今回は「チタン」という金属について解説していきます。

チタンは金属元素の1つですが、ほかの金属にはない特殊性を多く持ち合わせている。このような理由から、航空宇宙産業をはじめとする最先端技術において、チタンやその合金が活用されているぞ。この記事では、チタンの性質と用途について詳しく述べるつもりです。ぜひ、この機会にチタンについての理解を深めてくれ。

化学に詳しいライター通りすがりのペンギン船長と一緒に解説していきます。

ライター/通りすがりのペンギン船長

現役理系大学生。環境工学、エネルギー工学を専攻している。これらの学問への興味は人一倍強い。資源材料学、環境化学工学、バイオマスエネルギーなども勉強中。

チタンについて学ぼう!

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Alchemist-hp (pse-mendelejew.de) - 投稿者自身による作品, CC 表示-継承 3.0, リンクによる

皆さんはチタン(チタニウム)という名前の金属をご存知でしょうか?チタンは金属の中でも周囲の環境に影響を受けにくい強い金属であり、その強さは白金や金などの貴金属にも匹敵するほどだという意見も存在します。その特徴を活かして、チタンは多くの最先端技術の分野で用いられているのです。

今回の記事では、化学・物理学・工学などの様々な学問の視点で、特殊な金属であるチタンについて解明していきます。また、記事の後半ではチタンがどのような用途で用いられているかについても述べますね。それでは早速、チタンがどのような物質であるのかを説明していきます。

チタンとは?

チタンとは?

image by Study-Z編集部

チタンは元素記号がTiで、原子番号が22の金属元素です。元素周期表の中では、チタンは上から5行目に位置しており、第4族元素遷移元素に分類されます。単体のチタンは金属光沢をもっていますよ。また、チタンは空気中では表面に酸化被膜をつくり不動態になります。これにより、非常に高い耐食性や安定性をもたらすのです。

チタンは強度が比較的高いという特性をもちます。これは長所の1つです。しかしながら、強度が高いことで切削などの材料加工がしにくいというデメリットにもなります。その他にも、チタンには密度が低く軽量であるという性質がありますよ。

そして、環境負荷が低く、生体に与える影響が少ないこともチタンの長所です。さらに、電気伝導率や熱伝導率が低いということもチタンの特徴として挙げられます。

チタンの化合物と合金

続いて、チタンの化合物と合金について学んでいきましょう。チタンの化合物は多数存在しますが、その中で最も有名なものは酸化チタンです。酸化チタンは工業的な価値が非常に高い素材で、様々な製品開発において用いられていますよ

チタン合金は、チタンにアルミニウムやバナジウムなどの金属元素を添加したものですこのような物質の添加によって、チタンがもつ耐食性や高い強度などの特長を向上させることができます

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チタン鉱石の分布

続いて、チタン鉱石の分布について説明していきますね単体のチタンは自然界には存在せず、チタン鉱石として地中に埋蔵されています。チタン鉱石には、チタン酸鉄を主成分とするチタン鉄鉱や酸化チタンを主成分とするルチンなどが含まれていますよ。

チタン鉱石の主要産出国は、オーストラリア・南アフリカ・カナダ・中国・ノルウェー・アメリカなどです。これらの国から合計で毎年500万トン以上のチタン鉱石が採掘されています。

チタンとその化合物や合金の用途

ここからは、チタンがどのような用途で使用されているかを考えていきましょう。以下では、航空宇宙産業医療環境建築の4分野において、チタンとその化合物や合金がどのように活用されているのかをご紹介します。

このチャプターでは、それぞれの技術においてなぜチタンが使用されているのかという点を、チタンの性質と結び付けて理解することが大切になってきますよ。このことを意識して記事を読み進めてみてくださいね。

航空宇宙産業分野

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チタンおよびチタン合金は耐食性や強度が高く、耐熱性にも優れる上に軽量であることから、航空機・ミサイル・ロケットなどの部品に使用されています

特に超音速の戦闘機や旅客機が登場した1950年代から1980年代にかけての時期は、多くのチタンが航空部品の生産に使われました。しかしながら、複合材の登場などにより、近年では航空部品に使用されるチタンの量は減少傾向にあります

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医療分野

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チタンは腐食に強いため、他の液体と反応して溶解することはほとんどありません。それゆえ、人体にチタンを埋め込んだ場合も、健康を害する可能性は非常に低くなります。このような理由から、チタンは義手・義足・人口骨などのインプラント材料として使われていますよ。

また、同様の理由でチタンは金属アレルギーをおこしにくいと考えられています。ですから、チタンは腕時計や指輪などのアクセサリーの材料にも用いられていますよ。

環境分野

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続いて、環境分野においてチタンがどのように使用されているかを述べますチタンの化合物である酸化チタンは光触媒として使用されていますよ。光触媒である酸化チタンを建物の壁面や窓に塗っておくことで、油汚れが付きにくくなります。

また、酸化チタンには超親水性という特徴がありますよ。超親水性により、酸化チタンが塗布された部分は表面張力が小さくなります。それゆえ、酸化チタンが塗られたガラスは曇りにくくなることが知られているのです。この技術は自動車のサイドミラーなどに用いられていますよ。

酸化チタンが環境分野で使用される例は他にもあります。次世代ソーラーパネルとして期待される色素増感太陽電池の電極材は酸化チタンになっていますよ。このソーラーパネルは、従来のソーラーパネルよりも製造コストを下げることができるとされていますよ。この新技術は脱炭素社会を実現に大きな貢献をもたらすでしょう。

建築分野

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最後に、チタンやチタン合金が建築分野でどのように活用されているかを考えましょう。チタンやチタン合金の耐食性は、海水に対しても大きな効果を発揮します。このような理由から、海をまたぐ橋梁や港の桟橋の建材には、チタンやチタン合金が使用されているのです

チタンおよびチタン合金が建材として使用された事例は日本国内でもあります。羽田空港に設置された海上滑走路の橋脚にはチタン系の材料が使用されていますよ。また、東京湾アクアラインの建設にもチタン系建材が使用されているのです

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チタンについて学ぶ意義

理科の教科書でほとんど紹介されないといった理由から、チタンという金属元素は比較的地味な存在だと言えます。しかしながら、実際は多くの最先端技術においても使用されているということがチタンの実態なのです。目立たないように見えるチタンですが、多くの場所で活躍しているのですね。

今回の記事では、チタンの性質や用途を様々な側面から考察しました。ぜひこの機会に、チタンという元素について学んでみてくださいね。この記事には、雑学として知っておくとよい知識も多く含まれていますよ。

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化学原子・元素地学岩石・鉱物無機物質理科生活と物質

チタンとはどのような金属?その性質や用途を徹底追究!現役理系学生ライターが5分でわかりやすく解説

今回は「チタン」という金属について解説していきます。

チタンは金属元素の1つですが、ほかの金属にはない特殊性を多く持ち合わせている。このような理由から、航空宇宙産業をはじめとする最先端技術において、チタンやその合金が活用されているぞ。この記事では、チタンの性質と用途について詳しく述べるつもりです。ぜひ、この機会にチタンについての理解を深めてくれ。

化学に詳しいライター通りすがりのペンギン船長と一緒に解説していきます。

ライター/通りすがりのペンギン船長

現役理系大学生。環境工学、エネルギー工学を専攻している。これらの学問への興味は人一倍強い。資源材料学、環境化学工学、バイオマスエネルギーなども勉強中。

チタンについて学ぼう!

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Alchemist-hp (pse-mendelejew.de) – 投稿者自身による作品, CC 表示-継承 3.0, リンクによる

皆さんはチタン(チタニウム)という名前の金属をご存知でしょうか?チタンは金属の中でも周囲の環境に影響を受けにくい強い金属であり、その強さは白金や金などの貴金属にも匹敵するほどだという意見も存在します。その特徴を活かして、チタンは多くの最先端技術の分野で用いられているのです。

今回の記事では、化学・物理学・工学などの様々な学問の視点で、特殊な金属であるチタンについて解明していきます。また、記事の後半ではチタンがどのような用途で用いられているかについても述べますね。それでは早速、チタンがどのような物質であるのかを説明していきます。

チタンとは?

チタンとは?

image by Study-Z編集部

チタンは元素記号がTiで、原子番号が22の金属元素です。元素周期表の中では、チタンは上から5行目に位置しており、第4族元素遷移元素に分類されます。単体のチタンは金属光沢をもっていますよ。また、チタンは空気中では表面に酸化被膜をつくり不動態になります。これにより、非常に高い耐食性や安定性をもたらすのです。

チタンは強度が比較的高いという特性をもちます。これは長所の1つです。しかしながら、強度が高いことで切削などの材料加工がしにくいというデメリットにもなります。その他にも、チタンには密度が低く軽量であるという性質がありますよ。

そして、環境負荷が低く、生体に与える影響が少ないこともチタンの長所です。さらに、電気伝導率や熱伝導率が低いということもチタンの特徴として挙げられます。

チタンの化合物と合金

続いて、チタンの化合物と合金について学んでいきましょう。チタンの化合物は多数存在しますが、その中で最も有名なものは酸化チタンです。酸化チタンは工業的な価値が非常に高い素材で、様々な製品開発において用いられていますよ

チタン合金は、チタンにアルミニウムやバナジウムなどの金属元素を添加したものですこのような物質の添加によって、チタンがもつ耐食性や高い強度などの特長を向上させることができます

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