Union des Professeurs de Physique et de Chimie

Titane : présentation

Elément Titane

Ti (Z = 22)

Structure électronique, configuration de l'état fondamental

Le titane a pour structure électronique (1s)²(2s)²(2p)⁶(3s)²(3p)⁶(3d)²(4s)².

Place dans la classification périodique

Le titane appartient à la 4^ème ligne et à la 4^ème colonne de la classification périodique, soit la première ligne des éléments de transition et la 2^ème colonne du bloc d.

Abondance dans la nature

Dans la croûte terrestre, le titane est le 9^ème élément le plus abondant : 4400 ppm et le 2^ème élément de transition le plus abondant. Il a la particularité d’être très dispersé dans les roches et d’être difficile à préparer par réduction de ses oxydes.

Principaux minerais

Dans les minerais, le titane et le fer sont le plus souvent associés sous forme d'oxydes mixtes. Les minerais se présentent plutôt sous forme de roches dans l'hémisphère nord et de sables dans l'hémisphère sud.

L’ilménite, oxyde mixte de type : (FeTiO₃), est le principal minerai de titane. Le rutile, l’anatase et la brookite sont différents minerais et formes cristallines du dioxyde de titane (TiO₂). D’autres minerais sont la pérovskite (CaTiO₃) et la titanite (CaTiSiO₅).

Propriétés chimiques

La structure électronique des derniers niveaux d’énergie de l’atome de titane (3d)²(4s)² permet la formation d’ions Ti⁴⁺ par perte des quatre électrons et de 4 liaisons iono-covalentes (TiO₂).

Le titane est un métal de transition, bon réducteur.

La poudre de titane s’enflamme dans l’air. Le métal se recouvre rapidement d’une couche d’oxyde qui le protège de réactions ultérieures.

De nombreux complexes existent, certains servent de catalyseurs (polymérisation des alcènes).

Principaux degrés d'oxydation

Le titane existe essentiellement aux degrés d’oxydation 0 (métal), +II (TiCl₂) et +IV (TiO₂), mais aussi –I ([Ti(bipy)₃]^-)et +III ( [Ti(urea)₆]⁺³ ).

Principaux composés

Le dioxyde de titane TiO₂est unexcellent pigment blanc utilisé pour les peintures et aussi les cosmétiques. En effet, c’est un composé inerte, très stable et non toxique. Il est également utilisé comme charge pour les papiers et les cuirs.

Semiconducteur (bande d’énergie interdite ≈ 3eV), il est utilisé dans les cellules photovoltaïques à colorant (cellules Grätzel, Solaronix) ou comme photocatalyseur pour la dégradation de composés organiques sur les vitres auto-nettoyantes ou de polluants organiques ou de NO_x sur des bétons.

Les titanates de baryum BaTiO₃ et de plomb PbTiO₃sont des diélectriques, utilisés dans les condensateurs de forte capacité. Ce sont des ferroélectriques utilisés notamment dans les transducteurs piézoélectriques.

Le tétrachlorure de titane TiCl₄ est un fumigène en présence d’ammoniac, il est utilisé pour le mordançage des textiles, bois et cuirs. En chimie, c’est un acide de Lewis, comme les alcoolates de titane(IV) qui sont utilisés en catalyse homogène. Le tétra(iso-propylate), Ti(IOPr)₄ est l’une des composantes du catayseur de Sharpless dans la réaction énantiosélective d’époxidation des alcools allyliques. C’est l’une des réactions qui a valu à B. Sharpless le prix Nobel de Chimie en 2001.

Principales propriétés physicochimiques

Les données sur les énergies d'ionisation, l'électronégativité, la nature des liaisons figurent dans les adresses données dans la sitographie.

http://www.chemicool.com/

Propriétés atomiques et isotopes

Le titane comporte cinq isotopes stables : ⁴⁸Ti (74 % des atomes), ⁴⁶Ti (8%), ⁴⁷Ti (7,5%), ⁴⁹Ti (5,5%) and ⁵⁰Ti (5%).

Importance industrielle et économique

Le titane est un métal peu dense (masse volumique = 4,51 g.cm^-3 ; fer : 7,874) et d’excellentes propriétés mécaniques. Il est utilisé allié. Le principal alliage est TA6V (6 % Al, 4 % V), pour l’aéronautique, l’automobile, les cadres de bicyclettes, mais aussi dans la fabrication de divers objets tel que : montres, montures de lunettes, corps d'appareils photo, clubs de golf.

Sa grande résistance à la corrosion le fait utiliser en milieu marin, dans les canalisations d’usine de dessalement de l’eau de mer, les sous-marins, mais aussi pour les réacteurs et les cuves en synthèse chimique, comme matériau d’anode dans l’électrolyse du chlorure de sodium….

Le domaine médical utilise beaucoup ce métal inerte biochimiquement dans les prothèses médicales.

Source : http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/acc.htm

Toxicité - importance biologique

Le titane n’a pas de rôle biologique connu. Il peut être stocké dans l’organisme (charge corporelle 15mg). Il n’a pas de toxicité documentée, ce qui n’est pas le cas de dérivés comme le dioxyde de titane – notamment sous forme de poussières et de nanoparticules - ou de TiCl₄ vapeur.

Histoire, Date de la mise en évidence

Le minerai d’oxyde de titane fut découvert par William Gregor en 1791, en Angleterre (ilménite) et par Martin Heinrich Klaproth en 1795 (rutile). Le métal titane n’a pu être préparé impur qu’en 1825 par Berzélius et isolé pur qu’en 1910 par M. A. Hunter aux USA.

Origine du nom et du symbole

Martin Heinrich Klaproth en 1795 propose le nom titane en souvenir des « Titans » de la mythologie, enfants de la Terre et du Ciel.

L'élément en un clin d'œil

Informations essentielles sur l'élément titane

Nom : Titane

Symbole : Ti

Numéro atomique : 22

Masse atomique : 47, 8667

Etat standard : solide

Couleur : gris brillant

Dans la classification périodique

Nom du groupe : groupe du titane