【元素図鑑】チタン Ti【原子番号22】

チタン（Titanium, Ti）は、元素記号Ti、原子番号22の化学元素です。周期表の第4周期、第4族に属し、軽くて強度が高く、耐腐食性に優れた金属です。

チタンの基本情報

和名	チタン
英名	Titanium
語源	ギリシャ神話の「巨人タイタン (Titan)」
元素記号	Ti
原子番号	22
原子量	47.87
常温（25℃）での状態	固体（金属）
色	銀白色
臭い	–
密度	4.540 g/cm3（20℃）
融点	1666℃
沸点	3289℃
発見者	グレガー（イギリス）[1791年]
含有鉱物	金紅石

チタンの主な特徴

• 遷移金属元素で、周期表第4周期第4族に属す
• 銀白色の光沢を持ち、軽量で非常に高い強度と耐食性を兼ね備えた金属
• 空気中や水中では酸化皮膜により保護され、腐食に極めて強い性質を持つ
• 比重は4.5と鉄よりも軽く、融点も1668°Cと高いため、航空宇宙・医療・化学産業で重用されている

チタンの歴史

発見

チタンは1791年、イギリスの牧師・鉱物学者であるウィリアム・グレゴールによって、イルメナイト中から発見されました。

その後1795年、ドイツの化学者マルティン・クラプロートが同元素を独立に再発見し、「Titanium」と命名しました。

名前の由来

「Titanium」という名前は、ギリシャ神話の巨神タイタン族（Titans）に由来し、その強靭さを象徴しています。

チタンの主な用途

チタンは軽量・高強度・耐食性・生体適合性といった特性から、多岐にわたる分野で利用されています：

• 航空・宇宙産業： ジェットエンジン部品、機体構造材
• 医療分野： 人工関節、骨接合プレート、歯科インプラント
• 化学プラント： 酸・アルカリに強い熱交換器や配管材料
• スポーツ・レジャー： ゴルフクラブ、自転車フレーム、時計ケース
• 顔料（酸化チタン）： 白色顔料として塗料、紙、化粧品に使用

航空宇宙工業

チタンの高強度と軽量性、耐熱性から、航空機や宇宙船の構造材料として広く使用されます。

医療分野

生体適合性が高く、体内での腐食が少ないため、人工関節、骨接合材料、歯科インプラントなどに使用されます。

化学工業

耐腐食性を活かし、化学プラントの配管や反応容器として利用されます。

スポーツ・レジャー用品

自転車フレーム、ゴルフクラブ、テニスラケットなど、高強度で軽量な特性が求められる製品に使用されます。

海洋分野

海水に対する耐腐食性が高いため、海洋構造物や船舶の部品に利用されます。

ジュエリーと時計

軽量でアレルギーを引き起こしにくいため、ジュエリーや高級腕時計の素材としても使用されます。

チタンの生成方法

チタンは自然界では酸化物や鉱物として存在し、以下のような方法で金属として精製されます：

• 原料鉱石： イルメナイト（FeTiO₃）、ルチル（TiO₂）など
• クロール法（Kroll法）： TiO₂ を塩素とコークスで還元し TiCl₄ を生成し、これをマグネシウムで還元して金属チタンを得る
• 電解精製法： 高純度チタンの精製に利用される（Hunter法）

鉱石

チタンは主にルチル（TiO₂）やイルメナイト（FeTiO₃）から抽出されます。

精製

クロール法（Kroll法）

チタン鉱石を塩素と反応させて四塩化チタンを生成し、これをマグネシウムやナトリウムで還元してチタン金属を得る方法が一般的です。

チタンを含む化合物

チタンは主に +4 および +3 の酸化状態をとり、多様な化合物を形成します：

• 酸化チタン（TiO₂）： 白色顔料、光触媒、UVカット剤として利用
• チタン塩（TiCl₄）： 揮発性の液体で、有機合成や顔料製造に用いられる
• チタノセン（Cp₂TiCl₂）： 有機金属化学で重要な錯体
• チタンアルコキシド： ソル–ゲル法による薄膜・ナノ粒子合成に用いられる

• テッベ試薬

チタンに関する研究事例

チタンは材料科学、触媒化学、環境工学、医学など、さまざまな研究対象となっています：

• 酸化チタンの光触媒研究： 水の光分解、有機汚染物質の分解への応用
• 表面酸化皮膜制御： ナノ構造化による生体親和性向上や抗菌性の付与
• 合金開発： Ti-6Al-4Vなどの高強度チタン合金の疲労特性解析
• バイオマテリアル研究： チタンの骨結合性や表面処理技術の最適化
• MEMS・薄膜技術： チタン酸化物の誘電体・光学特性を応用

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