Titanio (Ti): Propiedades Químicas, Físicas y Aplicaciones Biomédicas

Introducción al Titanio (Ti)

El titanio (Ti) es un elemento químico clasificado dentro del grupo de los metales de transición. Este metal es notablemente ligero, aproximadamente un 50% más que el acero (metal contra el que compite en diversas aplicaciones técnicas). El titanio presenta una alta resistencia a la corrosión y una gran resistencia mecánica, aunque su mayor costo en comparación con el acero limita su uso industrial generalizado.

Abundancia y Presencia Natural

El titanio es un metal muy abundante en la naturaleza; se calcula que es el noveno elemento más abundante en la corteza terrestre. Sin embargo, no se encuentra en estado puro, sino principalmente en forma de óxidos, presente en la escoria de ciertos minerales de hierro y en las cenizas de animales y plantas. Todas las rocas ígneas y sus sedimentos, así como muchos minerales (principalmente aquellos que contienen hierro) y todos los organismos vegetales y animales, contienen titanio.

Propiedades y Características del Titanio

Para facilitar su comprensión, las propiedades del titanio se diferencian en características químicas, físicas y mecánicas.

Características Químicas

1. Resistencia a la corrosión: Presenta una gran resistencia debido al fenómeno de pasivación que experimenta (se forma una capa de óxido protectora que lo recubre).
2. Reacción con ácidos: Es resistente a temperatura ambiente al ácido sulfúrico ($ ext{H}_2 ext{SO}_4$) diluido y al ácido clorhídrico ($ ext{HCl}$) diluido, así como a otros ácidos orgánicos. Sin embargo, se disuelve en ácidos calientes y también reacciona bien en ácido fluorhídrico ($ ext{HF}$).
3. Dimorfismo y fases: Presenta dimorfismo. A temperatura ambiente, tiene una estructura hexagonal compacta (HCP) conocida como fase alfa. Por encima de 882 °C, presenta una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC), conocida como fase beta.

Características Físicas

1. Densidad: Es un metal ligero; su peso específico es de 4.5 g/cm³.
2. Punto de Fusión: Su punto de fusión es elevado, alcanzando los 1675 °C.
3. Resistencia: Es muy resistente a la corrosión y a la oxidación.
4. Conductividad: Es un mal conductor del calor y de la electricidad.
5. Magnetismo: Es paramagnético (no se imanta debido a su estructura electrónica).
6. Color: Es de color plateado.
7. Datos Atómicos: Es un metal de transición cuya masa atómica es 47.867 u.
8. Aleaciones: Forma aleaciones con otros elementos para mejorar sus prestaciones mecánicas.

Características Mecánicas

1. Ductilidad: Permite la fabricación de alambre delgado.
2. Maleabilidad: Permite la producción de láminas muy delgadas.
3. Dureza: Posee un grado 6 en la escala de Mohs.
4. Tenacidad: Es un material tenaz.
5. Resistencia a la Tracción: Es muy resistente a la tracción.
6. Memoria de Forma: Puede mantener una alta memoria de su forma.

Usos y Aplicaciones del Titanio

Aplicaciones en la Medicina: El Titanio Quirúrgico

El titanio es un metal biocompatible, lo que significa que los tejidos del organismo toleran su presencia sin que el sistema inmunitario desencadene una reacción de rechazo. Esta propiedad de biocompatibilidad, unida a sus cualidades mecánicas de dureza, ligereza y resistencia, ha permitido una gran cantidad de aplicaciones de utilidad en el campo de la medicina, incluyendo:

• Prótesis de cadera y rodilla.
• Tornillos óseos y placas antitrauma.
• Implantes dentales.
• Componentes para la fabricación de válvulas cardíacas y marcapasos.
• Instrumental quirúrgico (bisturís, tijeras, etc.).

El titanio es inerte; la cubierta de óxido que presenta es insoluble en contacto con los tejidos, por lo tanto, no se liberan iones que pudieran reaccionar con las moléculas orgánicas. En los tejidos vivos, el titanio representa una superficie sobre la que el hueso puede crecer. Cuando esto sucede, el hueso se adhiere al metal formando un anclaje, un proceso conocido como Osteointegración. Esta reacción solo se presenta en materiales clasificados como biocompatibles.