dissolveu com dificuldade em ácido sulfúrico concentrado, era o óxido impuro de um novo elemento, até então desconhecido. A sequência dessas reações, desenvolvidas por Gregor, foi a base do processo de produção do dióxido de titânio (TiO2) por séculos. Quatro anos após a descoberta inicial, em 1795, o químico alemão Martin Klaproth descobriu o mesmo óxido em uma amostra de minério que hoje sabe-se ser rutilo (dióxido de titânio, TiO2), e deu a ele o nome de titânio [1].

Segundo a mitologia grega, existiam 12 deuses titãs, filhos de Urano, deus do céu, e de Gaia, deusa da terra, que eram os antepassados dos deuses olímpicos e dos seres mortais [2]. Esses poderosos deuses da mitologia grega inspiraram Klaproth a dar o nome de titânio ao elemento que ele isolou, e que se tornaria um dos mais populares da tabela periódica [1].

O nome titânio representa a força, e ressalta o fato de que esse metal tem tremenda resistência, e por isso é usado em motores de jatos, foguetes, barcos e muito mais. Como é resistente à corrosão e não causa alergia, também é usado em próteses, implantes dentários e joias corporais, como piercings [3].

Características únicas

Titânio está presente em foguetes e mísseis

O titânio é leve e tão forte quanto o aço. Ele não sofre corrosão quando entra em contato com a água do mar e por isso é usado em submarinos, eixos de hélices, cascos de navios e outras partes de barcos, e também em usinas de dessalinização de água. Suas ligas com alumínio, molibdênio e ferro são usadas na fabricação de aviões, mísseis e foguetes por causa da sua baixa densidade (4,5 g.cm-3) e capacidade de resistir a temperaturas extremas. O titânio está presente sempre que força, leveza e resistência a altas temperaturas forem importantes, independentemente do alto custo [4].

O metal também está presente em laptops, bicicletas e muletas. As usinas de geração de energia usam condensadores de titânio em suas chaminés por causa de sua resistência [4].

Como não apresenta rejeição, quando presente no corpo humano, ele é usado em articulações de quadril, pinos para fixar ossos e outros implantes biológicos. O titânio não tem qualquer papel biológico conhecido e não é considerado tóxico [3,4].

O símbolo do titânio é Ti e seu número atômico é 22. Ele faz parte do Grupo 4 da Tabela Periódica, e é classificado como metal de transição. O titânio apresenta três estados de oxidação: +2, +3 e +4, sendo este último o mais comum [5].

O titânio é o segundo metal de transição mais abundante na crosta terrestre, depois do ferro, e possui muitas propriedades valiosas: é tão forte quanto o aço, mas tem cerca de metade de sua densidade; é resistente à corrosão e possui alto ponto de fusão (1670°C) [4,6].

O titânio é o nono elemento mais abundante na Terra. Ele está presente em rochas ígneas, que são formadas a partir do magma expelido por vulcões, e nos sedimentos deixados por estas rochas. O elemento é encontrado na natureza somente na forma combinada. Ele ocorre nos minerais ilmenita (FeTiO3), rutilo (TiO2), e esfeno (CaTiSiO5), e está presente em titanatos, compostos inorgânicos onde predominam os óxidos de titânio [4,6].

 

Amostra do titânio. Foto: Wikimedia Commons

O processo Kroll é o mais utilizado para a produção industrial do titânio. Nesse processo, os minérios de titânio são tratados com gás cloro e carbono para se obter inicialmente o tetracloreto de titânio (TiCl4), que, após a remoção de impurezas através de um processo de destilação, é reduzido por reação com magnésio, a altas temperaturas, obtendo-se assim o titânio na forma metálica [7].

O titânio metálico e a esponja de titânio, que é a forma porosa do metal, são os produtos finais dos concentrados de titânio. A maior parte desses concentrados destina-se à obtenção de pigmento (TiO2) capaz de branquear, conferir luminosidade e opacidade a uma variedade de produtos, tais como plásticos, papel, borrachas, cosméticos, produtos farmacêuticos e tintas [7].

Assista ao vídeo produzido pela Universidade de Nottingham, no Reino Unido, e disponibilizado no canal de YouTube Periodic Table of Videos:

 

 

Usos do titânio como protetor solar, pigmentos, revestimentos e aditivos


Apesar das propriedades importantes do titânio, ele não é utilizado mais amplamente por causa de seu alto custo de obtenção e refino.

Aproximadamente 95% do titânio produzido no planeta é consumido na forma de dióxido de titânio (TiO2), um pigmento branco amplamente utilizado em tintas para residências, tintas artísticas, esmaltes, em plásticos, como revestimento de superfícies em papel e como enchimento de borrachas. Ele é um pigmento branco vivo com excelente poder de cobertura. Também é um bom refletor de radiação infravermelha e por isso é usado em observatórios solares onde o calor prejudica a visibilidade [1,4,8].

O dióxido de titânio também é muito usado em protetores solares porque evita que os raios ultravioleta penetrem na pele e também porque suas nanopartículas ficam invisíveis quando aplicadas sobre ela. Ele também está na composição de muitos produtos brancos, como medicamentos e pastas de dente, e na indústria de alimentos como aditivo utilizado para branqueamento em confeitaria, queijos, glacês e coberturas [4].

A produção mundial de concentrados minerais de titânio chegou a 8,2 milhões de toneladas em 2020, sendo Austrália, China e África do Sul os maiores produtores. Houve diminuição na demanda de pigmentos de dióxido de titânio (TiO2) usados em tintas, papéis e plásticos no primeiro semestre de 2020 devido à queda da atividade econômica causada pela pandemia de covid-19 naquele ano, mas os produtores de titânio reportaram aumento da demanda a partir do segundo semestre, principalmente por causa da demanda na produção de tintas e revestimentos de superfícies. Em 2019, o Brasil produziu cerca de 145.000 toneladas de concentrado de titânio [9,10].


Referências

[1] – Greenwood N.; Earnshaw A. Chemistry of the Elements. 2. Ed. Butterworth1997.

[2] – Mitologia grega. Infoescola. Disponível em https://www.infoescola.com/mitologia/titas-mitologia-grega/. Acesso em 26/01/2022.

[3] – Gray T. Os elementos, uma exploração visual dos átomos conhecidos no universo. 1.ed. 2011. Blucher.

[4] – Titânio. Periodic Table. Disponível em https://www.rsc.org/periodic-table/element/22/titanium. Acesso em 20/01/2022.

[5] – Titânio. Brasil escola. Disponível em https://brasilescola.uol.com.br/quimica/titanio.htm. Acesso em 24/01/2022.

[6] – Weller M.; Overton T.; Rourke J.; Armstrong F. Química Inorgânica. 6. Ed. Bookman, 2017.

[7] – Minerais de Titânio. Centro de Tecnologia Mineral. http://mineralis.cetem.gov.br/bitstream/cetem/1141/1/37._Minerais_de_Titânio_revisado.pdf. Acessado em 28/04/2022.

[8] – National Minerals Information Center. U.S. Geological Survey. Disponível em https://www.usgs.gov/centers/national-minerals-information-center/titanium-statistics-and-information. Acesso em 24/01/2022.

[9] – Titanium mineral concentrates. U.S. Geological Survey. Disponível em https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2021/mcs2021.pdf. Acesso em 27/01/2022.

[10] – Contexto Histórico e Potencialidades do Titânio no Brasil. In the Mine. Acesso em 25/01/2022.

ATENÇÃO! Os experimentos com substâncias químicas mostrados nos vídeos aqui incluídos só devem ser reproduzidos na presença de um profissional ou professor de química, e em ambiente controlado. Não tente reproduzir esses experimentos por conta própria.

Artigo produzido pela Assessoria de Comunicação e Marketing do CRQ-IV,
sob orientação técnica de Karem Soraia Garcia Marquez, docente
do Centro Universitário Fundação Santo André.
Publicado em 05/09/2022

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