Titânio: Tão forte quanto o aço, tão leve quanto o alumínio-e também está no seu corpo
Um osso de liga de titânio pode permanecer no seu corpo por toda a vida, e um avião-todo em titânio pode voar a três vezes a velocidade do som. Esse metal-mais leve que o aço e mais forte que o alumínio-está escondido na pasta de dente, no protetor solar e nos joelhos.
Este metal é o titânio. Não é escandalosamente caro; é escandalosamente raro.
I. Metade do peso do aço, duas vezes mais duro que o alumínio
O titânio tem densidade de 4,51 g/cm³, que é 56% maior que a do aço e 1,6 vezes maior que a do alumínio. A resistência do titânio puro está no mesmo nível da do aço de carbono médio-, enquanto as ligas de titânio (a mais clássica é Ti-6Al-4V, conhecida na indústria como "Titânio 64") aumentam a resistência para 900–1.170 MPa, colocando-as na mesma categoria dos aços-liga de alta-resistência. Em termos de resistência específica – isto é, a carga que pode suportar por unidade de peso – o titânio supera todos os outros metais.
O que é ainda mais notável é que esta alta resistência não ocorre às custas da tenacidade. Embora muitos aços-de alta resistência sejam fortes, eles geralmente são frágeis; as ligas de titânio, entretanto, mantêm boa tenacidade e resistência à fratura mesmo em nitrogênio líquido a -200 graus, e não amolecem rapidamente em altas temperaturas acima de 400 graus, ao contrário das ligas de alumínio. Desde as baixas temperaturas do hélio líquido perto de 4 K até as altas temperaturas das turbinas dos motores de aeronaves em torno de 500 graus, as ligas de titânio não apresentam lacunas significativas de desempenho em toda a faixa de temperatura.
Agora considere a resistência à corrosão. Uma densa camada de passivação de TiO₂ se forma espontaneamente na superfície do titânio; embora tenha apenas alguns nanômetros de espessura, ele atua como uma armadura protetora firmemente ligada ao substrato. Mesmo que essa camada seja arranhada, ela rapidamente se re-oxida e se repara-tão rapidamente que os sinais de corrosão são praticamente invisíveis. Uma liga de titânio deixada submersa em água do mar por vinte anos ainda brilhará quando limpa após a remoção. Meios como ácido sulfúrico concentrado, ácido nítrico, cloro gasoso e ácidos orgânicos também lutam para causar corrosão significativa. O único ponto fraco é o ácido fluorídrico (HF): os íons fluoreto dissolvem diretamente a película de óxido na superfície do titânio, expondo o substrato de titânio e causando corrosão.
Levando tudo isso em consideração, você pode pensar que o titânio deve ser exorbitantemente caro. No entanto, o titânio ocupa o nono lugar em abundância na crosta terrestre, tornando-o mais abundante que o cobre, o zinco e o chumbo. Então, por que ainda é cinco a dez vezes mais caro que o aço inoxidável? Porque o processo Kroll é um método-de lote, com uso intensivo de energia-que requer aproximadamente 36.000 quilowatts-horas de eletricidade para produzir uma tonelada métrica de titânio esponjoso-suficiente para abastecer uma residência média por três anos. Além disso, o titânio tem uma condutividade térmica extremamente baixa quando usinado, fazendo com que o calor se concentre inteiramente na aresta de corte, o que desgasta a ferramenta várias vezes mais rápido do que no corte de aço. O alto custo do titânio não decorre da matéria-prima em si, mas do alto custo de seu processamento.
II. Titânio contrabandeado da União Soviética foi usado para construir um avião espião dos EUA, capaz de voar a três vezes a velocidade do som
A aeronave de reconhecimento SR-71 "Blackbird", que fez seu voo inaugural em 1964, era um jato de reconhecimento estratégico de longo-alcance, alta-altitude e alta{8}}velocidade operado pela Força Aérea dos EUA. Ele incorporou uma riqueza de-tecnologia de ponta da época, incluindo uma estrutura de liga de titânio e um motor turbojato/ramjet de ciclo variável-, e foi o primeiro avião a jato operacional a romper com sucesso a barreira térmica. Ele era capaz de viajar a 3,2 vezes a velocidade do som a uma altitude de 24 mil metros-tão rápido que os mísseis de defesa aérea soviéticos lançados na época simplesmente não conseguiam acompanhá-lo. Ao longo de sua história operacional, nunca foi abatido por aeronaves inimigas ou mísseis antiaéreos. Um dos segredos mais bem guardados da aeronave está em seus materiais: 93% de sua fuselagem é construída em liga de titânio.
III. Você consome e aplica titânio todos os dias, mas pode não perceber
Do minério de titânio extraído em todo o mundo, apenas cerca de 5% é reduzido a titânio metálico; os 95% restantes são convertidos em dióxido de titânio (TiO₂), também conhecido como titânio branco.
O dióxido de titânio é o pigmento branco mais importante da Terra. Possui um índice de refração extremamente alto, maximizando a eficiência de dispersão da luz branca no espectro visível. Um quilograma de dióxido de titânio pode cobrir aproximadamente 8 a 10 metros quadrados de área de superfície, conferindo-lhe uma cor branca pura e opaca. Sem dióxido de titânio, as paredes brancas do seu quarto ficariam cinzentas, a pasta de dente ficaria transparente, os tubos de plástico revelariam sua cor marrom-amarelada natural e o protetor solar aplicado no rosto pareceria uma película gordurosa e transparente.
A camada branca e lisa dos doces M&M que você come contém dióxido de titânio. O leite desnatado usa dióxido de titânio para branqueá-lo, fazendo com que pareça mais com leite integral. O revestimento branco dos comprimidos também é feito de dióxido de titânio. Até mesmo a cor branca do papel higiênico que você usa depois de ir ao banheiro-se você estiver usando uma marca de-alva brancura-provavelmente se deve ao dióxido de titânio.
4. Quando implantado no corpo humano, seus ossos se fundirão ativamente com ele
Se a liga de titânio for implantada no corpo humano, ela não será rejeitada como os metais comuns; em vez disso, gradualmente "funde-se" com o osso circundante. Este fenômeno é conhecido na medicina como osseointegração.
A chave para a capacidade do titânio de fazer isso reside na formação de uma camada de óxido muito densa em sua superfície. Esta camada é estável e não irrita o tecido humano, permitindo que as células ósseas se fixem e proliferem com segurança na sua superfície, formando gradualmente novo tecido ósseo.
Em contraste, muitos metais são propensos a reações de afrouxamento, corrosão ou rejeição após a implantação, enquanto as ligas de titânio oferecem melhor biocompatibilidade e maior estabilidade-a longo prazo. Por esse motivo, são amplamente utilizados em aplicações médicas, como articulações artificiais, placas ósseas, parafusos e implantes dentários.
Simplificando, o titânio não é “forçado” no osso; em vez disso, o osso aceita isso de bom grado.
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