فتح علم المعادن السحرية

"التيتانيوم، الذي سمي على اسم العملاق تيتان في الأساطير اليونانية، هو أقوى معدن على وجه الأرض. ربما سمعت عن التيتانيوم في مرحلة ما من حياتك، وعلى الرغم من أنه باهظ الثمن على ما هو عليه اليوم، فهو ليس معدنًا نادرًا - إنه مكلفة فقط للتعدين والإنتاج.

ربما تعلم عن المفاصل الاصطناعية أو مضارب الجولف أو الغواصات المصنوعة من التيتانيوم، لكن هل تعلم أن التيتانيوم موجود أيضًا في تزيين الكعكة البيضاء؟ حسنًا، إليك قصة مثيرة للاهتمام حول هذا المعدن القوي الشهير!

01لم يتم تشكيل هذا المعدن "الإلهي" إلا في القرن العشرين.

في وقت مبكر من عام 1791، وجد عالم المعادن الإنجليزي الهاوي وقس الكنيسة، ويليام جريجور، بعض الرمال السوداء الغريبة في جدول بالقرب من بلدة كورنوال. بعض هذه الرمال السوداء كانت مغناطيسية، والتي استنتج جريجور أنها أكسيد الحديد، لكن المادة الأخرى كانت غامضة. وبطبيعة الحال، لا بد أنه كان أكسيدًا آخر، لكنه لم يكن موجودًا في الكتب المدرسية للجمعية الجيولوجية الملكية في ذلك الوقت.
مسحوق أكسيد التيتانيوم

وفي عام 1795، أعاد الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث اكتشاف هذا الأكسيد الغريب وأطلق عليه اسم أكسيد التيتانيوم على اسم آلهة الأساطير اليونانية قبل الأولمبياد. على الرغم من اكتشاف التيتانيوم النقي في نهاية القرن الثامن عشر، إلا أن ماثيو هانت، الكيميائي في شركة جنرال إلكتريك في الولايات المتحدة، لم يتمكن من عزله من أكسيده إلا في عام 1910، وفي عام 1910، توصل هانت إلى كيفية فصله عن أكسيده. تجريد المعدن الفضي من أكسيده عند درجات حرارة وضغوط عالية في "قنبلة" محكمة الغلق.

02 إنه أخف وأقوى معدن على وجه الأرض.

يتمتع التيتانيوم النقي بأعلى نسبة قوة إلى الوزن مقارنة بأي معدن آخر على وجه الأرض. إنه قوي مثل الفولاذ، ولكنه أخف بنسبة 45%.
تركيبات التيتانيوم

هذه النسبة غير العادية للقوة إلى الوزن جعلت من التيتانيوم وسبائك التيتانيوم (خليط من التيتانيوم ومعادن أخرى) المادة المفضلة لمحركات الطائرات وأجسام الطائرات والصواريخ والقذائف وحتى المركبات الفضائية. في الصناعة الحديثة، يجب تزويد أي معدات لا يمكنها الاستغناء عن الأجزاء المعدنية بمواد قوية وخفيفة الوزن قدر الإمكان.
شفرات محرك التيتانيوم

على سبيل المثال، تحتوي طائرة إيرباص A380، أكبر طائرة ركاب في العالم، على ما يصل إلى 77 طنًا من التيتانيوم في جسمها. معظمها في محركاتها الضخمة. بفضل تقنية تعدينية مبتكرة تعود إلى ثلاثينيات القرن العشرين تُسمى عملية نوكس، بدأت عملية التشكيل التجاري للتيتانيوم في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين. تم استخدامه لأول مرة في الطائرات العسكرية والغواصات (بشكل رئيسي في الولايات المتحدة وروسيا)، ثم في الستينيات في الطائرات التجارية.

03 التيتانيوم أكثر مقاومة للتآكل

التآكل هو عملية كهروكيميائية تؤدي إلى تدمير معظم المعادن ببطء مع مرور الوقت. عندما تتعرض المعادن للأكسجين، سواء في الهواء أو تحت الماء، يلتقط الأكسجين الإلكترونات وينتج ما نسميه "أكاسيد" المعدن. أحد الأكسيدات المسببة للتآكل هو أكسيد الحديد، أو الصدأ.

ولكن ليس كل الأكاسيد تؤدي إلى تآكل المعدن الأساسي. على سبيل المثال، يتم تغطية التيتانيوم بطبقة رقيقة من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2)، والتي تحمي فعليًا التيتانيوم الأساسي من أي نوع من التآكل، بما في ذلك التآكل الجلفاني والميكروبي والتآكل الإجهادي.
إن مقاومة التيتانيوم الطبيعية للتآكل تجعله مادة مثالية ليس فقط للطائرات، ولكن أيضًا للمكونات الموجودة تحت سطح البحر المعرضة لمياه البحر شديدة التآكل. تُصنع مراوح السفن بشكل حصري تقريبًا من التيتانيوم، وكذلك الصابورة الداخلية للسفن وأنظمة الأنابيب والأجهزة الموجودة على متن السفينة المعرضة لمياه البحر.

04 يمكن زرع التيتانيوم في كل جزء من جسم الإنسان، من الرأس إلى أخمص القدمين.

كما أن الطبقة الرقيقة من ثاني أكسيد التيتانيوم التي تحمي التيتانيوم من التآكل تجعله آمنًا للزرع في جسم الإنسان. التيتانيوم "متوافق حيويًا" تمامًا، مما يعني أنه غير سام، ولا يسبب الحساسية أو الرفض، ويمكنه أيضًا الاندماج مع الأنسجة والعظام البشرية.
لوحات الجمجمة التيتانيوم

يعتبر التيتانيوم مادة جراحية ممتازة لزراعة العظام والمفاصل، ولوحات الجمجمة، وجذور زراعة الأسنان، والعيون والأقراط الاصطناعية، وصمامات القلب، ودمج العمود الفقري، وحتى تضيقات مجرى البول. أظهرت الدراسات أن غرسات التيتانيوم تحفز جهاز المناعة في الجسم على نمو العظام مباشرة على سطح التيتانيوم، وهي عملية تعرف باسم الاندماج العظمي.
مفاصل الورك من التيتانيوم

يُستخدم التيتانيوم في استبدال مفصل الورك ودبابيس الكسور بسبب نسبة القوة إلى الوزن التي لا مثيل لها، والتي تجعل الغرسات البشرية أخف وزنًا، ومرونته التي تعادل مرونة العظام البشرية.

05 دور التيتانيوم في المعدات الرياضية

مع انخفاض سعر التيتانيوم النقي في أواخر القرن العشرين، بدأ المصنعون في العثور على المزيد من الاستخدامات التجارية لهذا المعدن العجيب. إن وزن التيتانيوم الخفيف وقوته العالية جعله مثاليًا لتصنيع السلع الرياضية.