টাইটানিয়ামের রাসায়নিক এবং শারীরিক বৈশিষ্ট্য

টাইটানিয়াম একটি শক্তিশালী এবং লাইটওয়েট অবাধ্য ধাতু। টাইটানিয়াম খাদ মহাকাশ শিল্পের জন্য অত্যাবশ্যক এবং চিকিৎসা, রাসায়নিক এবং সামরিক হার্ডওয়্যারের পাশাপাশি ক্রীড়া সরঞ্জামগুলিতেও ব্যবহৃত হয়।

অ্যারোস্পেস অ্যাপ্লিকেশনগুলি টাইটানিয়াম খরচের 80% জন্য দায়ী, যেখানে 20% ধাতু বর্ম, চিকিৎসা হার্ডওয়্যার এবং ভোক্তা পণ্যগুলিতে ব্যবহৃত হয়।

টাইটানিয়াম বৈশিষ্ট্য

যখন টাইটানিয়ামের বৈশিষ্ট্যের কথা আসে, তখন আমরা এর অনন্য শারীরিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে উপেক্ষা করতে পারি না। টাইটানিয়াম হল একটি হালকা ওজনের ধাতু যার ঘনত্ব প্রতি ঘন সেন্টিমিটারে 4.5 গ্রাম, এটি চমৎকার শক্তি প্রদান করে। শক্তি-থেকে-ওজন অনুপাতের এই ভারসাম্য টাইটানিয়ামকে মহাকাশের ক্ষেত্রে একটি স্ক্যাফোল্ড উপাদান করে তোলে এবং আধুনিক বিমানের বিকাশকে উৎসাহিত করে।

পারমাণবিক প্রতীক: Ti

পারমাণবিক সংখ্যা: 22

উপাদান শ্রেণী: ট্রানজিশন মেটাল

ঘনত্ব: 4.506/সেমি 3

গলনাঙ্ক: 3038 ডিগ্রি ফারেনহাইট (1670 ডিগ্রি)

স্ফুটনাঙ্ক: 5949 ডিগ্রি ফারেনহাইট (3287 ডিগ্রি)

মোহস কঠোরতা: 6

বৈশিষ্ট্য

টাইটানিয়াম-ধারণকারী খাদগুলি তাদের উচ্চ শক্তি, হালকা ওজন এবং চমৎকার জারা প্রতিরোধের জন্য পরিচিত। যদিও টাইটানিয়াম স্টিলের মতো শক্তিশালী, এটি প্রায় 40% হালকা।

এটি, ক্যাভিটেশনের প্রতিরোধের সাথে মিলিত হয় (দ্রুত চাপের পরিবর্তন যা শক ওয়েভ সৃষ্টি করে যা সময়ের সাথে সাথে ধাতবকে দুর্বল বা ক্ষতি করে) এবং ক্ষয় এটিকে মহাকাশ প্রকৌশলীদের জন্য একটি অপরিহার্য কাঠামোগত ধাতু করে তোলে।

টাইটানিয়াম জল এবং রাসায়নিক মিডিয়া দ্বারা ক্ষয় করার জন্য অত্যন্ত প্রতিরোধী। টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড (TiO 2 ) এর পৃষ্ঠে একটি পাতলা স্তর গঠনের কারণে এই প্রতিরোধের সৃষ্টি হয়, যা এই উপাদানগুলিকে প্রবেশ করা অত্যন্ত কঠিন করে তোলে।

টাইটানিয়ামের স্থিতিস্থাপকতার নিম্ন মডুলাস রয়েছে। এর মানে হল যে টাইটানিয়াম খুব নমনীয় এবং বাঁকানোর পরে তার আসল আকারে ফিরে আসতে পারে। মেমরি অ্যালয় (মিশ্র ধাতু যা ঠান্ডা হলে বিকৃত হয় কিন্তু উত্তপ্ত হলে তাদের আসল আকারে ফিরে আসে) অনেক আধুনিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ।

টাইটানিয়াম অ-চৌম্বকীয় এবং জৈব সামঞ্জস্যপূর্ণ (অ-বিষাক্ত, অ-অ্যালার্জেনিক), যা চিকিৎসা ক্ষেত্রে এর ক্রমবর্ধমান ব্যবহারকে নেতৃত্ব দিয়েছে।

ইতিহাস

টাইটানিয়ামের শিল্পগত গুরুত্ব বোঝার জন্য, আমাদের এর ইতিহাসের দিকে ফিরে তাকাতে হবে। টাইটানিয়ামের আবিষ্কার 18 শতকে ফিরে আসে, কিন্তু এর ধ্বংসাত্মক রূপটি 20 শতক পর্যন্ত সফলভাবে বিচ্ছিন্ন করা যায়নি। গত কয়েক দশকে, টাইটানিয়াম ধীরে ধীরে প্রাধান্য পেয়েছে এবং বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির প্রধান ভিত্তি হয়ে উঠেছে। বিমান চালনা শিল্পের উত্থানের সাথে সাথে, টাইটানিয়াম ধাতুগুলি বিমানের কাঠামোর জন্য একটি আদর্শ পছন্দ হয়ে উঠেছে। তাদের লাইটওয়েট এবং উচ্চ-শক্তি বৈশিষ্ট্যগুলি বিমানকে কেবল আরও শক্তি-দক্ষ নয়, নিরাপদও করে তোলে।

টাইটানিয়ামের ব্যবহার, যে কোনও রূপে, শুধুমাত্র দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের পরেই বিকশিত হয়েছিল। প্রকৃতপক্ষে, 1910 সাল পর্যন্ত টাইটানিয়াম একটি ধাতু হিসাবে বিচ্ছিন্ন ছিল না যখন আমেরিকান রসায়নবিদ ম্যাথিউ হান্টার সোডিয়ামের সাথে টাইটানিয়াম টেট্রাক্লোরাইড (TiCl 4) হ্রাস করে টাইটানিয়াম তৈরি করেছিলেন; একটি পদ্ধতি যা এখন হান্টার প্রক্রিয়া নামে পরিচিত।

যাইহোক, 1930 সাল পর্যন্ত বাণিজ্যিক উৎপাদন সম্ভব ছিল না যখন উইলিয়াম জাস্টিন ক্রোল দেখিয়েছিলেন যে ম্যাগনেসিয়াম ক্লোরাইড থেকে টাইটানিয়াম কমাতেও ব্যবহার করা যেতে পারে। ক্রোল প্রক্রিয়াটি বর্তমানে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত বাণিজ্যিক উৎপাদন পদ্ধতি।

একটি সাশ্রয়ী উৎপাদন পদ্ধতি তৈরি হওয়ার পর টাইটানিয়ামের প্রথম প্রধান ব্যবহার ছিল সামরিক বিমানে। সোভিয়েত ইউনিয়ন এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র 1950 এবং 1960 এর দশকে ডিজাইন করা সামরিক বিমান এবং সাবমেরিনগুলিতে টাইটানিয়াম ধাতু ব্যবহার করতে শুরু করে। 1960 এর দশকের গোড়ার দিকে, বাণিজ্যিক বিমান নির্মাতারাও টাইটানিয়াম অ্যালো ব্যবহার শুরু করে।

1950 এর দশকের সুইডিশ ডাক্তার পার-ইংভার ব্রেনমার্কের গবেষণায় দেখা গেছে যে টাইটানিয়াম মানবদেহে একটি নেতিবাচক প্রতিরোধ ক্ষমতা ট্রিগার করে না, ধাতুকে আমাদের দেহে একত্রিত হতে দেয়। এটাকে osseointegration বলে।

উৎপাদন

টাইটানিয়াম একটি বহুল ব্যবহৃত হালকা ধাতু যার উৎপাদন প্রধানত ক্লোরিনেশন পদ্ধতির উপর নির্ভর করে। এই প্রক্রিয়ায়, টাইটানিয়াম আকরিক সাধারণত ক্লোরিন গ্যাস এবং কোকের সাথে বিক্রিয়া করে টাইটানিয়াম ক্লোরাইড তৈরি করে, যা উচ্চ তাপমাত্রার মাধ্যমে বিশুদ্ধ ধাতব টাইটানিয়ামে পরিণত হয়। এই অনন্য এবং জটিল উত্পাদন প্রক্রিয়াটি বিভিন্ন ক্ষেত্রে অ্যাপ্লিকেশনগুলির ভিত্তি স্থাপনের জন্য একটি শক্তিশালী, হালকা ওজনের টাইটানিয়াম উপাদান সরবরাহ করে।

যদিও টাইটানিয়াম পৃথিবীর ভূত্বকের চতুর্থ সর্বাধিক সাধারণ ধাতব উপাদান (অ্যালুমিনিয়াম, লোহা এবং ম্যাগনেসিয়ামের পরে), টাইটানিয়াম ধাতুর উত্পাদন দূষণের জন্য অত্যন্ত সংবেদনশীল, বিশেষ করে অক্সিজেন, যে কারণে এর বিকাশ তুলনামূলকভাবে নতুন এবং ব্যয়বহুল।

প্রাথমিক টাইটানিয়াম উত্পাদনে ব্যবহৃত প্রধান আকরিকগুলি হল ইলমেনাইট এবং রুটাইল, যা যথাক্রমে প্রায় 90% এবং 10% উত্পাদন করে।

2015 সালে ইলমেনাইট ঘনত্বের উৎপাদন 10 মিলিয়ন টনের কাছাকাছি ছিল, যদিও প্রতি বছর উত্পাদিত ইলমেনাইট ঘনত্বের মাত্র একটি ছোট অনুপাত (প্রায় 5%) শেষ পর্যন্ত টাইটানিয়াম ধাতুতে রূপান্তরিত হয়। পরিবর্তে, বেশিরভাগ টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড (TiO 2) তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়, একটি সাদা রঙের রঙ্গক যা রং, খাদ্য, ওষুধ এবং প্রসাধনীতে ব্যবহৃত হয়।

ক্রোল প্রক্রিয়ার প্রথম ধাপে, টাইটানিয়াম আকরিককে ক্লোরিন বায়ুমণ্ডলে কোকিং কয়লা দিয়ে চূর্ণ করা হয় এবং উত্তপ্ত করে টাইটানিয়াম টেট্রাক্লোরাইড (TiCl 4) তৈরি করা হয়। ক্লোরাইড তারপরে বন্দী করা হয় এবং একটি কনডেনসারের মাধ্যমে পাস করা হয়, যা 99% পর্যন্ত বিশুদ্ধতা সহ টাইটানিয়াম ক্লোরাইড তরল তৈরি করে।

টাইটানিয়াম টেট্রাক্লোরাইড তারপর সরাসরি গলিত ম্যাগনেসিয়াম ধারণকারী পাত্রে খাওয়ানো হয়। অক্সিজেন দূষণ এড়াতে, আর্গন যোগ করে এটিকে নিষ্ক্রিয় করুন।

পরবর্তী পাতন প্রক্রিয়াটি বেশ কয়েক দিন সময় নিতে পারে, এই সময় জাহাজটি 1832 ডিগ্রি ফারেনহাইট (1000 ডিগ্রি) এ উত্তপ্ত হয়। ম্যাগনেসিয়াম টাইটানিয়াম ক্লোরাইডের সাথে বিক্রিয়া করে, ক্লোরাইড খুলে ফেলে এবং মৌলিক টাইটানিয়াম এবং ম্যাগনেসিয়াম ক্লোরাইড তৈরি করে।

ফলস্বরূপ তন্তুযুক্ত টাইটানিয়ামকে স্পঞ্জ টাইটানিয়াম বলা হয়। টাইটানিয়াম অ্যালয় এবং উচ্চ-বিশুদ্ধতা টাইটানিয়াম ইঙ্গট তৈরি করতে, ইলেকট্রন বিম, প্লাজমা আর্ক বা ভ্যাকুয়াম আর্ক গলিয়ে টাইটানিয়াম স্পঞ্জকে বিভিন্ন অ্যালোয়িং উপাদানগুলির সাথে গলানোর জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে।

ব্যবহার

ক্রীড়া সামগ্রীর ক্ষেত্রে টাইটানিয়াম ধাতুর প্রয়োগ প্রধানত উচ্চ-সম্পন্ন সাইকেল, গল্ফ ক্লাব, টেনিস র্যাকেট এবং অন্যান্য সরঞ্জামগুলিতে প্রতিফলিত হয়। টাইটানিয়াম ধাতুর লাইটওয়েট বৈশিষ্ট্যগুলি ক্রীড়া সরঞ্জামগুলিকে আরও নমনীয় এবং আরামদায়ক করে তোলে, ক্রীড়াবিদদের প্রতিযোগিতামূলক স্তরের উন্নতি করে।

টাইটানিয়াম ধাতু মহাকাশ, স্বয়ংচালিত শিল্প, চিকিৎসা সরঞ্জাম, রাসায়নিক শিল্প, ইলেকট্রনিক্স এবং ক্রীড়া সামগ্রী এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির ক্রমাগত বিকাশ এবং অগ্রগতি এবং প্রযুক্তির উন্নতির সাথে, টাইটানিয়াম ধাতুর প্রয়োগের ক্ষেত্রগুলি প্রসারিত হতে থাকবে। টাইটানিয়াম ধাতুর চমৎকার বৈশিষ্ট্য এবং বহুমুখিতা এটিকে আধুনিক প্রকৌশল উপকরণগুলির একটি অপরিহার্য অংশ করে তোলে।

 

〔উদ্ধৃতি〕বেল, টেরেন্স। "টাইটানিয়ামের বৈশিষ্ট্য এবং বৈশিষ্ট্য।" ThoughtCo, 4 এপ্রিল 2023, thoughtco.com/metal-profile-titanium-2340158।