Unterschied zwischen Wolfram und Titan

Wolfram

Nomenklatur, Ursprung und Entdeckung

Wolfram stammt aus dem schwedischen Tung Sten, oder "schwerer Stein". Es wird durch das Symbol W repräsentiert, wie es in vielen europäischen Ländern als Wolfram bekannt ist. Dies kommt aus dem Deutschen für "Wolfsschaum", da frühe Zinnminen bemerkten, dass ein Mineral, das sie als Wolframit bezeichneten, den Zinnertrag reduzierte, wenn es in Zinnerz vorhanden war. Daher schien es, als würde Zinn wie ein Wolf Schafe verschlingen. [ich]

1779 untersuchte Peter Woulfe Sheelit aus Schweden und entdeckte, dass es ein neues Metall enthielt. Zwei Jahre später reduzierte Carl Wilhelm Scheele die Wolframsäure aus diesem Mineral und isolierte ein saures weißes Oxid. Zwei Jahre später isolierten Juan und Fausto Elhuyar im spanischen Vergara dasselbe Metalloxid aus einer identischen Säure, die aus Wolframit reduziert war. Sie erhitzten das Metalloxid mit Kohlenstoff und reduzierten es zu Wolframmetall.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Wolfram ist ein glänzendes, silberweißes Metall und hat die Ordnungszahl 74 im Periodensystem der Elemente und ein Standardatomgewicht (A_r) vom 183.84. [ii]

Es hat den höchsten Schmelzpunkt aller Elemente, eine extrem hohe Dichte und ist sehr hart und stabil. Es hat den niedrigsten Dampfdruck, den niedrigsten Wärmeausdehnungskoeffizienten und die höchste Zugfestigkeit aller Metalle. Diese Eigenschaften beruhen auf den starken kovalenten Bindungen zwischen Wolframatomen, die durch 5d-Elektronen gebildet werden. Die Atome bilden eine kubisch raumzentrierte Kristallstruktur.

Wolfram ist auch leitfähig, relativ chemisch inert, hypoallergen und besitzt Strahlungsabschirmungseigenschaften. Die reinste Form von Wolfram ist leicht verformbar und wird durch Schmieden, Extrudieren, Ziehen und Sintern bearbeitet. Beim Extrudieren und Ziehen wird heißes Wolfram durch eine "Düse" (Form) gedrückt bzw. gezogen, während beim Sintern Wolframpulver mit anderen pulverförmigen Metallen gemischt wird, um eine Legierung herzustellen.

Kommerzielle Verwendungen

Wolframlegierungen sind extrem hart, wie etwa Wolframkarbid, das mit Keramik zu "Schnellarbeitsstahl" kombiniert wird - hier werden Bohrer, Messer und Schneid-, Säge- und Fräswerkzeuge hergestellt. Diese werden in der Metall-, Bergbau-, Holz-, Bau- und Erdölindustrie eingesetzt und machen 60% des kommerziellen Einsatzes von Wolfram aus.

Wolfram wird in Heizelementen und Hochtemperaturöfen eingesetzt. Es findet sich auch in Vorschaltgeräten in Flugzeugschwänzen, Yachtkielen und Rennwagen sowie in Gewichten und Munition.

Kalzium- und Magnesiumwolframate wurden früher häufig für Filamente in Glühlampen verwendet, gelten jedoch als ineffizient. Wolframlegierungen werden jedoch in supraleitenden Niedertemperaturschaltungen verwendet.

Kristallwolframate werden in der Kernphysik und Nuklearmedizin, Röntgen- und Kathodenstrahlröhren, Lichtbogenschweißelektroden und Elektronenmikroskopen eingesetzt. Wolframtrioxid wird in Katalysatoren verwendet, wie sie in Kraftwerken verwendet werden, die mit Kohle betrieben werden. Andere Wolframsalze werden in der Chemie- und Gerbereiindustrie eingesetzt.

Einige Legierungen werden als Schmuckstücke verwendet, während andere dafür bekannt sind, Permanentmagnete zu bilden, und einige Superlegierungen werden als verschleißfeste Beschichtungen verwendet.

Wolfram ist das schwerste Metall, das eine biologische Rolle spielt, jedoch nur bei Bakterien und Archaeen. Es wird von einem Enzym verwendet, das Carbonsäuren zu Aldehyden reduziert. [iii]

Titan

Nomenklatur, Ursprung und Entdeckung

Titan leitet sich vom Wort "Titans" ab, Söhnen der Erdgöttin in der griechischen Mythologie. Reverend William Gregor, ein Amateurgeologe, bemerkte, dass schwarzer Sand von einem Bach in Cornwall 1791 von einem Magneten angezogen wurde. Er analysierte es und lernte, dass der Sand Eisenoxid enthielt (was den Magnetismus erklärt) sowie ein Mineral, das als Menachanit bekannt ist und von dem er ableitete, dass es aus einem unbekannten weißen Metalloxid bestand. Dies berichtete er der Royal Geological Society of Cornwall.

Im Jahr 1795 untersuchte der preußische Wissenschaftler Martin Heinrich Klaproth aus Boinik ein rotes Erz namens Schörl aus Ungarn und nannte das Element des unbekannten Oxids, das es enthielt, Titan. Er bestätigte auch das Vorhandensein von Titan in Menachanit.

Die Verbindung TiO₂ ist ein Mineral, das als Rutil bekannt ist. Titan kommt auch in den Mineralien Ilmenit und Sphen vor, die hauptsächlich in magmatischen Gesteinen und Sedimenten vorkommen, aber auch in der gesamten Lithosphäre der Erde verbreitet sind.

Reines Titan wurde zuerst von Matthew A. Hunter im Jahr 1910 am Rensselaer Polytechnic Institute durch Erwärmen von Titantetrachlorid (hergestellt durch Erhitzen von Titandioxid mit Chlor oder Schwefel) und Natriummetall im sogenannten Hunter-Verfahren hergestellt. William Justin Kroll reduzierte dann 1932 Titantetrachlorid mit Calcium und verfeinerte den Prozess später mit Magnesium und Natrium. Dies ermöglichte die Verwendung von Titan außerhalb des Labors, und das heute als Kroll-Verfahren bezeichnete Verfahren wird noch heute kommerziell eingesetzt.

Titan von sehr hoher Reinheit wurde 1925 in geringen Mengen von Anton Eduard van Arkel und Jan Hendrik de Boer im Iodid- oder Kristallbarrenverfahren hergestellt, indem Titan mit Iod umgesetzt wurde und die gebildeten Dämpfe über einem heißen Filament getrennt wurden. [Iv]

Physikalische und chemische Eigenschaften

Titan ist ein hartes, glänzendes, silberweißes Metall, das durch das Symbol Ti im Periodensystem dargestellt wird. Es hat die Ordnungszahl 22 und ein Standardatomgewicht (A_r) von 47.867. Die Atome bilden eine hexagonale, dicht gepackte Kristallstruktur, die dazu führt, dass das Metall so stark wie Stahl ist, jedoch weniger dicht ist. Tatsächlich hat Titan das höchste Verhältnis von Festigkeit zu Dichte aller Metalle.

Titan ist in einer sauerstofffreien Umgebung duktil und kann aufgrund seines relativ hohen Schmelzpunktes extremen Temperaturen standhalten. Es ist nicht magnetisch und hat geringe elektrische und thermische Leitfähigkeiten.

Das Metall ist korrosionsbeständig in Meerwasser, saurem Wasser und Chlor sowie ein guter Reflektor für Infrarotstrahlung. Als Photokatalysator setzt er in Gegenwart von Licht Elektronen frei, die mit Molekülen zu freien Radikalen reagieren, die Bakterien abtöten. [v]

Titan verbindet sich gut mit dem Knochen und ist nicht toxisch, obwohl feines Titandioxid ein Karzinogen ist. Zirkonium, das häufigste Titanisotop, hat viele verschiedene chemische und physikalische Eigenschaften.

Kommerzielle Verwendungen

Titan wird am häufigsten in Form von Titandioxid verwendet, das ein Hauptbestandteil eines hellen weißen Pigments ist, das in Farben, Kunststoffen, Emails, Papier, Zahnpasta und dem Lebensmittelzusatzstoff E171 zu finden ist, der Süßwaren, Käse und Eiscremes weißt. Titanverbindungen sind Bestandteil von Sonnenschutz- und Rauchschutzmitteln, werden in der Pyrotechnik eingesetzt und verbessern die Sichtbarkeit in Sonnenobservatorien. [vi]

Titan wird auch in der chemischen und petrochemischen Industrie sowie bei der Entwicklung von Lithiumbatterien verwendet. Bestimmte Titanverbindungen bilden Katalysatorkomponenten, beispielsweise solche, die bei der Herstellung von Polypropylen verwendet werden.

Titan ist bekannt für seine Verwendung in Sportgeräten wie Tennisschlägern, Golfschlägern und Fahrradrahmen sowie elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen und Laptops. Seine chirurgischen Anwendungen umfassen den Einsatz in orthopädischen Implantaten und medizinischen Prothesen.

Wenn es mit Aluminium, Molybdän, Eisen oder Vanadium legiert wird, wird Titan zum Beschichten von Schneidwerkzeugen und Schutzbeschichtungen oder sogar in Schmuck oder als dekorative Ausrüstung verwendet. TiO₂ Beschichtungen auf Glas- oder Fliesenoberflächen können Infektionen in Krankenhäusern vermindern, das Beschlagen von Seitenspiegeln in Kraftfahrzeugen verhindern und den Schmutz auf Gebäuden, Gehwegen und Straßen verringern.

Titan ist ein wichtiger Bestandteil von Bauten, die Meerwasser ausgesetzt sind, wie Meerwasserentsalzungsanlagen, Schiffs- und U-Boot-Rümpfen und Propellerwellen sowie Kondensatorenrohren von Kraftwerken. Andere Anwendungen umfassen die Herstellung von Komponenten für die Luft- und Raumfahrt- und Transportindustrie sowie für das Militär, wie z. B. Flugzeuge, Raumfahrzeuge, Raketen, Panzerungen, Motoren und hydraulische Systeme. Es wird geforscht, um die Eignung von Titan als Lagerbehälter für Atommüll zu bestimmen. iv

Hauptunterschiede zwischen Wolfram und Titan

• Wolfram stammt aus den Mineralien Scheelit und Wolframit. Titan ist in den Mineralien Ilmenit, Rutil und Sphen enthalten.
• Wolfram wird hergestellt, indem Wolframsäure aus dem Mineral reduziert wird, das Metalloxid isoliert und durch Erhitzen mit Kohlenstoff zu Metall reduziert wird. Titan wird hergestellt, indem Titantetrachlorid durch Chlorid- oder Sulfatverfahren gebildet und mit Magnesium und Natrium erhitzt wird.
• Wolfram ist im Periodensystem die Nummer 74 mit einem relativen Atomgewicht von 84. Titan ist die Nummer 22 mit einem relativen Atomgewicht von 47,867.
• Wolframatome bilden eine kubisch raumzentrierte Kristallstruktur. Titanatome bilden eine hexagonale, dicht gepackte Kristallstruktur.
• Wolfram ist extrem stark, hart und dicht. Titan ist sehr fest und hart und hat eine viel geringere Dichte.
• Wolfram ist leicht magnetisch und leicht elektrisch leitend. Titan ist nicht magnetisch und weniger elektrisch leitfähig.
• Wolfram ist in Salzwasser nicht so korrosionsbeständig wie Titan und kein Photokatalysator wie Titan.
• Wolfram hat eine biologische Rolle, Titan jedoch nicht.
• Wolfram ist in seiner reinsten Form formbar. Titan ist in einer sauerstofffreien Umgebung duktil.

Wolfram wird in Heizelementen, Gewichten, supraleitenden Niedertemperaturschaltkreisen verwendet und findet Anwendungen in der Kernphysik und in Elektronen emittierenden Bauelementen. Titan wird in Weißpigmenten, Sportgeräten, chirurgischen Implantaten und Meeresstrukturen verwendet.