El titanio fue descubierto de manera independiente en dos ocasiones. En 1791, el reverendo británico William Gregor (1761-1817) analizó una arena negra magnética procedente de Cornualles e identificó un nuevo elemento al que llamó menacanita. Unos años más tarde, en 1795, el químico alemán Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) redescubrió independientemente este elemento en el mineral rutilo y lo nombró titanio, en referencia a los Titanes de la mitología griega, símbolos de poder y fuerza. Klaproth reconoció más tarde que su titanio era idéntico a la menacanita de Gregor. No fue hasta 1910 que Matthew Albert Hunter (1878-1961) aisló por primera vez titanio metálico puro calentando tetracloruro de titanio con sodio.
El titanio (símbolo Ti, número atómico 22) es un metal de transición del grupo 4 de la tabla periódica. Su átomo tiene 22 protones, generalmente 26 neutrones (para el isótopo más abundante \(\,^{48}\mathrm{Ti}\)) y 22 electrones con la configuración electrónica [Ar] 3d² 4s².
A temperatura ambiente, el titanio es un metal sólido de color gris plateado, notablemente ligero (densidad ≈ 4.506 g/cm³), aproximadamente un 60% más ligero que el acero, pero igual de resistente. Tiene una excelente resistencia a la corrosión gracias a la formación espontánea de una capa protectora de óxido (TiO₂) en su superficie. Punto de fusión del titanio: 1.941 K (1.668 °C). Punto de ebullición del titanio: 3.560 K (3.287 °C).
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Decaimiento / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Titanio-46 — \(\,^{46}\mathrm{Ti}\,\) | 22 | 24 | 45.952632 u | ≈ 8.25 % | Estable | Isótopo estable más ligero del titanio natural. |
| Titanio-47 — \(\,^{47}\mathrm{Ti}\,\) | 22 | 25 | 46.951763 u | ≈ 7.44 % | Estable | Tiene un momento magnético nuclear; se utiliza en espectroscopia de RMN. |
| Titanio-48 — \(\,^{48}\mathrm{Ti}\,\) | 22 | 26 | 47.947946 u | ≈ 73.72 % | Estable | Isótopo dominante del titanio; núcleo doblemente mágico, muy estable. |
| Titanio-49 — \(\,^{49}\mathrm{Ti}\,\) | 22 | 27 | 48.947870 u | ≈ 5.41 % | Estable | Isótopo estable utilizado en investigación de física nuclear. |
| Titanio-50 — \(\,^{50}\mathrm{Ti}\,\) | 22 | 28 | 49.944791 u | ≈ 5.18 % | Estable | Isótopo estable más pesado del titanio natural. |
| Titanio-44 — \(\,^{44}\mathrm{Ti}\,\) | 22 | 22 | 43.959690 u | Traza cósmica | ≈ 60 años | Radiactivo, captura electrónica hacia \(\,^{44}\mathrm{Sc}\). Producido en supernovas, utilizado como trazador cósmico. |
El titanio tiene 22 electrones distribuidos en cuatro capas electrónicas. Su configuración electrónica completa es: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d² 4s², o simplificada: [Ar] 3d² 4s². Esta configuración también puede escribirse como: K(2) L(8) M(10) N(2).
Capa K (n=1): contiene 2 electrones en la subcapa 1s. Esta capa interna está completa y es muy estable.
Capa L (n=2): contiene 8 electrones distribuidos como 2s² 2p⁶. Esta capa también está completa, formando una configuración de gas noble (neón).
Capa M (n=3): contiene 10 electrones distribuidos como 3s² 3p⁶ 3d². Los orbitales 3s y 3p están completos, mientras que los orbitales 3d contienen solo 2 de los 10 electrones posibles.
Capa N (n=4): contiene 2 electrones en la subcapa 4s. Estos electrones son los primeros en participar en el enlace químico.
Los 4 electrones de las capas externas (3d² 4s²) son los electrones de valencia del titanio. Esta configuración explica sus propiedades químicas:
Al perder los 2 electrones 4s, el titanio forma el ion Ti²⁺ (estado de oxidación +2).
Al perder los 2 electrones 4s y 1 electrón 3d, forma el ion Ti³⁺ (estado de oxidación +3).
Al perder todos sus electrones de valencia (4s² 3d²), forma el ion Ti⁴⁺ (estado de oxidación +4), el estado más estable y común.
La configuración electrónica particular del titanio, con sus orbitales 3d parcialmente llenos, lo clasifica entre los metales de transición. Esta estructura le confiere propiedades características: capacidad para formar compuestos coloreados, actividad catalítica y capacidad para formar enlaces metálicos fuertes mediante el solapamiento de orbitales d.
El titanio es un metal relativamente reactivo en su estado puro. A altas temperaturas, reacciona con oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, carbono y halógenos. Forma principalmente compuestos con un estado de oxidación de +4 (como TiO₂, TiCl₄), pero también puede existir en estados +3 y +2. El dióxido de titanio (TiO₂) es particularmente estable y confiere al metal su notable resistencia a la corrosión al formar una capa pasiva protectora. El titanio resiste muchos ácidos y bases, pero puede ser atacado por el ácido fluorhídrico, soluciones alcalinas concentradas calientes y ciertos ácidos en presencia de iones fluoruro.
El titanio se sintetiza principalmente durante la explosión de estrellas masivas en supernovas, mediante el proceso de captura rápida de neutrones (proceso r) y la combustión del silicio. El isótopo radiactivo \(\,^{44}\mathrm{Ti}\) (vida media de unos 60 años) es particularmente interesante porque permite datar y estudiar los restos de supernovas recientes. Su detección por espectroscopia gamma proporciona información crucial sobre los mecanismos de explosión estelar y la nucleosíntesis explosiva.
En estrellas evolucionadas, el titanio se forma en las capas donde arde el silicio, justo antes del colapso del núcleo que conduce a una supernova. La abundancia de titanio en meteoritos y estrellas antiguas ayuda a los astrónomos a comprender el enriquecimiento químico gradual de nuestra galaxia. Las líneas espectrales del titanio neutro e ionizado (Ti I, Ti II) se utilizan para determinar la temperatura, la gravedad superficial y la composición química de las estrellas.
N.B.:
El titanio es el noveno elemento más abundante en la corteza terrestre (alrededor del 0,6% en masa), pero rara vez se encuentra en forma pura. Se presenta principalmente en minerales como la ilmenita (FeTiO₃) y el rutilo (TiO₂). A pesar de su abundancia relativa, la extracción y purificación del titanio metálico son procesos costosos y que consumen mucha energía (proceso Kroll), lo que explica su alto precio en comparación con otros metales estructurales como el acero o el aluminio. Esta complejidad de producción contrasta con sus excepcionales propiedades mecánicas y su resistencia a la corrosión.
