Différence entre le tungstène et le titane

Tungstène

Nomenclature, origines et découvertes

Le tungstène est dérivé du suédois Tung Sten, ou "pierre lourde". Il est représenté par le symbole W, comme on l'appelle Wolfram dans de nombreux pays européens. Cela vient de l'allemand pour "écume de loup", car les premiers mineurs d'étain ont remarqué qu'un minéral appelé wolframite réduisait le rendement en étain lorsqu'il était présent dans du minerai d'étain; il semblait donc consommer de l'étain comme un loup dévore les moutons. [je]

En 1779, Peter Woulfe examina la sheelite de Suède et découvrit qu'elle contenait un nouveau métal. Deux ans plus tard, Carl Wilhelm Scheele réduisit l'acide tungstique de ce minéral et isola un oxyde blanc acide. Deux ans plus tard, Juan et Fausto Elhuyar, à Vergara, en Espagne, isolèrent le même oxyde métallique d’un acide identique réduit à partir de wolframite. Ils ont chauffé l'oxyde métallique avec du carbone, le réduisant en tungstène.

Proprietes physiques et chimiques

Le tungstène est un métal blanc argenté brillant et porte le numéro atomique 74 sur le tableau périodique des éléments et un poids atomique standard (A_r) de 183,84. [ii]

Il a le point de fusion le plus élevé de tous les éléments, une densité ultra élevée et est très dur et stable. Il présente la plus faible pression de vapeur, le plus faible coefficient de dilatation thermique et la plus haute résistance à la traction de tous les métaux. Ces propriétés sont dues aux fortes liaisons covalentes entre les atomes de tungstène formés par les électrons 5d. Les atomes forment une structure cristalline cubique centrée sur le corps.

Le tungstène est également conducteur, relativement inerte chimiquement, hypoallergénique et possède des propriétés de protection contre les rayonnements. La forme la plus pure de tungstène est facilement malléable et travaillée par forgeage, extrusion, étirage et frittage. L’extrusion et l’étirage consistent respectivement à pousser et à tirer du tungstène chaud à travers une «matrice» (moule), tandis que le frittage consiste à mélanger de la poudre de tungstène avec d’autres métaux en poudre afin de produire un alliage..

Utilisations commerciales

Les alliages de tungstène sont extrêmement durs, comme le carbure de tungstène, qui est associé à la céramique pour former un "acier rapide", utilisé pour la fabrication de forets, de couteaux et d'outils de coupe, de sciage et de fraisage. Ils sont utilisés dans les industries du travail des métaux, des mines, du bois, du bâtiment et du pétrole et représentent 60% de l'utilisation commerciale du tungstène..

Le tungstène est utilisé dans les éléments chauffants et les fours à haute température. On le trouve également dans les ballasts des queues d’avions, des quilles de voiliers et des voitures de course, ainsi que des poids et des munitions..

Les tungstates de calcium et de magnésium étaient autrefois couramment utilisés pour les filaments dans les ampoules à incandescence, mais ils sont considérés comme peu énergivores. Les alliages de tungstène sont toutefois utilisés dans les circuits supraconducteurs à basse température.

Les tungstates de cristal sont utilisés en physique nucléaire et en médecine nucléaire, dans les tubes à rayons X et cathodiques, les électrodes de soudage à l'arc et les microscopes électroniques. Le trioxyde de tungstène est utilisé dans les catalyseurs, tels que ceux utilisés dans les centrales électriques au charbon. D'autres sels de tungstène sont utilisés dans les industries de la chimie et du tannage.

Certains alliages sont utilisés comme bijoux, tandis que l'un est connu pour former des aimants permanents et certains superalliages sont utilisés comme revêtements résistant à l'usure..

Le tungstène est le métal le plus lourd à jouer un rôle biologique, mais uniquement chez les bactéries et les archées. Il est utilisé par une enzyme qui réduit les acides carboxyliques en aldéhydes. [iii]

Titane

Nomenclature, origines et découvertes

Titanium est dérivé du mot "Titans", fils de la déesse de la Terre dans la mythologie grecque. Le révérend William Gregor, un géologue amateur, a remarqué que le sable noir situé près d'un ruisseau à Cornwall, en 1791, était attiré par un aimant. Il l'a analysée et a appris que le sable contenait de l'oxyde de fer (expliquant le magnétisme), ainsi qu'un minéral appelé menachanite, dont il a déduit qu'il était constitué d'un oxyde de métal blanc inconnu. Ce qu'il a rapporté à la Société royale de géologie de Cornouailles.

En 1795, le scientifique prussien Martin Heinrich Klaproth de Boinik étudia un minerai rouge connu sous le nom de Schörl en Hongrie et nomma l'élément de l'oxyde inconnu qu'il contenait, le titane. Il a également confirmé la présence de titane dans la ménachanite.

Le composé TiO₂ est un minéral appelé rutile. Le titane est également présent dans les minéraux comme l'ilmenite et le sphène, que l'on trouve principalement dans les roches ignées et les sédiments qui en dérivent, mais sont également répartis dans la lithosphère terrestre..

Le titane pur a été fabriqué pour la première fois par Matthew A. Hunter en 1910 à l’Institut polytechnique Rensselaer en chauffant du tétrachlorure de titane (produit en chauffant du dioxyde de titane avec du chlore ou du soufre) et du sodium métallique dans le procédé Hunter. William Justin Kroll réduisit ensuite le tétrachlorure de titane avec du calcium en 1932 et affina plus tard le processus en utilisant du magnésium et du sodium. Cela a permis au titane d'être utilisé en dehors du laboratoire et ce qu'on appelle aujourd'hui le procédé Kroll est encore utilisé commercialement aujourd'hui..

Anton Eduard van Arkel et Jan Hendrik de Boer ont produit du titane de très haute pureté en 1925 dans le procédé à l'iodure ou à la barre de cristal en faisant réagir le titane avec de l'iode et en séparant les vapeurs formées sur un filament chaud. [Iv]

Propriétés physiques et chimiques

Le titane est un métal dur, brillant, blanc argenté, représenté par le symbole Ti sur le tableau périodique. Il porte le numéro atomique 22 et une masse atomique standard (A_r) de 47,867. Les atomes forment une structure cristalline hexagonale compacte qui confère au métal une résistance équivalente à celle de l’acier, mais beaucoup moins dense. En fait, le titane a le rapport résistance / densité le plus élevé de tous les métaux.

Le titane est ductile dans un environnement sans oxygène et peut supporter des températures extrêmes en raison de son point de fusion relativement élevé. Il est non magnétique et a de faibles conductivités électriques et thermiques.

Le métal résiste à la corrosion dans l'eau de mer, l'eau acide et le chlore, ainsi qu'un bon réflecteur de rayonnement infrarouge. En tant que photocatalyseur, il libère des électrons en présence de lumière, qui réagit avec les molécules pour former des radicaux libres qui tuent les bactéries. [v]

Le titane se connecte bien avec les os et est non toxique, bien que le dioxyde de titane fin soit suspecté d'être cancérigène. Le zirconium, l'isotope du titane le plus commun, possède de nombreuses propriétés chimiques et physiques..

Utilisations commerciales

Le titane est le plus souvent utilisé sous forme de dioxyde de titane, composant principal d'un pigment blanc brillant que l'on trouve dans les peintures, les plastiques, les émaux, le papier, le dentifrice et l'additif alimentaire E171 qui blanchit les confiseries, les fromages et les glaçages. Les composés de titane sont un composant des écrans solaires et des écrans de fumée, sont utilisés dans la pyrotechnie et améliorent la visibilité dans les observatoires solaires. [vi]

Le titane est également utilisé dans les industries chimiques et pétrochimiques et dans le développement des batteries au lithium. Certains composés du titane forment des composants de catalyseurs, par exemple ceux utilisés dans la production de polypropylène.

Le titane est connu pour son utilisation dans les équipements sportifs tels que les raquettes de tennis, les clubs de golf et les cadres de vélo et les équipements électroniques tels que les téléphones portables et les ordinateurs portables. Ses applications chirurgicales comprennent son utilisation dans les implants orthopédiques et les prothèses médicales.

Lorsqu'il est allié à l'aluminium, au molybdène, au fer ou au vanadium, le titane est utilisé pour recouvrir des outils de coupe et des revêtements protecteurs, ou même pour la fabrication de bijoux ou comme finition décorative. TiO₂ les revêtements sur les surfaces en verre ou en carreaux peuvent réduire les infections dans les hôpitaux, empêcher la formation de buée sur les rétroviseurs des véhicules automobiles et réduire l'accumulation de saleté sur les bâtiments, les trottoirs et les routes.

Le titane constitue une partie importante des structures exposées à l'eau de mer, telles que les usines de dessalement, les coques de navires et sous-marins et les puits d'hélice, ainsi que les conduits de condensation des centrales. Parmi les autres utilisations possibles, citons la fabrication de composants pour les industries de l'aérospatiale, des transports et de l'armée, tels que les aéronefs, les véhicules spatiaux, les missiles, les blindages, les moteurs et les systèmes hydrauliques. Des recherches sont en cours pour déterminer si le titane convient comme matériau de conteneur de stockage de déchets nucléaires. iv

Principales différences entre le tungstène et le titane

• Le tungstène provient des minéraux scheelite et wolframite. Le titane se trouve dans les minéraux comme l'ilménite, le rutile et le sphène.
• Le tungstène est produit en réduisant l'acide tungstique du minéral, en isolant l'oxyde métallique et en le réduisant en métal par chauffage au carbone. Le titane est produit en formant du tétrachlorure de titane par des procédés au chlorure ou au sulfate et en le chauffant avec du magnésium et du sodium.
• Le tungstène est le numéro 74 sur le tableau périodique, avec le poids atomique relatif 84. Titane est le numéro 22, avec le poids atomique relatif 47.867.
• Les atomes de tungstène forment une structure cristalline cubique centrée sur le corps. Les atomes de titane forment une structure cristalline hexagonale compacte.
• Le tungstène est extrêmement fort, dur et dense. Le titane est très fort et dur et a une densité beaucoup plus basse.
• Le tungstène est légèrement magnétique et légèrement conducteur. Le titane est non magnétique et moins conducteur.
• Le tungstène n'est pas aussi résistant à la corrosion dans l'eau de mer que le titane et n'est pas un photocatalyseur comme le titane.
• Le tungstène a un rôle biologique, mais pas le titane.
• Le tungstène est malléable dans sa forme la plus pure. Le titane est ductile dans un environnement sans oxygène.

Le tungstène est utilisé dans les éléments chauffants, les poids, les circuits supraconducteurs à basse température et trouve des applications en physique nucléaire et dans les dispositifs émetteurs d'électrons. Le titane est utilisé dans les pigments blancs, les équipements de sport, les implants chirurgicaux et les structures marines.