ไทเทเนียมถูกค้นพบเมื่อใด？

ไทเทเนียม ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2334 โดยนักบวชชาวอังกฤษและนักแร่วิทยาสมัครเล่น วิลเลียม เกรเกอร์ ซึ่งระบุธาตุโลหะชนิดใหม่ขณะตรวจตัวอย่างทรายสีดำจากลำธารในคอร์นวอลล์ ประเทศอังกฤษ ไม่กี่ปีต่อมาในปี พ.ศ. 2338 นักเคมีชาวเยอรมัน Martin Heinrich Klaproth ได้แยกธาตุเดียวกันนี้ออกจากแร่รูไทล์อย่างเป็นอิสระ และตั้งชื่อให้ว่า "ไททาเนียม" ตามชื่อไททันส์ในเทพนิยายกรีก แม้ว่าธาตุดังกล่าวจะถูกระบุในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 แต่ไทเทเนียมโลหะบริสุทธิ์ก็ไม่ได้ถูกผลิตขึ้นจนกระทั่งปี 1910 และกระบวนการสกัดที่สามารถนำไปใช้ได้ในเชิงพาณิชย์ (กระบวนการโครลล์) เกิดขึ้นเฉพาะในทศวรรษปี 1940 เท่านั้น ช่องว่างอันยาวนานระหว่างการค้นพบและการผลิตเชิงปฏิบัตินี้อธิบายว่าทำไมไทเทเนียมยังคงเป็นวัสดุเฉพาะกลุ่มมานานกว่าศตวรรษก่อนที่จะกลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตด้านการบินและอวกาศ การแพทย์ และอุตสาหกรรม

การค้นพบครั้งแรกในคอร์นวอลล์ พ.ศ. 2334

วิลเลียม เกรเกอร์ นักบวชที่อยู่ในตำบลมานักกัน คอร์นวอลล์ ก็เป็นนักแร่วิทยาที่กระตือรือร้นเช่นกัน ขณะศึกษาทรายสีดำหนักที่พบในลำธารในท้องถิ่น เขาสังเกตเห็นว่ามีออกไซด์ของโลหะผิดปกติซึ่งไม่ตรงกับองค์ประกอบที่ทราบในขณะนั้น เขาตั้งชื่อแร่นี้ว่า "เมนาชาไนต์" ตามชื่อตำบลท้องถิ่น และตีพิมพ์ผลการวิจัยของเขาโดยอธิบายถึงสิ่งที่เขาเชื่อว่าเป็นสสารโลหะชนิดใหม่ การวิเคราะห์ของเกรเกอร์ใช้ความระมัดระวัง แต่เขาขาดวิธีการแยกโลหะบริสุทธิ์ ดังนั้นการค้นพบนี้จึงดึงดูดความสนใจอย่างจำกัดนอกแวดวงวิทยาศาสตร์

การค้นพบอิสระของ Klaproth และการตั้งชื่อไทเทเนียม

ในปี ค.ศ. 1795 Martin Heinrich Klaproth นักเคมีชาวเยอรมันผู้เป็นที่นับถือซึ่งเป็นที่รู้จักในเรื่องการระบุองค์ประกอบหลายอย่าง กำลังศึกษาแร่ที่เรียกว่ารูไทล์ เขาพบว่ารูไทล์มีโลหะออกไซด์แบบเดียวกับที่เกรเกอร์อธิบายไว้เมื่อสี่ปีก่อน Klaproth ยืนยันการมีอยู่ของธาตุใหม่และเสนอชื่อ "ไทเทเนียม" โดยได้รับแรงบันดาลใจจากไททันในตำนานเทพเจ้ากรีกเพื่อสะท้อนถึงความแข็งแกร่งของธาตุ ชื่อนี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย และคลาพรอธมักได้รับการยกย่องว่าเป็นนักเคมีที่ตั้งชื่อธาตุนี้อย่างเป็นทางการ แม้ว่างานก่อนหน้านี้ของเกรเกอร์จะได้รับการยอมรับในภายหลังว่าเป็นการระบุตัวตนครั้งแรกก็ตาม

จากการค้นพบสู่โลหะบริสุทธิ์: ช่องว่าง 119 ปี

ข้อเท็จจริงที่น่าทึ่งที่สุดประการหนึ่งเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของไทเทเนียมคือต้องใช้เวลานานแค่ไหนในการเปลี่ยนจากการค้นพบไปสู่การผลิตโลหะบริสุทธิ์ เป็นเวลากว่าศตวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ต้องดิ้นรนเนื่องจากไทเทเนียมทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ไนโตรเจน และคาร์บอนได้ง่ายที่อุณหภูมิสูง ทำให้ยากอย่างยิ่งที่จะแยกออกจากกันในรูปแบบบริสุทธิ์ จนกระทั่งถึงปี 1910 นักเคมีชาวอเมริกัน แมทธิว เอ. ฮันเตอร์ ประสบความสำเร็จในการผลิตโลหะไทเทเนียมที่ค่อนข้างบริสุทธิ์โดยการให้ความร้อนไทเทเนียมเตตระคลอไรด์กับโซเดียมในภาชนะเหล็กปิดผนึก ซึ่งปัจจุบันเรียกว่ากระบวนการฮันเตอร์

กระบวนการ Kroll และการกำเนิดของอุตสาหกรรมไทเทเนียมสมัยใหม่

จุดเปลี่ยนที่แท้จริงของไทเทเนียมเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1940 เมื่อ William Justin Kroll นักโลหะวิทยาที่เกิดในลักเซมเบิร์กได้พัฒนากระบวนการรีดักชันที่ได้รับการปรับปรุงโดยใช้แมกนีเซียมแทนโซเดียมในการลดไทเทเนียมเตตราคลอไรด์ วิธีการนี้ ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อกระบวนการ Kroll กลายเป็นรากฐานของอุตสาหกรรมไทเทเนียมระดับโลก และยังคงเป็นวิธีการผลิตที่โดดเด่นในปัจจุบัน หากไม่มีความก้าวหน้านี้ ไทเทเนียมก็คงยังคงเป็นที่สนใจในห้องปฏิบัติการมากกว่าโลหะที่มีความสำคัญทางโครงสร้างในปัจจุบัน

เหตุใดการค้นพบของไทเทเนียมจึงมีความสำคัญสำหรับการใช้งานที่มีความบริสุทธิ์สูงสมัยใหม่

การทำความเข้าใจประวัติความเป็นมาของไทเทเนียมช่วยอธิบายว่าทำไมความบริสุทธิ์จึงกลายเป็นปัจจัยสำคัญในการใช้งานสมัยใหม่ วิธีการผลิตในช่วงแรกไม่สามารถกำจัดธาตุ เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน และเหล็ก ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้าของไทเทเนียม ในปัจจุบัน อุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ การบินและอวกาศ และการวิจัยวัสดุขั้นสูงต้องการไทเทเนียมที่มีการควบคุมระดับสารเจือปนอย่างเข้มงวดอย่างยิ่ง ซึ่งมักจะแสดงออกมาในรูปของเกรดความบริสุทธิ์ "5N" (99.999%) "6N" (99.9999%) หรือแม้แต่ "7N" (99.99999%)

ตัวอย่างเช่น ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ แม้แต่ระดับของสิ่งเจือปนบางอย่างในไททาเนียมในระดับส่วนต่อพันล้านส่วนก็อาจส่งผลต่อผลลัพธ์การสะสมของฟิล์มบาง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมซัพพลายเออร์โลหะเกรดเซมิคอนดักเตอร์จึงมุ่งเน้นอย่างมากที่กระบวนการกลั่นกรองที่ไปไกลกว่าที่สามารถทำได้ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ในทำนองเดียวกัน ในวัสดุซูเปอร์อัลลอยด์ที่ใช้สำหรับส่วนประกอบเครื่องยนต์ไอพ่น ความบริสุทธิ์ของไทเทเนียมที่ได้รับการควบคุมส่งผลโดยตรงต่อความต้านทานต่อความล้าและสมรรถนะที่อุณหภูมิสูง

แบบฟอร์มไทเทเนียมความบริสุทธิ์สูงทั่วไปและการใช้ประโยชน์

เนื่องจากความต้องการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงและส่วนประกอบการบินและอวกาศยังคงเพิ่มขึ้น บทบาทของซัพพลายเออร์ Ti ที่มีความบริสุทธิ์สูงที่เชื่อถือได้จึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ผู้ผลิตในภาคเซมิคอนดักเตอร์และวัสดุขั้นสูงมักมองหาผู้ผลิตโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษที่สามารถส่งมอบเกรดความบริสุทธิ์ 5N, 6N และแม้แต่ 7N อย่างสม่ำเสมอ พร้อมด้วยเอกสารคุณภาพที่เข้มงวดและการตรวจสอบย้อนกลับสำหรับแต่ละชุด

ประเด็นสำคัญเกี่ยวกับการค้นพบของไทเทเนียมและมรดกของมัน

การเดินทางของไทเทเนียมจากตัวอย่างทรายสีดำที่แปลกประหลาดในคอร์นวอลล์ สู่หนึ่งในโลหะที่มีค่าที่สุดในการผลิตสมัยใหม่มีระยะเวลายาวนานกว่าสองศตวรรษ การค้นพบในปี 1791 โดย William Gregor การตั้งชื่ออย่างเป็นทางการโดย Klaproth ในปี 1795 และการผลิตในระดับอุตสาหกรรมในที่สุดที่ดำเนินการโดยกระบวนการ Kroll ในทศวรรษ 1940 ร่วมกันวางรากฐานสำหรับอุตสาหกรรมวัสดุที่มีความบริสุทธิ์สูงในปัจจุบัน สำหรับบริษัทที่ทำงานในด้านการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ การบินและอวกาศ และการวิจัยวัสดุขั้นสูง ประวัติศาสตร์นี้ไม่ได้เป็นเพียงภูมิหลังทางวิชาการเท่านั้น แต่ยังอธิบายว่าทำไมการควบคุมความบริสุทธิ์ เทคโนโลยีการกลั่น และความเชี่ยวชาญของซัพพลายเออร์จึงยังคงเป็นหัวใจสำคัญของการจัดหาและใช้ไทเทเนียมในปัจจุบัน