Todo sobre el titanio: Propiedades y aplicaciones

El titanio es muy especial. Es tan fuerte como algunos tipos de acero, pero es mucho más ligero. Tampoco se oxida. Vamos a ver qué hace que el titanio y sus aleaciones sean tan útiles. Se utilizan para todo, desde aviones hasta piezas médicas que van dentro del cuerpo. Quédate conmigo y te mostraré por qué es bueno saber sobre este increíble metal.

Índice

¿Cómo se descubrió el titanio por primera vez?

Déjame contarte una historia de allá por 1791. Un hombre llamado William Gregor en Gran Bretaña encontró arena negra extraña cerca de un arroyo. Era un líder de la iglesia que estudiaba rocas como pasatiempo. Vio que un imán tiraba de la arena. Después de estudiarla, descubrió que tenía óxido de hierro. También tenía otro óxido de metal blanco que no conocía. Había encontrado un nuevo elemento químico. Unos años más tarde, en 1795, un científico alemán llamado Martin Heinrich Klaproth encontró este elemento de nuevo por su cuenta. Lo encontró en un mineral llamado rutilo. Klaproth le dio el nombre de titanio. Lo nombró en honor a los poderosos Titanes de la mitología griega.

Es curioso pensar que este metal tan útil estuvo a nuestro alrededor durante tanto tiempo. Es el noveno elemento más abundante en el suelo que pisamos. Se puede encontrar en la mayoría de las rocas ígneas y en la tierra. Aunque hay mucho, pasaron más de 100 años desde que se encontró antes de que pudiéramos obtener titanio metálico en forma pura. La primera persona en hacerlo fue Matthew A. Hunter en 1910. Encontró una forma de calentar tetracloruro de titanio con sodio. Esto finalmente separó el elemento metálico puro. Esto demuestra lo reactivo que puede ser el titanio. También muestra por qué fue tan difícil separarlo de otras cosas.

¿Qué hace que el titanio sea tan fuerte y también tan ligero?

Cuando hablo de cómo es el titanio, siempre empiezo con su increíble fuerza para su peso. Tiene la mejor relación resistencia-peso de cualquier elemento metálico. En su estado puro, el titanio puro es tan fuerte como algunos tipos comunes de acero. Pero es mucho menos pesado. Esto significa que obtienes mucha fuerza sin mucho peso. Es un poco más pesado que el aluminio, pero es más del doble de fuerte que una aleación de aluminio muy común. En la tabla periódica, verás el titanio con las letras Ti. Su número atómico es 22. Es un metal de transición, y eso le da algunas de sus características especiales.

Tener alta resistencia y ser ligero al mismo tiempo es muy importante para muchos trabajos. Piénsalo. Puedes hacer piezas que sean tan fuertes como las piezas de acero pero mucho más ligeras. Esto es muy importante en el mundo aeroespacial, donde cada libra que puedes ahorrar es útil. Pero sus puntos buenos no se detienen ahí. El titanio también es fácil de moldear, especialmente cuando no hay oxígeno alrededor. También tiene un alto punto de fusión. No es bueno para transportar calor o electricidad, lo que puede ser algo bueno en algunos casos. Estas cosas que hacen que el titanio sea tan especial son lo que nos permite usar el titanio de tantas maneras geniales.

¿Cómo obtenemos metal de titanio puro?

Obtener titanio puro no es tan fácil como desenterrarlo. El elemento suele estar en minerales como la ilmenita y el rutilo. La parte difícil es que el titanio es muy reactivo, especialmente cuando se calienta. Le gusta unirse con oxígeno, nitrógeno y carbono. Debido a que es tan reactivo, obtener el metal es un trabajo difícil. No puedes simplemente derretirlo con carbono como lo haces con el hierro. Eso haría carburo de titanio, no el metal puro que queremos.

La principal forma en que lo hacemos hoy en día se llama el proceso Kroll. Fue creado por William Kroll en la década de 1940. Tiene muchos pasos. Comienza haciendo tetracloruro de titanio a partir de mineral de titanio. Este líquido se limpia entonces. Luego, se mezcla con magnesio en un horno sellado a muy alta temperatura. El magnesio quita el cloruro. Esto deja atrás un material que parece una esponja, llamado esponja de titanio. Esta esponja se tritura, se prensa y se funde en un horno especial para hacer un bloque sólido de titanio metálico. Es un proceso difícil y costoso. Esa es una de las razones por las que el titanio y sus aleaciones pueden costar más que otros metales.

¿Qué es el dióxido de titanio, exactamente?

Puede que te sorprenda saber que la mayor parte del mineral de titanio que desenterramos no se utiliza para fabricar titanio metálico. La mayor parte se utiliza para fabricar dióxido de titanio (TiO2). Este es un polvo de color blanco muy brillante. Cuando ves pintura blanca brillante, plásticos, papel o incluso pasta de dientes, probablemente estés viendo dióxido de titanio. Es muy bueno para ocultar o cubrir otros colores. Lo he visto usado en todo, desde pintura para casas hasta los recubrimientos de las píldoras de medicamentos.

Además de ser utilizado como color blanco, el dióxido de titanio tiene algunos otros usos interesantes. Como partículas muy pequeñas, se utiliza en protectores solares. Es muy bueno para bloquear los rayos UV dañinos del sol. Las nanopartículas de dióxido de titanio son tan pequeñas que no se pueden ver como blancas en la piel, pero aún así brindan una gran protección. También se utiliza para ayudar a limpiar el aire y el agua. Entonces, aunque a menudo hablamos de la fuerza del titanio metálico y las aleaciones, el compuesto óxido de titanio es una gran parte de nuestras vidas en formas que quizás ni siquiera veamos.

¿Qué son las aleaciones de titanio y por qué las usamos?

El titanio puro es genial por sí solo. Pero podemos hacerlo aún mejor mezclándolo con otros elementos. Esto crea aleaciones de titanio. Una aleación es un metal mezclado con otras cosas para mejorarlo. Para el titanio, a menudo agregamos cosas como aluminio, vanadio, molibdeno y níquel. Agregar estos puede hacer que el metal sea mucho más fuerte, resistente y de mejor rendimiento. La más utilizada de todas las aleaciones de titanio es el Grado 5. También se conoce como Ti-6Al-4V. Tiene 6% de aluminio y 4% de vanadio.

Hay diferentes tipos de aleaciones de titanio. Las principales son las aleaciones alfa, beta y alfa-beta. Esto solo habla de cómo están dispuestos los átomos dentro del metal. Puede sonar un poco técnico, pero esto es lo que les da a los diferentes grados de aleación de titanio sus características especiales. Por ejemplo, algunas aleaciones están hechas para una resistencia muy alta. Otras están hechas para funcionar mejor en lugares calientes o para tener una mejor resistencia a la corrosión. Al hacer estas diferentes aleaciones de titanio y titanio, podemos hacer que el material sea justo para un determinado trabajo. Podría ser para una pieza de motor a reacción o un implante médico.

¿Por qué es el titanio tan importante para los aviones y las naves espaciales?

Cuando pienso en las aplicaciones del titanio, lo primero que pienso es en la industria aeroespacial. Las personas que fabrican aviones siempre están tratando de hacerlos más ligeros y usar menos combustible. Esto hace que el titanio sea un material perfecto. Debido a que es fuerte pero no pesado, las piezas de titanio pueden ser más ligeras que las piezas de acero pero aún así ser igual de fuertes. Alrededor de dos tercios de todo el titanio metálico que se fabrica se utiliza en motores y cuerpos de aviones. Puedes encontrarlo en partes muy importantes como el tren de aterrizaje, las partes del motor y el marco principal del avión.

Lo bien que funcionan los motores a reacción depende mucho de los materiales de los que están hechos. Las piezas del motor deben soportar temperaturas muy altas y mucha tensión. Las aleaciones de titanio son perfectas para esto. Mantienen su fuerza cuando se calientan y tienen una gran resistencia a la corrosión. Esto los hace ideales para las palas del ventilador, los discos y las carcasas del motor. A medida que se diseñan nuevos aviones con más materiales nuevos, es probable que el uso de titanio crezca aún más. Esto lo convierte en un material clave para volar hoy en día.

¿Realmente se puede usar titanio para piezas médicas dentro del cuerpo?

Sí, puedes. Y es una de las aplicaciones más asombrosas del titanio. El cuerpo humano puede ser un lugar difícil para los materiales del exterior. Pero el titanio es muy amigable con el cuerpo. Esto significa que no es venenoso y el cuerpo no intenta combatirlo. De hecho, el cuerpo lo acepta tan bien que el hueso puede crecer sobre un implante de titanio. Esto se llama osteointegración. Este poder especial hace que los implantes de titanio sean muy estables y duraderos.

Verás que el titanio se usa ampliamente en los hospitales. Se utiliza para cosas como reemplazos de cadera y rodilla, placas y tornillos para huesos y raíces de dientes falsos. Las carcasas de marcapasos y otros dispositivos que van dentro del cuerpo también suelen estar hechos de titanio. Esto se debe a que tiene una gran resistencia a la corrosión contra los fluidos del cuerpo. Otra gran ventaja es que los imanes no tiran del titanio. Esto significa que las personas con implantes de titanio pueden hacerse resonancias magnéticas de forma segura. El uso de este gran metal en la medicina ha mejorado mucho la vida de millones de personas.

¿Cuáles son los diferentes tipos de titanio?

No todo el titanio es igual. Para ayudar a las personas a elegir el material adecuado, el titanio se clasifica en diferentes grados. Los grados de titanio se dividen en dos grupos principales: titanio comercialmente puro y aleaciones de titanio. Los grados puros están numerados del 1 al 4. El grado 1 es el más suave y fácil de moldear. Esto lo hace ideal para trabajos que necesitan mucha flexión. A medida que subes al Grado 4, la fuerza aumenta.

Los grados de aleación son donde se pone realmente interesante. Hay muchos grados diferentes de aleación de titanio. Cada uno tiene una receta especial de otros elementos agregados para obtener ciertas características.

Grado	Common Name	Características principales
Grado 5	Ti-6Al-4V	La aleación más común, con alta resistencia y buena capacidad para ser moldeada.
Grado 7	Ti-0.15Pd	Como el Grado 2 pero con paladio añadido para la mejor resistencia a la corrosión.
Grado 12	Ti-0.3Mo-0.8Ni	Tiene molibdeno y níquel para más fuerza y resistencia a la corrosión.
Grado 23	Ti-6Al-4V ELI	Un tipo más puro de Grado 5, a menudo utilizado para implantes médicos de titanio.

Elegir el grado de titanio correcto es muy importante para cualquier trabajo. Tienes que encontrar una buena combinación de fuerza, qué tan bien combate el óxido y qué tan fácil es trabajar con el material.

¿Cómo combate tan bien el óxido el titanio?

Una de las mejores cosas del titanio es su increíble resistencia a la corrosión. Este metal es muy resistente a la corrosión del agua de mar, el cloro y muchos tipos de ácido. El secreto de esto es una capa muy delgada y clara de dióxido de titanio (una película de óxido). Esta capa se forma en su superficie cuando toca el oxígeno. Esta capa protectora de óxido es muy fuerte, resistente y puede repararse a sí misma. Si la superficie se raya, se forma una nueva capa de inmediato siempre que haya un poco de oxígeno o agua alrededor.

Esta película protectora es más fuerte que la que se forma en el acero inoxidable. Esta es la razón por la que el titanio a menudo funciona mejor en lugares difíciles que pueden causar que otros metales tengan pequeños agujeros o grietas por la corrosión. Esta gran resistencia a la corrosión es una gran razón por la que el titanio es tan apreciado para su uso en el océano, en fábricas de procesamiento químico y en plantas que producen agua dulce a partir de agua salada. Es un metal resistente que puede manejar algunos de los trabajos más difíciles sin ningún problema.

¿Cuáles son algunas aplicaciones cotidianas del titanio?

Aunque es conocido por su uso en la industria aeroespacial y la medicina, puede que te sorprenda encontrar titanio en muchas cosas que usas todos los días. Debido a que es fuerte, ligero y no causa alergias en la piel, es una opción popular para joyas y monturas de gafas. A menudo verás "titanio" escrito en gafas caras. Esto se debe a que las monturas son fáciles de usar, duran mucho tiempo y no molestarán tu piel.

El mundo de los deportes también ama el titanio. Su alta resistencia para su bajo peso es perfecta para fabricar equipos deportivos que funcionan muy bien.

Palos de golf: Las cabezas de los palos de titanio se pueden hacer más grandes sin ser demasiado pesadas. Esto crea un área de golpeo más grande.
Raquetas de tenis: Los marcos más ligeros y fuertes te dan más potencia y control.
Marcos de bicicleta: Las bicicletas de carreras y de montaña de alto nivel utilizan titanio para una conducción ligera pero fuerte.
Equipo de campamento: Las ollas, sartenes y tenedores hechos de titanio son ligeros para transportar y duran mucho tiempo.
Herraduras de titanio: Incluso algunos caballos de carreras pueden usar herraduras de titanio ligeras y fuertes.

Desde ayudarnos a ver mejor hasta mejorar nuestro juego de golf, las propiedades especiales que hacen que el titanio sea tan bueno para trabajos de alta tecnología también nos ayudan en nuestra vida diaria.

Key Things to Remember:

El titanio fue encontrado en 1791 por William Gregor y nombrado por Martin Heinrich Klaproth.
Es conocido por su alta resistencia para su peso, que es la mejor de cualquier metal.
El proceso Kroll es la principal forma de obtener titanio metálico de su mineral.
El dióxido de titanio es un color blanco brillante utilizado en muchos productos, desde pintura hasta protector solar.
Las aleaciones de titanio se fabrican agregando otros elementos para mejorarlas, como más fuertes o con más resistencia a la corrosión.
El mundo aeroespacial depende del titanio porque es fuerte, ligero y puede soportar altas temperaturas.
En medicina, el titanio es ideal para implantes quirúrgicos porque funciona bien con el cuerpo humano.
Una capa protectora de óxido le da al titanio su increíble resistencia a la corrosión.