Titanio: Tan fuerte como el acero, tan ligero como el aluminio-y también está en tu cuerpo
Un hueso de aleación de titanio puede permanecer en el cuerpo durante toda la vida y un avión-de titanio puede volar a tres veces la velocidad del sonido. Este metal-más ligero que el acero y más resistente que el aluminio-está escondido en la pasta de dientes, el protector solar y las rodillas.
Este metal es titanio. No es escandalosamente caro; es escandalosamente raro.
I. La mitad del peso del acero, el doble de duro que el aluminio
El titanio tiene una densidad de 4,51 g/cm³, que es el 56% de la del acero y 1,6 veces la del aluminio. La resistencia del titanio puro está a la par con la del acero de carbono medio-, mientras que las aleaciones de titanio (la más clásica es Ti-6Al-4V, conocida en la industria como "Titanio 64") elevan la resistencia a 900-1170 MPa, colocándolas en la misma liga que los aceros de aleación de alta-resistencia. En términos de resistencia específica, es decir, la carga que puede soportar por unidad de peso, el titanio supera a todos los demás metales.
Lo que es aún más notable es que esta alta resistencia no se logra a expensas de la dureza. Si bien muchos aceros de alta-resistencia son fuertes, a menudo son quebradizos; Sin embargo, las aleaciones de titanio mantienen buena tenacidad y resistencia a la fractura incluso en nitrógeno líquido a -200 grados y no se ablandan rápidamente a altas temperaturas superiores a 400 grados, a diferencia de las aleaciones de aluminio. Desde las bajas temperaturas del helio líquido, cercanas a los 4 K, hasta las altas temperaturas de las turbinas de los motores de los aviones, alrededor de los 500 grados, las aleaciones de titanio no presentan diferencias de rendimiento significativas en todo el rango de temperaturas.
Consideremos ahora la resistencia a la corrosión. Se forma espontáneamente una densa capa de pasivación de TiO₂ en la superficie del titanio; Aunque sólo tiene unos pocos nanómetros de espesor, actúa como una armadura protectora firmemente adherida al sustrato. Incluso si esta capa se raya, rápidamente se re-reoxida y repara-tan rápido que los signos de corrosión son prácticamente invisibles. Una aleación de titanio que se deja sumergida en agua de mar durante veinte años seguirá brillando cuando se limpie con un paño después de retirarla. Los medios como el ácido sulfúrico concentrado, el ácido nítrico, el cloro gaseoso y los ácidos orgánicos también tienen dificultades para provocar una corrosión significativa. La única debilidad es el ácido fluorhídrico (HF): los iones de fluoruro disuelven directamente la película de óxido en la superficie del titanio, exponiendo el sustrato de titanio y provocando corrosión.
Teniendo todo esto en cuenta, se podría pensar que el titanio debe ser exorbitantemente caro. Sin embargo, el titanio ocupa el noveno lugar en abundancia en la corteza terrestre, lo que lo hace más abundante que el cobre, el zinc y el plomo. Entonces, ¿por qué sigue siendo entre cinco y diez veces más caro que el acero inoxidable? Porque el proceso Kroll es un método por lotes-que consume mucha energía- y requiere aproximadamente 36 000 kilovatios-hora de electricidad para producir una tonelada métrica de titanio esponjoso-suficiente para alimentar un hogar promedio durante tres años. Además, el titanio tiene una conductividad térmica extremadamente pobre cuando se mecaniza, lo que hace que el calor se concentre completamente en el filo, lo que desgasta la herramienta varias veces más rápido que cuando se corta acero. El alto coste del titanio no se debe a la materia prima en sí, sino al elevado coste de su procesamiento.
II. Se utilizó titanio contrabandeado desde la Unión Soviética para construir un avión espía estadounidense capaz de volar a tres veces la velocidad del sonido
El avión de reconocimiento SR-71 "Blackbird", que realizó su vuelo inaugural en 1964, era un avión de reconocimiento estratégico de largo-alcance, gran-altitud y alta-velocidad operado por la Fuerza Aérea de EE. UU. Incorporaba una gran cantidad de tecnología-de vanguardia de la época, incluida una estructura de aleación de titanio y un motor turborreactor/ramjet de ciclo-variable, y fue el primer avión a reacción operativo que superó con éxito la barrera del calor. Era capaz de volar a 3,2 veces la velocidad del sonido a una altitud de 24.000 metros-tan rápido que los misiles de defensa aérea soviéticos lanzados en ese momento simplemente no podían seguirle el ritmo. A lo largo de su historia operativa, nunca fue derribado por aviones enemigos o misiles antiaéreos. Uno de los secretos mejor guardados del avión reside en sus materiales: el 93 por ciento de su estructura está construida con una aleación de titanio.
III. Consume y aplica titanio todos los días, pero es posible que no se dé cuenta
Del mineral de titanio extraído en todo el mundo, sólo alrededor del 5% se reduce a titanio metálico; el 95% restante se convierte en dióxido de titanio (TiO₂), también conocido como blanco de titanio.
El dióxido de titanio es el pigmento blanco más importante de la Tierra. Tiene un índice de refracción extremadamente alto, lo que maximiza la eficiencia de dispersión de la luz blanca en el espectro visible. Un kilogramo de dióxido de titanio puede cubrir aproximadamente de 8 a 10 metros cuadrados de superficie, dándole un color blanco puro y opaco. Sin dióxido de titanio, las paredes blancas de su habitación se volverían grises, la pasta de dientes se volvería transparente, las tuberías de plástico revelarían su color marrón amarillento-natural y el protector solar aplicado en la cara parecería una película transparente y grasosa.
La suave capa blanca de los dulces M&M que comes contiene dióxido de titanio. La leche desnatada utiliza dióxido de titanio para blanquearla, haciéndola parecer más leche entera. La capa blanca de las pastillas también está hecha de dióxido de titanio. Incluso el color blanco del papel higiénico que usas después de ir al baño-si estás usando una marca de alta-blancura-es muy probable que se deba al dióxido de titanio.
IV. Cuando se implanta en el cuerpo humano, sus huesos se fusionarán activamente con él
Si se implanta una aleación de titanio en el cuerpo humano, no se rechaza como los metales ordinarios; en cambio, gradualmente se "fusiona" con el hueso circundante. Este fenómeno se conoce en medicina como osteointegración.
La clave de la capacidad del titanio para hacer esto reside en la formación de una capa de óxido muy densa en su superficie. Esta capa es estable y no irrita el tejido humano, lo que permite que las células óseas se adhieran y proliferen de forma segura en su superficie, formando gradualmente tejido óseo nuevo.
Por el contrario, muchos metales son propensos a reacciones de aflojamiento, corrosión o rechazo después de la implantación, mientras que las aleaciones de titanio ofrecen una mejor biocompatibilidad y una mayor estabilidad a largo plazo-. Por este motivo, se utilizan ampliamente en aplicaciones médicas como articulaciones artificiales, placas óseas, tornillos e implantes dentales.
En pocas palabras, el titanio no se "fuerza" en el hueso; más bien, el hueso lo acepta de buen grado.
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