Titanium (SMAK Makassar)

Titanium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Ti dan nomor atom 22. Dia merupakan logam transisi yang ringan, kuat, berkilau, tahan korosi (termasuk tahan terhadap air laut dan klorin dengan warna putih-metalik-keperakan. Titanium digunakan dalam alloy kuat dan ringan (terutama dengan besi dan aluminum) dan merupakan senyawa terbanyaknya, titanium dioksida, digunakan dalam pigmen putih. Titanium dihargai lebih mahal daripada emas karena sifat-sifat logamnya.

1.1              Sejarah
(Latin: titans, anak pertama bumi dalam mitologi romawi) Ditemukan oleh Gregor di tahun 1791 dan dinamakan oleh Klaproth di tahun 1795. Titanium yang tidak murni dipersiapkan oleh Nilson dan Pettersson di tahun 1887, tetapi unsur yang murni tidak dibuat sampai pada tahun 1910 oleh Hunter dengan cara memanaskan TiCl₄ dengan natrium dalam bom baja.

Kebanyakan sejarawan kredit William Gregor untuk penemuan titanium. Pada 1791, ia bekerja dengan menachanite (mineral yang ditemukan di Inggris) ketika dia mengenali elemen baru dan menerbitkan hasil. Unsur ini akhirnya ditemukan beberapa tahun kemudian di rutil bijih dengan MH Klaproth, seorang ahli kimia Jerman. Klaproth bernama titanium elemen setelah raksasa mitologi, para Titan. Kedua Gregor dan Klaproth bekerja dengan senyawa titanium. Isolasi signifikan pertama dari titanium murni hampir dicapai pada tahun 1875 oleh Kirillov di Rusia. Isolasi dari logam murni tidak menunjukkan sampai 1910 ketika Matius Hunter dan rekan-rekannya titanium tetraklorida bereaksi dengan sodium dalam bom baja dipanaskan. Proses ini menghasilkan potongan individu dari titanium murni. Pada pertengahan 1920-an, sekelompok ilmuwan Belanda menciptakan kabel kecil dari titanium murni dengan melakukan reaksi disosiasi pada tetraiodida titanium.

Demonstrasi ini diminta William Kroll untuk mulai bereksperimen dengan metode yang berbeda untuk efisien mengisolasi titanium. Percobaan awal menyebabkan perkembangan dari sebuah proses untuk mengisolasi titanium dengan reduksi dengan magnesium pada tahun 1937. Proses ini, sekarang disebut proses Kroll, masih proses utama untuk memproduksi titanium. Produk pertama yang dibuat dari titanium diperkenalkan sekitar tahun 1940-an dan termasuk hal-hal seperti kabel, lembaran, dan batang.

Sementara pekerjaan Kroll yang menunjukkan sebuah metode untuk produksi titanium pada skala laboratorium, butuh hampir satu dekade lebih sebelum bisa diadaptasi untuk produksi skala besar. Pekerjaan ini dilakukan oleh Amerika Serikat Biro Pertambangan 1938-1947 di bawah arahan RS Dean. Pada tahun 1947, mereka telah membuat berbagai modifikasi untuk proses Kroll dan menghasilkan hampir 2 ton dari logam titanium. Pada tahun 1948, DuPont membuka operasi manufaktur skala besar pertama.

Metode skala besar manufaktur diizinkan untuk penggunaan titanium sebagai bahan struktural. Pada tahun 1950, itu digunakan terutama oleh industri kedirgantaraan dalam pembangunan pesawat. Sejak titanium lebih unggul daripada baja untuk banyak aplikasi, industri berkembang pesat. Dengan 1953, produksi tahunan telah mencapai 2 juta lb (907.200 kg) dan pelanggan utama untuk titanium adalah militer Amerika Serikat. Pada tahun 1958, permintaan titanium turun secara signifikan karena militer bergeser fokusnya dari pesawat berawak ke rudal yang baja adalah lebih tepat. Sejak itu, industri titanium memiliki berbagai siklus permintaan tinggi dan rendah. Banyak aplikasi baru dan industri untuk titanium dan paduannya telah ditemukan selama ini. Hari ini, sekitar 80% dari titanium digunakan oleh industri kedirgantaraan dan 20% oleh non-kedirgantaraan industri.

2.1    Pengenalan

Penampilan
abu-abu putih perak metalik
Ciri-ciri umum
Nama, lambang, Nomor atom	titanium, Ti, 22
Dibaca	/taɪˈteɪniəm/ tye-TAY-nee-əm
Jenis unsur	logam transisi
Golongan, periode, blok	4, 4, d
Massa atom standar	47.867(1)
Konfigurasi elektron	[Ar] 3d2 4s2 2, 8, 10, 2

Titanium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Ti dan nomor atom 22. merupakan logam transisi yang ringan, kuat, 'lustrous', tahan korosi (termasuk tahan terhadap air laut dan chlorine dengan warna putih-metalik-keperakan.

2.2    Sumber Titanium

Unsur ini terdapat di banyak mineral dengan sumber utama adalah Rutile (TiO ₂) dan Ilmenite (FeTiO ₃), yang tersebar luas di seluruh bumi. Ada 2 bentuk allotropic dan 5 isotop alami dari unsur ini;Ti-46 sampai Ti-50 dengan Ti-48 yang paling banyak terdapat di alam (73,8%).

Titanium ditemukan di meteor dan di dalam matahari. Bebatuan yang diambil oleh misi Apollo 17 menunjukkan keberadaan TiO₂ sebanyak 12,1%. Garis-garis titanium oksida sangat jelas terlihat di spektrum bintang-bintang tipe M. Unsur ini merupakan unsur kesembilan terbanyak pada kerak bumi. Titanium selalu ada dalam igneous rocks (bebatuan) dan dalam sedimen yang diambil dari bebatuan tersebut. Ia juga terdapat dalam mineral rutile, ilmenite dan sphene dan terdapat dalam titanate dan bijih besi. Titanium juga terdapat di debu batubara, dalam tetumbuhan dan dalam tubuh manusia. Logam ini hanya dikutak-kutik di laboraturium sampai pada tahun 1946, Kroll menunjukkan cara memproduksi titanium secara komersil dengan mereduksi titanium tetraklorida dengan magnesium. Metoda ini yang dipakai secara umum saat ini. Selanjutnya logam titanium dapat dimurnikan dengan cara medekomposisikan iodanya.

Titanium adalah logam yang paling berlimpah keempat naik sekitar 0,62% dari kerak bumi. Jarang ditemukan dalam bentuknya yang murni, titanium biasanya ada di mineral seperti anatase, brookite, ilmenit, leucoxene, perovskit, rutil, dan sphene. Sementara titanium cukup melimpah, terus menjadi mahal karena sulit untuk mengisolasi.

Unsur ini terdapat di banyak mineral dengan sumber utama adalah rutile dan ilmenit, yang tersebar luas di seluruh Bumi. Ada dua bentuk alotropi dan lima isotop alami dari unsur ini; Ti-46 sampai Ti-50 dengan Ti-48 yang paling banyak terdapat di alam (73,8%). Sifat Titanium mirip dengan zirkonium secara kimia maupun fisika.

2.3       Sifat Titanium

2.3.1              Sifat fisik titanium

Batu permata titania

     Titanium merupakan logam transisi yang bewarna putih keperakan. Titanium bersifat ringan dan kuat. Selain itu, titanium memiliki massa jenis yang rendah, keras, tahan karat, dan mudah diproduksi. Titanium juga tidak larut dalam larutan asam kuat dan tidak reaktif di udara karena memilki lapisan oksida dan nitrida sebagai pelindung. Logam ini tahan pengikisan 20 kali lebih besar daripada logam campuran tembaga nikel. Batu permata titania lebih tampak cemerlang dari intan apabila dipotong dan dipoles dengan baik. 

 Pada sistem periodik terletak pada golongan IVB dan periode 4. Nomor atom titanium adalah 22 dengan massa atom relatifnya adalah 47,88 gr/mol. Titanium memiliki titik lebur 1.660*C dan titik didih 3.287*C.

Sifat fisika
Fase	solid
Massa jenis (mendekati suhu kamar)	4.506 g·cm−3
Massa jenis cairan pada t.l.	4.11 g·cm−3
Titik lebur	1941 K3034 °F 1668 °C, ,
Titik didih	5949 °F 3287 °C, 3560 K,
Kalor peleburan	14.15 kJ·mol−1
Kalor penguapan	425 kJ·mol−1
Kapasitas kalor	25.060 J·mol−1·K−1
Tekanan uap
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1982 2171 (2403) 2692 3064 3558

2.3.2       sifat kimia

·      Reaksi dengan Air
Titanium akan bereaksi dengan air membentuk Titanium dioksida dan hydrogen.
Ti(s) + 2H₂O(g) → TiO₂(s) + 2H₂(g)

·       Reaksi dengan Udara
Ketika Titanium dibakar di udara akan menghasilkan Titanium dioksida dengan nyala putih yang terang dan ketika dibakar dengan Nitrogen murni akan menghasilkan Titanium Nitrida.
Ti(s) + O₂(g) → TiO₂(s)
2Ti(s) + N₂(g) →TiN(s)

·      Reaksi dengan Halogen
Reaksi Titanium dengan Halogen menghasilkan Titanium Halida. Reaksi dengan Fluor berlangsung pada suhu 200°C.
Ti(s) + 2F₂(s) → TiF₄(s)
Ti(s) + 2Cl₂(g) → TiCl₄(s)
Ti(s) + 2Br₂(l) → TiBr₄₍s)
Ti(s) + 2I₂(s) → TiI₄(s)

·      Reaksi dengan Asam
Logam Titanium tidak bereaksi dengan asam mineral pada temperatur normal tetapi dengan asam hidrofluorik yang panas membentuk kompleks anion (TiF₆)^3-
2Ti(s) + 2HF (aq) → 2(TiF₆)^3-(aq) + 3 H₂(g) + 6 H⁺(aq)

       

·      Reaksi dengan Basa
Titanium tidak bereaksi dengan alkali pada temperatur normal, tetapi pada keadaan panas.

2.3.4        Sifat Mekanik Titanium

Sifat magnetik
Resistivitas listrik	(20 °C) 0.420 µΩ·m
Konduktivitas termal	(300 K) 21.9 W/(m·K)
Ekspansi termal	(25 °C) 8.6 µm/(m·K)
Kecepatan suara (pada wujud kawat)	(suhu kamar) 5090 m/s
Modulus Young	116 GPa
Modulus geser	44 GPa
Modulus ruah	110 GPa
Nisbah Poisson	0.32
Skala kekerasan Mohs	6.0
Kekerasan Vickers	970 MPa
Kekerasan Brinell	716 MPa

2.4       Kegunaan Titanium

·         Militer. Oleh karena kekuatannya, unsur ini digunakan untuk membuat peralatan perang (tank) dan untuk membuat pesawat ruang angkasa.

·         Industri. Beberapa mesin pemindah panas (heat exchanger)dan bejana bertekanan tinggi serta pipa-pipa tahan korosi memakai bahan titanium.

·         Kedokteran. Bahan implan gigi, penyambung tulang, pengganti tulang tengkorak, struktur penahan katup jantung.

·         Mesin. Material pengganti untuk batang piston.

·         Perikanan. Karena sifat Titanium yang kuat, ringan, dan tahan korosif air laut jadi untuk pembuatan pancingan.

• TiCl4 , memegang peranan penting pada metalurgi titanium dan digunakan dalam pembuatan katalis untuk produksi polietilena dan plastik lainnya.
• Natrium Titanat

Dapat digunakan untuk pesawat televisi, radar, mikrofon dan fonograf.

• Titanium Tetraklorida

Dapat digunakan untuk mordan (pengikat) pada pewarnaan.

• Titanium Oksida

Dapat digunakan untuk pembuatan batang las, email porselen, karet, kertas dan tekstil.

• Titania
  Dapat digunakan untuk perhiasan (batu titania).
• Di Rusia, Titanium menjadi bahan utama dalm pembuatan kapal angkatan perang termasuk kapal selam seperti kelas Alfa, Mike dan juga Typhoon karena kekuatannya terhadap air laut.

§  Titanium digunakan dalam produksi implan manusia karena memiliki kompatibilitas yang baik dengan tubuh manusia. Salah satu penggunaan yang terakhir yang paling menonjol dari titanium yang ada di hati buatan pertama ditanamkan pada manusia pada tahun 2001. Kegunaan lain dari titanium dalam penggantian pinggul, alat pacu jantung, defibrillator, dan siku dan sendi pinggul.

§  Digunakan dalam pembuatan hal-hal seperti sepatu, perhiasan, komputer, peralatan olahraga, jam tangan, dan patung. Sebagai titanium dioksida, digunakan sebagai pigmen putih dalam plastik, kertas cat, dan. Hal ini bahkan digunakan sebagai pewarna makanan putih dan sebagai tabir surya dalam produk kosmetik.

§  Ti5.5Al3.5Sn3Zr1Nb

Al	5,2-5,7%
Sn	3,0-4,0%
Zr	2,50-3,50%
Nb	0,70-1,30%
Mo	0,25-0,35%
Si	0,25-0,50%
C	<0,08%
O 2	0,09-0,15%
N 2	<0,03%
H 2	<0,006%
Lain-lain	<0,20%
Ti	Keseimbangan

§  Dikenal sebagai Timetal 829

§  Dirancang untuk digunakan dalam mesin   turbin gas.

·         F22

Titanium 64 (Ti-64)	36%
Termoset Komposit	24%
Aluminium (Al)	16%
Bahan Lainnya*	15%
Baja	6%
Titanium 62222 ( (Ti-62222)	3%
Komposit Termoplastik	> 1%

§  Fungsi:

§  Digunakan untuk untuk memaksimalkan kinerja pesawat

§  Biasa digunakan dalam bidang militer

·    Ti-5553 (Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr)

Digunakan dalam komponen struktural pesawat Boeing.

Elemen	Hasilnya,% wt
Karbon	0.009
Besi	0.31
Molibdenum	4.71
Aluminium	5.12
Titanium	Balance
Vanadium	4.72
Silicon	0.05
Khrom	2.77
Oksigen	0.1282
Nitrogen	0.0055
Hidrogen	0.0038

    

2.5       Proses Pembuatan Titanium

Titanium dialam terdapat dalam bentuk bijih seperti rutil (TiO2) dan ilmenit ( FeTiO3). Salah satu metode yang digunakan dalam proses pembuatan titanium adalah Metode Kroll yang banyak menggunakan klor dan karbon. Hasil reaksinya adalah titanium tetraklorida yang kemudian dipisahkan dengan besi triklorida dengan menggunakan proses distilasi. Senyawa titanium tetraklorida, kemudian direduksi oleh magnesium menjadi logam murni. Udara dikeluarkan agar logam yang dihasilkan tidak dikotori oleh unsur oksigen dan nitrogen. Sisa reaksi adalah antara magnesium dan magnesium diklorida yang kemudian dikeluarkan dari hasil reaksi menggunakan air dan asam klorida sehingga meninggalkan spons titanium. Spon ini akan mencair dibawah tekanan helium atau argon yang pada akhirnya membeku dan membentuk batangan titanium murni. Untuk lebih jelasnya teruraikan sebagai berikut :

Bahan Baku

Titanium diperoleh dari bijih berbagai yang terjadi secara alami di bumi. Bijih-bijih utama yang digunakan untuk produksi titanium termasuk ilmenit, leucoxene, dan rutil. Sumber penting lainnya termasuk anatase, perovskit, dan sphene.

Ilmenite dan leucoxene adalah bijih titaniferous. Ilmenit (FeTiO3) mengandung titanium dioksida sekitar 53%. Leucoxene memiliki komposisi yang sama tetapi memiliki sekitar titanium dioksida 90%. Mereka ditemukan terkait dengan deposito hard rock atau di pantai dan pasir aluvial. Rutile relatif murni titanium dioksida (TiO2).

Perovskit (CaTiO3) dan sphene (Cati-SiO5) adalah kalsium dan bijih titanium. Baik dari bahan yang digunakan dalam produksi komersial dari titanium karena kesulitan dalam menghilangkan kalsium. Di masa depan, ada kemungkinan bahwa perovskit dapat digunakan secara komersial karena mengandung titanium dioksida hampir 60% dan hanya memiliki kalsium sebagai pengotor. Sphene memiliki silikon sebagai pengotor kedua yang membuatnya bahkan lebih sulit untuk mengisolasi titanium.

Selain bijih, senyawa lain yang digunakan dalam produksi titanium termasuk gas klor, karbon, dan magnesium.

Proses

Titanium diproduksi menggunakan proses Kroll. Langkah-langkah yang terlibat termasuk ekstraksi, pemurnian, produksi spons, pembuatan paduan, dan membentuk dan membentuk. Di Amerika Serikat, banyak produsen spesialis dalam fase yang berbeda dari produksi ini. Misalnya, ada produsen yang hanya membuat spons, yang lain yang hanya mencair dan menciptakan paduan, dan yang lain yang menghasilkan produk akhir. Saat ini, tidak ada produsen tunggal melengkapi semua langkah ini.
Pencabutan

* 1 Pada awal produksi, produsen menerima titanium konsentrat dari tambang. Sementara rutil dapat digunakan dalam bentuk alami, ilmenit diproses untuk menghilangkan zat besi sehingga berisi titanium dioksida paling sedikit 85%. Bahan-bahan ini dimasukkan ke dalam reaktor fluidized-tempat tidur bersama dengan gas klor dan karbon. Materi yang dipanaskan sampai 1.652 ° F (900 ° C) dan hasil reaksi kimia berikutnya dalam penciptaan murni titanium tetraklorida (TiCl4) dan karbon monoksida. Kotoran adalah hasil dari kenyataan bahwa titanium dioksida murni tidak digunakan di awal. Oleh karena itu berbagai klorida logam yang tidak diinginkan yang dihasilkan harus dibuang.

Pemurnian

* 2 logam bereaksi dimasukkan ke dalam tangki penyulingan besar dan dipanaskan. Selama langkah ini, kotoran dipisahkan dengan menggunakan distilasi fraksional dan presipitasi. Tindakan ini menghilangkan klorida logam termasuk besi, vanadium, zirkonium, silikon, dan magnesium.

Produksi spons

* 3 Selanjutnya, dimurnikan titanium tetraklorida ditransfer sebagai cairan ke bejana reaktor stainless steel. Magnesium kemudian ditambahkan dan wadah dipanaskan sampai sekitar 2012 ° F (1.100 ° C). Argon dipompa ke dalam wadah sehingga udara akan dihapus dan kontaminasi dengan oksigen atau nitrogen dicegah. Magnesium bereaksi dengan klor menghasilkan magnesium klorida cair. Hal ini membuat padat titanium murni karena titik leleh dari titanium lebih tinggi dari reaksi.

             * 4 Padatan titanium dikeluarkan dari reaktor dengan membosankan dan kemudian diobati dengan air dan asam klorida untuk menghapus kelebihan magnesium dan magnesium klorida. Padatan yang dihasilkan adalah logam berpori yang disebut spons.

Paduan penciptaan

* 5 Spons titanium murni kemudian dapat diubah menjadi paduan yang dapat digunakan melalui tanur habis-elektroda. Pada titik ini, spons dicampur dengan penambahan paduan berbagai besi tua. Proporsi yang tepat dari spons untuk bahan paduan diformulasikan di laboratorium sebelum produksi. Massa ini kemudian ditekan ke compacts dan dilas bersama-sama, membentuk elektroda spons.

            * 6 Elektroda spons kemudian ditempatkan dalam tungku busur vakum untuk mencair. Dalam wadah air-cooled, tembaga, busur listrik digunakan untuk melelehkan elektroda spons untuk membentuk ingot. Semua udara dalam wadah yang baik dihapus (membentuk ruang hampa) atau atmosfer diisi dengan argon untuk mencegah kontaminasi. Biasanya, ingot tersebut remelted satu atau dua kali untuk menghasilkan ingot diterima secara komersial. Di Amerika Serikat, paling ingot dihasilkan dengan metode ini berat sekitar 9.000 lb (4,082 kg) dan 30 di (76,2 cm) di diameter.

            * 7 Setelah ingot dibuat, tersebut akan dihapus dari tungku dan diperiksa dari kerusakan. Permukaan dapat dikondisikan seperti yang diperlukan untuk pelanggan. Ingot kemudian dapat dikirim ke produsen barang jadi di tempat yang dapat digiling dan dibuat menjadi berbagai produk.

Produk samping / Limbah

Selama produksi titanium murni sejumlah besar magnesium klorida yang dihasilkan. Bahan ini didaur ulang dalam sel daur ulang segera setelah diproduksi. Sel daur ulang pertama memisahkan logam magnesium keluar maka gas klor dikumpulkan. Kedua komponen yang digunakan kembali dalam produksi titanium.

Masa Depan

Masa Depan kemajuan dalam pembuatan titanium adalah mungkin ditemukan dalam bidang produksi ingot ditingkatkan, pengembangan paduan baru, pengurangan biaya produksi, dan aplikasi untuk industri-industri baru. Saat ini, ada kebutuhan untuk ingot lebih besar daripada yang dapat dihasilkan oleh tungku yang tersedia. Penelitian ini sedang berlangsung untuk mengembangkan tungku yang lebih besar yang dapat memenuhi kebutuhan ini. Penelitian juga sedang dilakukan untuk menemukan komposisi yang optimal dari berbagai paduan titanium. Pada akhirnya, peneliti berharap bahwa bahan-bahan khusus dengan mikro dikendalikan akan mudah diproduksi. Akhirnya, para peneliti telah menyelidiki metode yang berbeda untuk pemurnian titanium. Baru-baru ini ilmuwan di Universitas Cambridge mengumumkan metode untuk memproduksi titanium murni langsung dari titanium dioksida. Hal ini secara substansial dapat mengurangi biaya produksi dan meningkatkan ketersediaan.

2.6               lain-lain

Keunggulan Titanium

• Salah satu karakteristik Titanium yang paling terkenal adalah dia sama kuat dengan baja tapi hanya 60% dari berat baja.
• Kekuatan lelah (fatigue strength) yang lebih tinggi daripada paduan aluminium.
• Tahan suhu tinggi. Ketika temperatur pemakaian melebihi 150 C maka dibutuhkan titanium karena aluminium akan kehilangan kekuatannya secara nyata.
• Tahan korosi. Ketahanan korosi titanium lebih tinggi daripada aluminium dan baja.
• Dengan rasio berat-kekuatan yang lebih rendah daripada aluminium, maka komponen-komponen yang terbuat dari titanium membutuhkan ruang yang lebih sedikit dibanding aluminium.^[2]