آب دریا حاوی 1 ppb تیتانیوم است. در فیتوپلانکتون، غلظت های تیتانیوم تا 30 ppm یافت شده است (جرم خشک). آب رودخانه تنها حاوی 3 ppb تیتانیوم است. این عنصر در حالت محلول عمدتا به صورت تیتانیم غیر یونی Ti(OH)4 یافت می شود.
تیتانیوم به چه طریق و به چه صورتی با آب واکنش می دهد؟
فلز تیتانیم حاوی یک لایه سطحی از اکسید تیتانیوم است که مانع از واکنش های شیمیایی می شود. هنگامی که این لایه آسیب ببیند معمولا به سرعت بازسازی می شود. این امر نه تنها هنگامی که با هوا تماس پیدا کند، بلکه زمانی هم که با آب تماس پیدا کند رخ می دهد. مطابق مکانیسم واکنشی زیر، این واکنش هم به تولید اکسید تیتانیوم و هم به تولید گاز هیدروژنی که به شدت قابل اشتعال است، می انجامد:
Ti (s) + 2H2O (g) -> TiO2 (s) + 2H2 (g)
بعضی از ترکیبات تیتانیوم در آب واکنش های هیدرولیز از خود نشان می دهند، برای مثال می توان کلرید تیتانیوم را ذکر کرد.
انحلال پذیری تیتانیوم و ترکیبات آن
تیتانیوم، پس از اینکه لایه ی سطحی اکسید تیتانیوم محافظش از بین برود، فقط با آب واکنش می دهد. از این رو در آب نامحلول است. ترکیبات تیتانیوم به طور کلی چندان محلول در آب نیستند. برای مثال می توان از کاربید تیتانیوم و اکسید تیتانیوم یاد کرد.
علت وجود تیتانیوم در آب چیست؟
تیتانیوم یک جزء تشکیل دهنده انواع مختلفی از سنگ ها، مانند روتیل، آناتاز، ایلمنیت، تیتانیت و بروکیت است و بنابراین در خاک فراوان است. اکسید تیتانیوم و سایر ترکیبات تیتانیوم از جمله پایدار ترین اجزای خاک هستند. در نتیجه، تنها مقدار کمی از تیتانیوم از طریق هوازدگی سنگ ها به آب می ریزد.
این فلز به علت لایه سطحی محافظش که از جنس اکسید تیتانیوم است، با دوام است و توسط بدن دفع نمی شود. در نتیجه، در آن دسته از مفاصل مصنوعی و ضربان سازهای قلب که در 20 سال اول نیازی به تعویض ندارند، از آن استفاده می کنند. لایه ی اکسید از آن در برابر بسیاری از مواد شیمیایی محافظت می کند. تیتانیم در تاسیسات شیمیایی نیز استفاده می شود. بخش اعظم فلز تولید شده در موتورهای هواپیما و خودرو استعمال می شود، زیرا از نظر ثبات شبیه به فولاد و وزن آن 45 درصد کمتر است. در نتیجه یک رابطه ی بسیار عالی میان قدرت و وزن آن برقرار است. تیتانیوم به آلیاژها افزوده می شود، مثلا در تولید فولاد ضد زنگ.
دوام و خواص غیر مغناطیسی تیتانیوم باعث می شود یک گزینه برای ساخت زیردریایی محسوب شود.
یک ترکیب تیتانیوم که از نظر تجاری قابل توجه است، دی اکسید تیتانیوم می باشد، که به صورت یک رنگدانه در رنگ، روغن های سنتتیک، کاغذ، فیبر و مواد آرایشی استفاده می شود. با این حال، کاربرد های تیتانیوم منجر به تولید آلاینده های آبی می شود که تخلیه مستقیم فاضلاب را غیر ممکن می کنند. کاربید تیتانیوم در برش تولید ابزار استفاده می شود، و کلرید تیتانیوم به عنوان یک کاتالیزور و ماده ی اولیه برای ساخت مه مصنوعی و رنگدانه های تیتانیوم و تیتانیوم دی اکسید به کار می رود.
اثرات زیست محیطی تیتانیوم بر آب کدام اند؟
تیتانیوم یک ماده ی غذایی لازم نیست. اما ممکن است یک عملکرد بیولوژیکی داشته باشد، زیرا بر رشد دانه و تثبیت نیتروژن توسط حبوبات اثرات مثبتی دارد. گیاهان به طور متوسط حاوی 1 ppm تیتانیوم هستند (جرم خشک). محلول تیتانیوم به سرعت در خاک حل می شود. در نتیجه، غلظت هایی تا ppm 5000 قابل تحمل هستند. این عنصر در آب خطرناک نیست، اما ترکیبات تیتانیوم هالوژنه ممکن است در آب خطرناک باشند. این مواد برای موجودات کوچک آبی سمی و مضر هستند، زیرا مقدار pH را تغییر می دهند. تیتانیوم ابتدایی برای سایر قسمت های زیست محیطی نیز خطر محسوب می شود.
بسته به فرآیند تولید رنگدانه های دی اکسید تیتانیوم، ممکن است اسید سولفوریک و یا سولفات آهن تشکیل شود. تشکیل اسید سولفوریک در دریاها احتمالا اثرات منفی بر اکولوژی دریا می گذارد. این موضوع درباره ی رودخانه ها و سایر آب های سطحی نیز صدق می کند.
مقدار LD50 تترا ایزوپروپیل ارتو تیتانات شناخته شده است و 7460 میلی گرم بر کیلوگرم برای موش های صحرایی به صورت مصرف خوراکی می باشد.
تیتانیوم به طور طبیعی دارای پنج ایزوتوپ غیر رادیواکتیو و هشت ایزوتوپ ناپایدار است.
عوارض بهداشتی تیتانیوم موجود در آب کدام اند؟
بدن انسان حاوی حدود 700 میلی گرم تیتانیوم بوده و مصرف روزانه ما در حدود 0.8 میلی گرم است. تنها بخش کوچکی از مصرف کل روزانه توسط بدن جذب می شود. تیتانیوم نقش مهمی در هیچ یک از عملکردهای بدن بازی نمی کند. نسبتا غیر سمی است، زیرا بدن می تواند دوزهای نسبتا بالای آن را تاب بیاورد و در بدن نیز جمع نمی شود. خطرات موجود در ارتباط با تیتانیوم، به آنیون همراه آن نسبت داده می شود. برای مثال، مصرف هالوژن تیتانیوم باعث تهوع و استفراغ شده و پس از مصرف مجدد باعث تحلیل اسیدی بدن می شود. در صورت تماس آن با چشم، پوست و غشاهای مخاطی، موجب خوردگی می شود.
یکی از عوارض بهداشتی تیتانیوم که به حضور آن در آب ربطی ندارد، تنفس ذرات دی اکسید تیتانیوم با اندازه های بسیار کوچک است که منجر به بیماری ریوی می شود.
برای زدودن تیتانیوم از آب، کدام یک از تکنولوژی های تصفیه ی آب را می توان استفاده کرد؟
تیتانیوم به صورت یک کاتیون در محلول های اسیدی موجود است و بنابراین می توان آن را با استفاده از تبادل یونی حذف نمود. سولفات آهنی که طی تولید رنگدانه های دی اکسید تیتانیوم تشکیل می شود، به اسید یا اکسید تبدیل شده و می توان از آن به صورت یک رسوب برای تصفیه آب استفاده کرد.