Odkrycia TiO 2 dokonali niemal jednocześnie i niezależnie Anglik W. Gregor i niemiecki chemik M. G. Klaproth. W. Gregor badając skład magnetycznego piasku żelazistego (Creed, Cornwall, Anglia, 1789) wyodrębnił nową „ziemię” (tlenek) nieznanego metalu, którą nazwał menaken. W 1795 roku niemiecki chemik Klaproth odkrył nowy pierwiastek w mineralnym rutylu i nazwał go tytanem, a później ustalił, że rutyl i ziemia menakenowa są tlenkami tego samego pierwiastka. Pierwszą próbkę metalicznego tytanu uzyskał w 1825 r. J. Ya. Berzelius. Próbkę czystego Ti uzyskali Holendrzy A. van Arkel i J. de Boer w 1925 roku w wyniku termicznego rozkładu par jodku tytanu TiI 4.
Właściwości fizyczne:
Tytan jest lekkim, srebrzystobiałym metalem. Tworzywo sztuczne, spawane w atmosferze obojętnej.
Posiada dużą lepkość, podczas obróbki ma skłonność do przyklejania się do narzędzia skrawającego, dlatego też nakładanie na narzędzie specjalnych powłok wymaga zastosowania różnorodnych środków smarnych.
Właściwości chemiczne:
W normalnej temperaturze pokryty jest ochronną, pasywującą warstwą tlenku, odporną na korozję, natomiast po rozdrobnieniu na proszek pali się na powietrzu. Pył tytanu może eksplodować (temperatura zapłonu 400°C). Tytan po podgrzaniu na powietrzu do temperatury 1200°C wypala się, tworząc fazy tlenkowe o zmiennym składzie TiOx.
Tytan jest odporny na rozcieńczone roztwory wielu kwasów i zasad (z wyjątkiem HF, H 3 PO 4 i stężonego H 2 SO 4), jednak łatwo reaguje nawet ze słabymi kwasami w obecności czynników kompleksujących, np. z kwasem fluorowodorowym HF tworzy złożony anion 2-.
Po podgrzaniu tytan wchodzi w interakcję z halogenami. W przypadku azotu powyżej 400°C tytan tworzy azotek TiN x (x=0,58-1,00). Kiedy tytan oddziałuje z węglem, powstaje węglik tytanu TiC x (x=0,49-1,00).
Tytan pochłania wodór, tworząc związki o zmiennym składzie TiH x . Po podgrzaniu wodorki te rozkładają się z wydzielaniem H2.
Tytan tworzy stopy z wieloma metalami.
W związkach tytan wykazuje stopnie utlenienia +2, +3 i +4. Najbardziej stabilny stopień utlenienia to +4.
Najważniejsze połączenia:
Dwutlenek tytanu, TiO2. Proszek biały, po podgrzaniu żółty, gęstość 3,9-4,25 g/cm 3 . Amfoteren. W stężonym H 2 SO 4 rozpuszcza się tylko przy długotrwałym ogrzewaniu. Po stopieniu z sodą Na 2 CO 3 lub potasem K 2 CO 3 tlenek TiO 2 tworzy tytaniany:
TiO 2 + K 2 CO 3 \u003d K 2 TiO 3 + CO 2
Wodorotlenek tytanu(IV)., TiO(OH) 2*xH 2 O, wytrąca się z roztworów soli tytanu, dokładnie kalcynuje, otrzymując tlenek TiO 2. Wodorotlenek tytanu(IV) jest amfoteryczny.
Czterochlorek tytanu, TiCl 4 , w normalnych warunkach - żółtawa, silnie dymiąca ciecz w powietrzu, co tłumaczy się silną hydrolizą TiCl 4 parą wodną i tworzeniem maleńkich kropelek HCl oraz zawiesiny wodorotlenku tytanu. Wrząca woda hydrolizuje do kwasu tytanowego (??). Chlorek tytanu(IV) charakteryzuje się tworzeniem produktów addycji, na przykład TiCl 4 * 6NH 3, TiCl 4 * 8NH 3, TiCl 4 * PCl 3 itp. Kiedy chlorek tytanu(IV) rozpuszcza się w HCl, tworzy się kompleksowy kwas H2, który w stanie wolnym nie jest znany; jego sole Me2 dobrze krystalizują i są stabilne na powietrzu.
W wyniku redukcji TiCl 4 wodorem, glinem, krzemem i innymi silnymi środkami redukującymi uzyskano trójchlorek i dichlorek tytanu TiCl 3 i TiCl 2 - ciała stałe o silnych właściwościach redukujących.
Azotek tytanu- jest fazą śródmiąższową o szerokim obszarze jednorodności, kryształami o sześciennej siatce skupionej na ścianie. Otrzymywanie – poprzez azotowanie tytanu w temperaturze 1200°C lub innymi metodami. Jest stosowany jako materiał żaroodporny do tworzenia powłok odpornych na zużycie.
Aplikacja:
w postaci stopów. Metal stosowany jest w przemyśle chemicznym (reaktory, rurociągi, pompy), stopach lekkich, osteoprotezach. Jest najważniejszym materiałem konstrukcyjnym w przemyśle lotniczym, rakietowym i stoczniowym.
Tytan jest dodatkiem stopowym w niektórych gatunkach stali.
Nitinol (nikiel-tytan) to stop z pamięcią kształtu stosowany w medycynie i technologii.
Glinki tytanu są bardzo odporne na utlenianie i żaroodporne, co z kolei zdecydowało o ich zastosowaniu w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym jako materiałów konstrukcyjnych.
W formie połączeń Biały dwutlenek tytanu stosowany jest w farbach (np. biel tytanowa), a także w produkcji papieru i tworzyw sztucznych. Dodatek do żywności E171.
Związki tytanoorganiczne (np. tetrabutoksytytan) stosowane są jako katalizator i utwardzacz w przemyśle chemicznym i farbiarskim.
Nieorganiczne związki tytanu stosowane są w przemyśle chemicznym, elektronicznym, włókien szklanych jako dodatek.
Matigorov A.V.
Uniwersytet Państwowy HF w Tiumeniu
Cyrkon i hafn tworzą związki na stopniu utlenienia +4, tytan może również tworzyć związki na stopniu utlenienia +3.
Związki o stopniu utlenienia +3. Związki tytanu(III) otrzymuje się przez redukcję związków tytanu(IV). Na przykład:
1200 şС 650 şС
2TiO 2 + H 2 ¾® Ti 2 O 3 + H 2 O; 2TiCl 4 + H 2 ¾® 2TiCl 3 + 2HCl
Związki tytanu (III) są fioletowe. Tlenek tytanu praktycznie nie rozpuszcza się w wodzie, wykazuje podstawowe właściwości. Sole tlenkowe, chlorkowe, Ti 3+ są silnymi środkami redukującymi:
4Ti +3 Cl 3 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4Ti +4 OCl 2 + 4HCl
W przypadku związków tytanu (III) możliwe są reakcje dysproporcjonowania:
2Ti +3 Cl 3 (t) ¾® Ti +4 Cl 4 (g) + Ti +2 Cl 2 (t)
Podczas dalszego ogrzewania chlorek tytanu (II) również jest nieproporcjonalny:
2Ti +2 Cl 2 (t) \u003d Ti 0 (t) + Ti +4 Cl 4 (g)
Związki o stopniu utlenienia +4. Tlenki tytanu (IV), cyrkonu (IV) i hafnu (IV) są substancjami ogniotrwałymi, chemicznie raczej obojętnymi. Wykazują właściwości tlenków amfoterycznych: podczas długotrwałego wrzenia powoli reagują z kwasami, a podczas stapiania oddziałują z zasadami:
TiO 2 + 2H 2 SO 4 \u003d Ti (SO 4) 2 + 2H 2 O;
TiO 2 + 2 NaOH \u003d Na 2 TiO 3 + H 2 O
Najszersze zastosowanie znajduje tlenek tytanu TiO 2, stosowany jako wypełniacz w produkcji farb, gumy i tworzyw sztucznych. Tlenek cyrkonu ZrO 2 stosowany jest do produkcji tygli i płyt ogniotrwałych.
Wodorotlenki tytan (IV), cyrkon (IV) i hafn (IV) - związki amorficzne o zmiennym składzie - EO 2 × nH 2 O. Świeżo otrzymane substancje są dość reaktywne i rozpuszczają się w kwasach, wodorotlenek tytanu jest również rozpuszczalny w zasadach. Starzejące się osady są wyjątkowo obojętne.
Halogenki(chlorki, bromki i jodki) Ti(IV), Zr(IV) i Hf(IV) mają budowę molekularną, są lotne i reaktywne oraz łatwo ulegają hydrolizie. Po podgrzaniu jodki rozkładają się, tworząc metale, które wykorzystuje się do produkcji metali o wysokiej czystości. Na przykład:
TiI 4 = Ti + 2I 2
Fluorki tytanu, cyrkonu i hafnu są polimeryczne i słabo reaktywne.
sól pierwiastki podgrupy tytanu na stopniu utlenienia +4 są nieliczne i hydrolitycznie niestabilne. Zwykle, gdy tlenki lub wodorotlenki reagują z kwasami, nie powstają średnie sole, ale pochodne okso- lub hydroksylowe. Na przykład:
TiO 2 + 2H 2 SO 4 \u003d TiOSO 4 + H 2 O; Ti (OH) 4 + 2HCl \u003d TiOСl 2 + H 2 O
Opisano dużą liczbę anionowych kompleksów tytanu, cyrkonu i hafnu. Najbardziej stabilne w roztworach i łatwo tworzące się związki fluoru:
EO 2 + 6HF \u003d H 2 [EF 6] + 2H 2 O; EF 4 + 2KF \u003d K. 2 [EF 6]
Tytan i jego analogi charakteryzują się związkami koordynacyjnymi, w których anion nadtlenkowy pełni rolę liganda:
E (SO 4) 2 + H 2 O 2 \u003d H 2 [E (O 2) (SO 4) 2]
W tym przypadku roztwory związków tytanu(IV) uzyskują żółto-pomarańczową barwę, co umożliwia analityczne wykrycie kationów tytanu(IV) i nadtlenku wodoru.
Wodorki (EN 2), węgliki (ES), azotki (EN), krzemki (ESi 2) i borki (EV, EV 2) to związki o zmiennym składzie, metalopodobne. Związki binarne posiadają cenne właściwości, które pozwalają na ich wykorzystanie w technologii. Na przykład stop zawierający 20% HfC i 80% TiC jest jednym z najbardziej ogniotrwałych, t.t. 4400°C.
W wysokich temperaturach tytan łączy się z halogenami, tlenem, siarką, azotem i innymi pierwiastkami. Jest to podstawa do stosowania stopów tytanu z żelazem ( ferrotytan) jako dodatek do stali. Tytan łączy się z azotem i tlenem obecnymi w roztopionej stali i w ten sposób zapobiega uwalnianiu się tego ostatniego podczas krzepnięcia stali – odlew jest jednorodny i nie zawiera pustek.
W połączeniu z węglem tytan tworzy węglik. Z węglików tytanu i wolframu z dodatkiem kobaltu otrzymuje się stopy o twardości zbliżonej do diamentu.
Dwutlenek tytanu TiO 2 jest białą substancją ogniotrwałą, nierozpuszczalną w wodzie i rozcieńczonych kwasach. Jest to tlenek amfoteryczny, ale jego właściwości zasadowe i kwasowe są słabo wyrażone.
Występuje w naturze jako rutyl(syngonia sześcienna), rzadziej w formie anataz(syngonia tetragonalna) i Brookita(syngonia rombowa). W rutylu każdy jon Ti 4+ jest otoczony przez sześć jonów O 2-, a każdy jon O 2- jest otoczony trzema jonami Ti 4+. W pozostałych dwóch postaciach krystalicznych bezpośredni sąsiedzi jonów są tacy sami.
Całkowicie czysty dwutlenek tytanu jest bezbarwny. W naturze jest zwykle zanieczyszczony tlenkami żelaza i dlatego jest zabarwiony.
Całkowicie nierozpuszczalny w wodzie i rozcieńczonych kwasach. W ciepłym stężonym kwasie siarkowym rozpuszcza się powoli, mogąc tworzyć się siarczyn tytanu Ti(SO 4) 2 , którego jednak w czystej postaci nie można wyodrębnić ze względu na łatwość jego przejścia w wyniku hydrolizy do siarczyn tytanylu(TiO)SO4. Ta rozpuszczalna w zimnej wodzie sól również ulega hydrolizie po podgrzaniu, tworząc H2SO4 i uwodniony dwutlenek tytanu, tzw. w tytanie Lub kwas metatytanowy. Łatwość, z jaką zachodzi ta hydroliza, wskazuje na słabe zasadowe właściwości wodorotlenku tytanu. Siarczan tytanu tworzy z siarczanami metali alkalicznych (dodawanymi do kwasu siarkowego stosowanego do rozpuszczenia dwutlenku tytanu) sole podwójne, takie jak K2, które są bardziej odporne na hydrolizę niż zwykłe siarczany.
Wodorotlenki i węglany metali alkalicznych wytrącają się z roztworów siarczanów w zimnym galaretowatym uwodnionym ditlenku tytanu, tzw. kwas b-tytanowy, który różni się od β-tytanu wyższą reaktywnością (na przykład kwas β-tytanowy rozpuszcza się w zasadach, w których β-tytan jest nierozpuszczalny). Czterowartościowego wodorotlenku tytanu, czyli właściwego kwasu tytanowego Ti(OH) 4, nie można wyodrębnić; pod tym względem jest podobny do kwasów krzemowego i cyny. Kwasy b- i b-tytanowe, które są mniej lub bardziej odwodnionymi pochodnymi wodorotlenku tytanu(IV), są całkowicie porównywalne z kwasami b- i b-cyny.
Obojętny lub zakwaszony roztwór siarczanu tytanylu, a także innych soli tytanu, pod wpływem nadtlenku wodoru zmienia kolor na ciemnopomarańczowy (reakcja wykrywania nadtlenku wodoru). Z tych roztworów wytrąca się amoniak kwas peroksotytanowy H 4 TiO 5 żółto-brązowy, o wzorze Ti(OH) 3 O-OH.
TiO 2 stosowany jest do produkcji szkieł ogniotrwałych, szkliw, emalii, żaroodpornego szkła laboratoryjnego, a także do wytwarzania białej farby olejnej o dużej sile krycia ( biel tytanowa).
Fuzja TiO 2 z BaCO 3 tytanian baru BaTio 3 . Sól ta posiada bardzo wysoką stałą dielektryczną, a ponadto ma zdolność do odkształcania się pod wpływem pola elektrycznego. Kryształy tytanianu baru są stosowane w kondensatorach elektrycznych o dużej pojemności i małych rozmiarach, w sprzęcie ultradźwiękowym, w przetwornikach i urządzeniach hydroakustycznych.
Chlorek tytanu(IV) TiCl 4 , otrzymywany w taki sam sposób jak SiCl 4 , jest bezbarwną cieczą o temperaturze wrzenia 136°C i temperaturze topnienia -32°C, hydrolizującą z wodą tworząc TiO2 i 4HCl. W przypadku halogenków metali alkalicznych chlorek tytanu (IV) daje podwójne chlorki zawierające jon 2-kompleksowy. Fluorek tytanu(IV) TiF4 wyodrębnia się w postaci białego proszku o temperaturze topnienia 284°C; łatwo ulega hydrolizie i tworzy się z HF heksafluorotytan(IV) kwas H2TiF6, taki jak kwas heksafluorokrzemowy.
Bezwodny chlorek tytanu(III) TiCl3 otrzymuje się w postaci fioletowego proszku przez przepuszczanie par TiCl4 razem z H2 przez miedzianą rurkę ogrzaną do około 700°C. W postaci roztworu wodnego (fioletowy) otrzymuje się go przez redukcję TiCl 4 w kwasie solnym cynkiem lub elektrolitycznie. Otrzymuje się także siarczan tytanu(III). Z wodnego roztworu krystalizuje chlorek tytanu(III). fioletowy sześciohydrat TiCl3-6H2O.
Chlorek tytanu(II) TiCl 2 zabarwiony na czarno, otrzymuje się w wyniku termicznego rozkładu TiCl 3 w temperaturze 700°С w atmosferze wodoru:
Bezbarwny wodny roztwór tego chlorku szybko utlenia się na powietrzu i najpierw zmienia kolor na fioletowy, a następnie ponownie staje się bezbarwny w wyniku tworzenia się najpierw związku Ti(III), a następnie związku Ti(IV).
Węgloazotki, tlenowęgliki i tlenoazotki tytanu. Stwierdzono, że charakter zależności rozpuszczania ogniotrwałych faz śródmiąższowych (TPI) – węglików, azotków i tlenków tytanu – od składu koreluje ze zmianą stopnia metaliczności wiązań Ti-Ti w TiC- serii TiN-TiO, a mianowicie: wraz ze wzrostem stopnia metaliczności faz w tym kierunku ich odporność chemiczna w HCl i H 2 SO 4 maleje, natomiast w HNO 3 wzrasta. Ponieważ węgliki, azotki i tlenek tytanu charakteryzują się całkowitą wzajemną rozpuszczalnością, można oczekiwać, że oddziaływanie ich stałych roztworów z kwasami będzie wyglądało podobnie.
Jednakże dostępne w literaturze dane dotyczące zależności stopnia rozpuszczenia TiC x O y i TiN x O y od składu w kwasach mineralnych słabo zgadzają się z tym założeniem. Zatem rozpuszczalność TiC x O y (frakcja<56 мкм) в конц. HCl отсутствует вообще (20ўЄC, 6 ч и 100ўЄС, 3 ч), а в H 2 SO 4 - отсутствует при 20ўЄC (6 ч), но монотонно возрастает от 3% (TiC 0.30 O 0.78) до 10% (TiC 0.86 O 0.12) при 100ўЄC (3 ч). Степень растворения TiC x O y (фракция 15-20 мкм) в 92%-ной H 2 SO 4 (100ўЄC, 1 ч), напротив, уменьшается с ростом содержания углерода от 16% (TiC 0.34 O 0.66) до 2%(TiC 0.78 O 0.22). Степень растворения TiC x O y в конц. HCl (D=1,19 g/cm) w tych samych warunkach osiąga 1-2%, nie ujawniając jednak żadnej zależności od składu fazy. Stopień rozpuszczenia TiN x O y w stęż. HNO 3 - niski (2,5-3,0%) i niezależny od składu tlenoazotku (20°C, 6 godz.). Z drugiej strony stopień rozpuszczenia TiN x O y w HNO 3 w tych samych warunkach zmienia się w bardzo szerokim zakresie: od 98% dla TiC 0,88 O 0,13 do 4,5% dla TiC 0,11 O 0,82. Trudno powiedzieć coś pewnego na temat charakteru zależności pomiędzy stopniem rozpuszczenia a składem węgloazotku tytanu w kwasie solnym i siarkowym. Stopień rozpuszczenia TiC x O y w HCl jest bardzo niski (0,3%) i nie zależy od składu węglikoazotku (60°C, 6 godz.). Jednakże w stęż. H 2 SO 4 jest o rząd wielkości wyższy (3,0-6,5%) i charakteryzuje się minimum (2%) dla próbki o składzie TiC 0,67 O 0,26.
Uzyskane dane eksperymentalne pozwalają stwierdzić, że charakter zależności rozpuszczania TiC x N y , TiC x O y i TiN x O y od składu w HCl, H 2 SO 4 i HNO 3 jest dość określony i, ponadto podobny do ustalonego wcześniej dla TiCx, TiNx i TiOx. Oznacza to, że przyczyny jakościowo odmiennego przebiegu tych zależności w HCl i H2SO4 z jednej strony oraz w HNO3 z drugiej muszą być wspólne dla wszystkich badanych związków układu TI-C-N-O, tj. można określić na podstawie stopnia metaliczności wiązania Ti-Ti i zdolności pasywacji powstałych produktów interakcji.
tytaniany litu I cynk Li 2 ZnTi 3 O 8 i Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 mają sześcienną strukturę spinelową z różnym rozkładem kationów w pozycjach. Ustalono, że związki te są stałymi elektrolitami przewodzącymi lit. W Li 2 ZnTi 3 O 8 kationy litu i tytanu są ułożone w pozycjach oktaedrycznych w stosunku 1:3, połowa atomów litu i cynku jest statystycznie rozłożona w pozycjach tetraedrycznych: (Li 0,5 Zn 0,5)O 4 . Kryształowy wzór chemiczny Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 można zapisać jako (Zn)O 4 . Na podstawie analizy widm IR i Ramana zaproponowano inny sposób rozmieszczenia atomów litu i cynku w strukturze tych spineli: lit ma koordynację tetraedryczną, natomiast cynk i tytan oktaedryczną. Zaobserwowano także silne zniekształcenie oktaedrów TiO 6: np. w Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 środowisko jonów Ti 4+ jest bliskie pięciokoordynacyjnemu. Niską przewodność jonową tych tytanianów w podwyższonych temperaturach można wytłumaczyć tetraedryczną koordynacją atomów litu.
Na przykładzie spineli halogenkowych Li 2 MX 4 (M=Mg 2+ ,Mn 2+ ,Fe 2+ ; X=Cl - ,Br -) stwierdzono, że skład kationowy i rozkład atomów litu w pozycjach ma silny wpływ wpływ na przewodność elektryczną. Ponieważ w strukturze spinelu nie ma wspólnych ścian pomiędzy tymi samymi pozycjami kationowymi, w transporcie jonowym bierze udział kilka różnych pozycji. Wysokie wartości przewodności jonowej w spinelu chlorkowym zaobserwowano w wyniku zaburzenia struktury związków związanego z przejściem atomów litu w podwyższonych temperaturach z pozycji czworościennych 8 A w wolne pozycje oktaedryczne 16 Z. W tym przypadku strukturę spinelu przekształcono w strukturę typu NaCl. Informacyjną metodą badania zaburzeń struktury spineli chlorkowych było badanie widm Ramana związków w wysokich temperaturach.
Ogólna charakterystyka. Historia odkryć
Tytan (tytan), Ti, jest pierwiastkiem chemicznym grupy IV układu okresowego pierwiastków D. I. Mendelejewa. Numer seryjny 22, masa atomowa 47,90. Składa się z 5 stabilnych izotopów; otrzymano również sztucznie radioaktywne izotopy.
W 1791 roku angielski chemik W. Gregor znalazł nową „ziemię” w piasku z miasteczka Menakan (Anglia, Kornwalia), który nazwał Menakan’s. W 1795 roku niemiecki chemik M. Klairot odkrył w minerale rutylu nieznaną dotąd ziemię, której metal nazwał Tytanem [po grecku. mitologia, tytani są dziećmi Urana (Nieba) i Gai (Ziemi)]. W 1797 r. Klaproth udowodnił tożsamość tej ziemi z odkrytą przez W. Gregora. Czysty tytan został wyizolowany w 1910 roku przez amerykańskiego chemika Huntera poprzez redukcję czterochlorku tytanu sodem w bombie żelaznej.
Będąc w naturze
Tytan jest jednym z najpowszechniejszych pierwiastków w przyrodzie, jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 0,6% (wagowo). Występuje głównie w postaci dwutlenku TiO 2 lub jego związków – tytanianów. Znanych jest ponad 60 minerałów, do których należy tytan.Występuje także w glebie, organizmach zwierzęcych i roślinnych. Ilmenit FeTiO3 i rutyl TiO 2 służy jako główny surowiec do produkcji tytanu. Jako źródło tytanu coraz ważniejsze stają się żużle z wytapiania magnetyty tytanowe i ilmenit.
Fizyczne i chemiczne właściwości
Tytan występuje w dwóch stanach: amorficznym - ciemnoszary proszek o gęstości 3,392-3,395 g/cm3 i krystaliczny o gęstości 4,5 g/cm3. W przypadku tytanu krystalicznego znane są dwie modyfikacje z punktem przejścia przy 885° (poniżej 885° stabilna forma sześciokątna, powyżej - sześcienna); t° pl około 1680°; t° kip powyżej 3000°. Tytan aktywnie pochłania gazy (wodór, tlen, azot), przez co jest bardzo kruchy. Metal techniczny nadaje się do obróbki ciśnieniowej na gorąco. Idealnie czysty metal można walcować na zimno. W powietrzu o zwykłej temperaturze tytan nie ulega zmianom, po podgrzaniu tworzy mieszaninę tlenku Ti 2 O 3 i azotku TiN. W strumieniu tlenu ogrzanego do czerwoności utlenia się on do dwutlenku TiO2. W wysokich temperaturach reaguje z węglem, krzemem, fosforem, siarką itp. Odporny na wodę morską, kwas azotowy, mokry chlor, kwasy organiczne i mocne zasady. Rozpuszcza się w kwasach siarkowym, solnym i fluorowodorowym, a najlepiej w mieszaninie HF i HNO 3. Dodatek utleniacza do kwasów chroni metal przed korozją w temperaturze pokojowej. Halogenki czterowartościowego tytanu, z wyjątkiem TiCl 4 - ciała krystaliczne, topliwe i lotne w roztworze wodnym, hydrolizowane, podatne na tworzenie związków kompleksowych, z których fluorotytanian potasu K 2 TiF 6 ma znaczenie w technologii i praktyce analitycznej. Duże znaczenie mają węglik TiC i azotek TiN – substancje metalopodobne, charakteryzujące się dużą twardością (węglik tytanu jest twardszy od karborundu), ogniotrwałością (TiC, t° pl = 3140°; TiN, t° pl = 3200°) i dobrą przewodnictwo elektryczne.
Pierwiastek chemiczny numer 22. Tytan.
Elektroniczna formuła tytanu to: 1s 2 |2s 2 2p 6 |3s 2 3p 6 3d 2 |4s 2 .
Numer seryjny tytanu w układzie okresowym pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejew - 22. Liczba pierwiastków wskazuje ładunek jarda, dlatego tytan ma ładunek jądrowy +22, masa jądra wynosi 47,87. Tytan znajduje się w czwartym okresie, w podgrupie wtórnej. Numer okresu wskazuje liczbę warstw elektronowych. Numer grupy wskazuje liczbę elektronów walencyjnych. Podgrupa boczna wskazuje, że tytan należy do pierwiastków d.
Tytan ma dwa elektrony walencyjne na orbicie s warstwy zewnętrznej i dwa elektrony walencyjne na orbicie d warstwy przedzewnętrznej.
Liczby kwantowe dla każdego elektronu walencyjnego:
Z halogenami i wodorem Ti(IV) tworzy związki typu TiX 4, posiadające typ hybrydyzacji sp 3 → q 4.
Tytan to metal. Jest pierwszym elementem grupy d. Najbardziej stabilny i rozpowszechniony jest Ti +4. Istnieją również związki o niższych stopniach utlenienia - Ti 0, Ti -1, Ti +2, Ti +3, ale związki te łatwo utleniają się za pomocą powietrza, wody lub innych odczynników do Ti +4. Odłączenie czterech elektronów wymaga dużej ilości energii, więc jon Ti +4 tak naprawdę nie istnieje, a związki Ti(IV) zwykle zawierają wiązania kowalencyjne. Ti(IV) jest pod pewnymi względami podobny do pierwiastków Si, Ge, Sn i Pb, zwłaszcza Sn.
Właściwości związków tytanu.
Tlenki tytanu:
Ti (IV) - TiO 2 - Dwutlenek tytanu. Ma charakter amfoteryczny. Najbardziej stabilny i ma największą wartość praktyczną.
Ti(III) - Ti 2 O 3 - tlenek tytanu. Ma charakter podstawowy. Jest stabilny w roztworze i jest silnym środkiem redukującym, podobnie jak inne związki Ti(III).
TI (II) - TiO 2 - Tlenek tytanu. Ma charakter podstawowy. Najmniej stabilny.
Dwutlenek tytanu, TiO2, jest związkiem tytanu z tlenem, w którym tytan jest czterowartościowy. Biały proszek, żółty po podgrzaniu. Występuje w przyrodzie głównie w postaci rutylu mineralnego, t°pl powyżej 1850°. Gęstość 3,9 - 4,25 g/cm3. Praktycznie nierozpuszczalny w zasadach i kwasach, z wyjątkiem HF. W stężonym H 2 SO 4 rozpuszcza się tylko przy długotrwałym ogrzewaniu. Kiedy dwutlenek tytanu łączy się z zasadami żrącymi lub węglowymi, tworzą się tytaniany, które łatwo ulegają hydrolizie z wytworzeniem kwasu ortotytanowego (lub hydratu) Ti(OH) 4 na zimno, łatwo rozpuszczalnego w kwasach. Po odstawieniu zmienia się w kwas mstatytanowy (postać), który ma strukturę mikrokrystaliczną i jest rozpuszczalny tylko w gorących stężonych kwasach siarkowym i fluorowodorowym. Większość tytanianów jest praktycznie nierozpuszczalna w wodzie. Główne właściwości dwutlenku tytanu są wyraźniejsze niż kwasowe, ale sole, w których tytan jest kationem, również ulegają w dużym stopniu hydrolizie z utworzeniem dwuwartościowego rodnika tytanylowego TiO 2 + . Ten ostatni jest zawarty w składzie soli jako kation (na przykład siarczan tytanylu TiOSO 4 * 2H 2 O). Dwutlenek tytanu jest jednym z najważniejszych związków tytanu, służy jako materiał wyjściowy do produkcji innych związków tytanu, a także tytanu częściowo metalicznego. Stosowany jest głównie jako farba mineralna, ale także jako wypełniacz przy produkcji gumy i metali z tworzyw sztucznych. Wchodzi w skład szkieł ogniotrwałych, szkliw, mas porcelanowych. Wykonuje się z niego sztuczne kamienie szlachetne, bezbarwne i kolorowe.
Dwutlenek tytanu jest nierozpuszczalny w wodzie i rozcieńczonych kwasach mineralnych (z wyjątkiem fluorowodorowych) i rozcieńczonych roztworach zasad.
Powoli rozpuszcza się w stężonym kwasie siarkowym:
TiO 2 + 2H 2 SO 4 \u003d Ti (SO4) 2 + 2H 2 O
Z nadtlenkiem wodoru tworzy kwas ortotytanowy H4TiO4:
TiO 2 + 2H 2 O 2 \u003d H 4 TiO 4
W stężonych roztworach alkalicznych:
TiO 2 + 2 NaOH \u003d Na 2 TiO 3 + H 2 O
Po podgrzaniu dwutlenek tytanu z amoniakiem tworzy azotek tytanu:
2TiO 2 + 2NH 3 \u003d 2TiN + 3H 2 O + O 2
W nasyconym roztworze wodorowęglanu potasu:
TiO 2 + 2KHCO 3 \u003d K 2 TiO 3 + H 2 O + 2CO 2
Po stopieniu z tlenkami, wodorotlenkami i węglanami powstają tytaniany i podwójne tlenki:
TiO 2 + BaO = BaO∙TiO 2 (BaTiO 3)
TiO 2 + BaCO 3 = BaO∙TiO2 + CO 2 (BaTiO 3)
TiO 2 + Ba(OH) 2 = BaO∙TiO 2 (BaTiO 3)
Wodorotlenki tytanu:
H 2 TiO 3 - P.R. = 1,0∙10 -29
H 2 TiO 4 - PR = 3,6∙10 -17
TIO(OH) 2 - PR = 1,0∙10 -29
Ti(OH) 2 - PR = 1,0∙10 -35
Wodorotlenek Ti(IV) - Ti(OH) 4 lub H 4 TiO 4 - kwas ortotytanowy najwyraźniej w ogóle nie istnieje, a osad, który wytrąca się po dodaniu zasad do roztworów soli Ti(IV) jest uwodnioną formą TiO 2 . Substancja ta rozpuszcza się w stężonych zasadach, a z takich roztworów można wyodrębnić uwodnione tytaniany o wzorze ogólnym: M 2 TiO 3 ∙nH 2 O i M 2 Ti 2 O 5 ∙nH 2 O.
Tytan charakteryzuje się tworzeniem kompleksów z odpowiednimi kwasami halogenowodorowymi, a zwłaszcza z ich solami. Najbardziej typowe są złożone pochodne o ogólnym wzorze Me 2 TiG 6 (gdzie Me jest metalem jednowartościowym). Dobrze krystalizują i ulegają hydrolizie w znacznie mniejszym stopniu niż początkowe halogenki TiГ4. Wskazuje to na stabilność jonów kompleksowych TiГ 6 w roztworze.
Kolor pochodnych tytanu silnie zależy od charakteru zawartego w nich halogenu:
Trwałość soli kwasów złożonych typu H 2 EG 6 na ogół wzrasta w szeregu Ti-Zr-Hf i maleje w szeregu halogenowym F-Cl-Br-I.
Pochodne pierwiastków trójwartościowych są mniej więcej typowe tylko dla tytanu. Ciemnofioletowy tlenek Ti 2 O 3 (t.t. 1820 °C) można otrzymać przez kalcynację TiO 2 do 1200 °C w strumieniu wodoru. Blue Ti 2 O 3 tworzy się jako produkt pośredni w temperaturze 700-1000 °C.
Ti 2 O 3 jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie. Jego wodorotlenek tworzy się w postaci ciemnobrązowego osadu w wyniku działania zasad na roztwory soli trójwartościowego tytanu. Zaczyna wytrącać się z roztworów kwaśnych przy pH = 4, ma jedynie właściwości zasadowe i nie rozpuszcza się w nadmiarze zasad. Natomiast tytanity metali (Li, Na, Mg, Mn) otrzymane z HTiO 2 otrzymano metodą suchą. Znany jest także niebiesko-czarny „brąz tytanowy” o składzie Na0,2TiO2.
Wodorotlenek tytanu (III) łatwo utlenia się pod wpływem tlenu atmosferycznego. Jeśli w roztworze nie ma innych substancji, które można utlenić, jednocześnie z utlenianiem Ti (OH) 3 powstaje nadtlenek wodoru. W obecności Ca (OH) 2 (wiązania H 2 O 2) reakcja przebiega według równania:
2Ti(OH) 3 + O 2 + 2H 2 O = 2Ti(OH) 4 + H 2 O 2
Azotan Ti(OH)3 redukuje się do amoniaku.
Fioletowy proszek TiCl 3 można otrzymać przepuszczając mieszaninę par TiCl 4 z nadmiarem wodoru przez rurkę ogrzaną do 650 °C. Ogrzewanie powoduje jego sublimację (z częściowym utworzeniem cząsteczek dimeru Ti 2 Cl 6), a następnie dysmutację według schematu:
2TiCl 3 \u003d TiCl 4 + TiCl 2
Co ciekawe, nawet w normalnych warunkach czterochlorek tytanu jest stopniowo redukowany przez metaliczną miedź, tworząc czarny związek o składzie CuTiCl 4 (tj. СuCl·TiCl 3).
Trójchlorek tytanu powstaje również w wyniku działania wodoru na TiCl4 w czasie izolacji (Zn + kwas). W tym przypadku bezbarwny roztwór zmienia kolor na fioletowy, co jest charakterystyczne dla jonów Ti 3+ i można z niego wyizolować krystaliczny hydrat o składzie TiCl 3 6H 2 O. Znany jest również niestabilny zielony krystaliczny hydrat o tym samym składzie, który jest uwalniany z nasyconego roztworu TiCl3 w HCl. Struktura obu form, a także podobnych krystalicznych hydratów CrCl 3, odpowiada wzorom Cl 3 i Cl 2H 2 O. Stojąc w otwartym naczyniu, roztwór TiCl 3 stopniowo staje się bezbarwny w wyniku utlenienia Ti 3+ do Ti 4+ tlenem atmosferycznym zgodnie z reakcją:
4TiCl 3 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4TiOCl 2 + 4HCl.
Jon Ti3+ jest jednym z niewielu środków redukujących, które szybko redukują (w środowisku kwaśnym) nadchlorany do chlorków. W obecności platyny Ti 3+ utlenia się wodą (z wydzieleniem wodoru).
Bezwodny Ti 2 (SO 4) 3 jest zielony. Jest nierozpuszczalny w wodzie, a jego roztwór w rozcieńczonym kwasie siarkowym ma fioletową barwę typową dla soli Ti 3+. Z trójwartościowego siarczanu tytanu powstają sole złożone, głównie typu Me 12H 2 O (gdzie Me oznacza Cs lub Rb) i Me (o zmiennej zawartości wody krystalizacyjnej w zależności od charakteru kationu).
Ciepło tworzenia TiO (t.t. 1750°C) wynosi 518 kJ/mol. Otrzymuje się go w postaci złotożółtej zwartej masy poprzez ogrzewanie sprężonej mieszaniny TiO 2 + Ti w próżni do 1700 ° C. Ciekawym sposobem jego powstawania jest rozkład termiczny (w wysokiej próżni w temperaturze 1000°C) tytanonitrylu. Podobny wyglądem do metalu, ciemnobrązowy TiS otrzymuje się przez kalcynację TiS2 w strumieniu wodoru (początkowo tworzą się siarczki o składzie pośrednim, w szczególności Ti2S3). Znane są również TiSe, TiTe i skład krzemku Ti2Si.
Wszystkie TiГ 2 powstają poprzez ogrzewanie odpowiednich halogenków TiГ 3 bez dostępu powietrza w wyniku ich rozkładu zgodnie ze schematem:
2Ti·3 = Ti·4 + Ti·2
W nieco wyższych temperaturach same halogenki TiG 2 ulegają dysmutacji zgodnie ze schematem: 2TiG 2 \u003d TiG 4 + Ti
Dichlorek tytanu można również otrzymać przez redukcję TiCl4 wodorem w temperaturze 700°C. Jest dobrze rozpuszczalny w wodzie (i alkoholu), a w połączeniu z ciekłym amoniakiem daje szary amoniak TiCl 2 4NH 3 . Roztwór TiCl2 można otrzymać poprzez redukcję TiCl4 amalgamatem sodu. W wyniku utlenienia tlenem atmosferycznym bezbarwny roztwór TiCl 2 szybko zmienia kolor na brązowy, następnie staje się fioletowy (Ti 3+) i ostatecznie ponownie staje się bezbarwny (Ti 4+). Czarny osad Ti(OH) 2 otrzymany w wyniku działania zasady na roztwór TiCl 2 jest niezwykle łatwy do utlenienia.
Wodorotlenek tytanu(II).- związek nieorganiczny wodorotlenek tytanu metalicznego o wzorze Ti(OH) 2 , czarny proszek, nierozpuszczalny w wodzie.
Paragon
- Obróbka roztworów dwuwartościowego halogenku tytanu alkaliami:
Właściwości fizyczne
Wodorotlenek tytanu(II) tworzy czarny osad, który stopniowo staje się jaśniejszy w wyniku rozkładu.
Właściwości chemiczne
- Rozkłada się podczas przechowywania w obecności wody:
Napisz recenzję artykułu "Wodorotlenek tytanu(II)"
Literatura
- Encyklopedia chemiczna / wyd.: Knunyants I.L. i inne - M.: Encyklopedia radziecka, 1995. - T. 4. - 639 s. - ISBN 5-82270-092-4.
- Podręcznik chemika / Redakcja: Nikolsky B.P. i inne - wyd. 3, poprawione. - L.: Chemia, 1971. - T. 2. - 1168 s.
- Ripan R., Chetyanu I. Chemia nieorganiczna. Chemia metali. - M.: Mir, 1972. - T. 2. - 871 s.
|
||||||
| Ten artykuł na temat materii nieorganicznej jest en . Możesz pomóc projektowi dodając do niego. |
Wyciąg charakteryzujący wodorotlenek tytanu(II).
Piękno trafiło do ciotki, ale Pierre Anna Pavlovna nadal trzymał ją przy sobie, wyglądając, jakby wciąż musiała dokonać ostatniego niezbędnego zamówienia.- Czy ona nie jest niesamowita? - powiedziała do Pierre'a, wskazując na odchodzące majestatyczne piękno. - Et quelle tenue! [I jak ona się zachowuje!] Jak na taką młodą dziewczynę i taki takt, takie mistrzowskie zachowanie! To pochodzi z serca! Szczęśliwy będzie ten, do kogo to będzie! Wraz z nią najbardziej nieświecki mąż mimowolnie zajmie najbardziej błyskotliwe miejsce na świecie. Czyż nie? Chciałem tylko poznać twoją opinię, - a Anna Pavlovna wypuściła Pierre'a.
Pierre szczerze odpowiedział twierdząco Annie Pawłownej na jej pytanie dotyczące sztuki Heleny utrzymywania siebie. Jeśli kiedykolwiek myślał o Helenie, myślał właśnie o jej pięknie i o jej niezwykłej, spokojnej zdolności do bycia w milczeniu godną tego świata.
Ciocia przyjęła do swojego kąta dwójkę młodych ludzi, ale najwyraźniej chciała ukryć swój uwielbienie dla Heleny i chciała bardziej wyrazić swój strach przed Anną Pawłowną. Spojrzała na siostrzenicę, jakby pytała, co ma zrobić z tymi ludźmi. Oddalając się od nich, Anna Pavlovna ponownie dotknęła palcem rękawa Pierre'a i powiedziała:
- J „espere, que vous ne direz plus qu” on s „ennuie chez moi, [mam nadzieję, że już nie powiesz, że się nudzę] – i spojrzał na Helenę.
Helena uśmiechnęła się z wyrazem twarzy mówiącym, że nie dopuszcza możliwości, aby ktokolwiek mógł ją zobaczyć i nie być podziwianym. Ciotka odchrząknęła, przełknęła ślinę i powiedziała po francusku, że bardzo się cieszy, że widzi Helenę; potem zwróciła się do Pierre'a z tym samym pozdrowieniem i tym samym wyrazem. W środku nudnej i potykającej się rozmowy Helen spojrzała na Pierre'a i uśmiechnęła się do niego tym uśmiechem, czystym, pięknym, jakim uśmiechała się do wszystkich. Pierre był tak przyzwyczajony do tego uśmiechu, że tak mało dla niego wyrażał, że nie zwracał na niego uwagi. Ciocia opowiadała wówczas o kolekcji tabakier, którą posiadał zmarły ojciec Pierre’a, hrabia Bezukhy, i pokazała jej tabakierkę. Księżniczka Helena poprosiła o pokazanie portretu męża swojej ciotki, który został wykonany na tej tabakierce.
„Zgadza się, zrobił to Vines” – powiedział Pierre, wymieniając nazwisko znanego miniaturzysty, pochylając się nad stołem, aby podnieść tabakierkę i przysłuchując się rozmowie przy innym stole.
Wstał, chcąc się obejść, ale ciotka przyniosła tabakierkę tuż nad Heleną, za nią. Helen pochyliła się do przodu, żeby zrobić miejsce i rozejrzała się wokół z uśmiechem. Miała na sobie, jak zawsze wieczorami, suknię bardzo odkrytą, zgodnie z ówczesną modą, z przodu i z tyłu. Jej popiersie, które Pierre'owi zawsze wydawało się marmurowe, znajdowało się tak blisko jego oczu, że swoimi krótkowzrocznymi oczami mimowolnie dostrzegł żywe piękno jej ramion i szyi oraz tak blisko warg, że musiał się schylić trochę, żeby ją dotknąć. Słyszał ciepło jej ciała, zapach perfum i skrzypienie jej gorsetu, gdy się poruszała. Nie widział jej marmurowej urody, która stanowiła jedność z jej suknią, widział i czuł cały urok jej ciała, które było okryte jedynie ubraniem. A gdy raz to zobaczył, nie mógł pojąć, że nie można wrócić do raz wyjaśnionego oszustwa.
„Więc nadal nie zauważyłeś, jaka jestem piękna? – jakby powiedziała Ellen. Czy zauważyłeś, że jestem kobietą? Tak, jestem kobietą, która może należeć do każdego, a także do ciebie” – mówiło jej spojrzenie. I w tym momencie Pierre poczuł, że Helena nie tylko mogła, ale powinna była zostać jego żoną, że nie mogło być inaczej.
Wiedział to w tej chwili z taką samą pewnością, z jaką wiedziałby to, stojąc z nią pod koroną. Jak będzie? i kiedy? on nie wiedział; nawet nie wiedział, czy będzie dobrze (nawet czuł, że z jakiegoś powodu nie jest dobrze), ale wiedział, że tak będzie.
Pierre spuścił oczy, znów je podniósł i znów chciał ją zobaczyć z tak odległym, obcym dla siebie pięknem, jak widział ją każdego dnia; ale nie mógł już tego zrobić. Nie mogło, tak jak nie mogła osoba, która wcześniej patrzyła we mgle na źdźbło chwastu i widziała w nim drzewo, widząc źdźbło trawy, ponownie zobaczyła w nim drzewo. Była mu strasznie bliska. Miała już nad nim władzę. I między nim a nią nie było już żadnych barier, z wyjątkiem barier jego własnej woli.
Bon, je vous laisse dans votre petit coin. Je vois, que vous y etes tres bien, [OK, zostawię cię w twoim kącie. Widzę, że czujesz się tam dobrze” – odezwał się głos Anny Pawłownej.
A Pierre, przypominając sobie ze strachem, czy zrobił coś nagannego, rumieniąc się, rozejrzał się wokół. Wydawało mu się, że wszyscy wiedzą, tak samo jak on, o tym, co mu się przydarzyło.
Po chwili, gdy podszedł do dużego kubka, Anna Pawłowna powiedziała do niego:
- On dit que vous embellissez votre maison de Petersbourg. [Mówią, że kończysz swój dom w Petersburgu.]
(To prawda: architekt stwierdził, że tego potrzebuje, a Pierre, nie wiedząc po co, kończył swój ogromny dom w Petersburgu.)
- C "est bien, mais ne demenagez pas de chez le Prince Basile. Il est bon d" avoir un ami comme le Prince - powiedziała, uśmiechając się do księcia Wasilija. - J "en sais quelque wybrał. N" est ce pas? [To dobrze, ale nie oddalaj się od księcia Wasilija. Dobrze jest mieć takiego przyjaciela. Wiem coś na ten temat. Prawda?] A ty wciąż jesteś taki młody. Potrzebujesz porady. Nie gniewasz się na mnie, że korzystam z praw starych kobiet. - Umilkła, jak zawsze milczą kobiety, czekając, aż coś powie, kiedy opowiedzą o swoich latach. - Jeśli wyjdziesz za mąż, to inna sprawa. I połączyła je w jednym spojrzeniu. Pierre nie patrzył na Helenę, a ona na niego. Ale ona wciąż była mu strasznie bliska. Wymamrotał coś i zarumienił się.
