Відкриття TiO 2 зробили практично одночасно і незалежно один від одного англієць У. Грегор та німецький хімік М. Г. Клапрот. У. Грегор, досліджуючи склад магнітного залізистого піску (Крид, Корнуолл, Англія, 1789), виділив нову " землю " (оксид) невідомого металу, яку назвав менакеновой. У 1795 р. німецький хімік Клапрот відкрив у мінералі рутил новий елемент і назвав його титаном, пізніше встановив, що рутил і менакенова земля - оксиди одного і того ж елемента. Перший зразок металевого титану отримав 1825 року Й. Я. Берцеліус. Чистий зразок Ti отримали голландці А. ван Аркел та І. де Бур у 1925 термічним розкладанням парів йодиду титану TiI 4
Фізичні властивості:
Титан – легкий сріблясто-білий метал. Пластичний, зварюється в інертній атмосфері.
Має високу в'язкість, при механічній обробці схильний до налипання на різальний інструмент, і тому потрібне нанесення спеціальних покриттів на інструмент різних мастил.
Хімічні властивості:
При звичайній температурі покривається захисною плівкою, що пасивує оксиду, корозійностійкий, але при подрібненні в порошок горить на повітрі. Титанова пил може вибухнути (температура спалаху 400°С). При нагріванні повітря до 1200°C титан згоряє з утворенням оксидних фаз змінного складу TiO x .
Титан стійкий до розбавлених розчинів багатьох кислот і лугів (крім HF, H 3 PO 4 і концентрованої H 2 SO 4), проте легко реагує навіть зі слабкими кислотами у присутності комплексоутворювачів, наприклад, з плавиковою кислотою HF утворює комплексний аніон 2- .
При нагріванні титан взаємодіє із галогенами. З азотом вище за 400°C титан утворює нітрид TiN x (x=0,58-1,00). При взаємодії титану з вуглецем утворюється карбід титану TiC x (x=0,49-1,00).
Титан поглинає водень, утворюючи сполуки змінного складу TiH x. При нагріванні ці гідриди розкладаються із виділенням H 2 .
Титан утворює метали з багатьма металами.
У сполуках титан виявляє ступені окислення +2, +3 та +4. Найбільш стійка ступінь окиснення +4.
Найважливіші сполуки:
Діоксид титану, ТіО 2 . Білий порошок, жовтий у нагрітому стані, щільність 3,9-4,25 г/см 3 . Амфотерен. У концентрованій Н 2 SO 4 розчиняється лише за тривалого нагрівання. При сплавленні з содою Na 2 CO 3 або поташом K 2 CO 3 оксид TiO 2 утворює титанати:
TiO 2 + K 2 CO 3 = K 2 TiO 3 + CO 2
Гідроксид титану(IV), TiO(OH) 2 *xH 2 O, осаджується з розчинів солей титану, його обережним прожарюванням отримують оксид TiO 2 . Гідроксид титану(IV) амфотерен.
Тетрахлорид титану, TiCl 4 , при звичайних умовах - жовтувата, сильно димна на повітрі рідина, що пояснюється сильним гідролізом TiCl 4 парами води та утворенням найдрібніших крапель HCl і суспензії гідроксиду титану. Киплячою водою гідролізується до титанової кислоти (??). Для хлориду титану(IV) характерне утворення продуктів приєднання, наприклад, TiCl 4 *6NH 3 , TiCl 4 *8NH 3 , TiCl 4 *PCl 3 і т.д. При розчиненні хлориду титану(IV) в НСl утворюється комплексна кислота H 2 невідома у вільному стані; її солі Me 2 добре кристалізуються та стійкі на повітрі.
Відновленням TiCl 4 воднем, алюмінієм, кремнієм, іншими сильними відновниками, отримані трихлорид та дихлорид титану TiCl 3 та TiCl 2 - тверді речовини з сильними відновними властивостями.
Нітрид титану- являє собою фазу впровадження з широкою областю гомогенності, кристали з кубічними гранецентрованими гратами. Отримання - азотування титану при 1200 ° C або іншими способами. Застосовується як жароміцний матеріал для створення зносостійких покриттів.
Застосування:
Як сплавів.Метал застосовується у хімічній промисловості (реактори, трубопроводи, насоси), легких сплавах, остеопротезах. Є найважливішим конструкційним матеріалом в авіа-, ракето-, кораблебудуванні.
Титан є легуючою добавкою у деяких марках сталі.
Нітінол (нікель-титан) - сплав, що володіє пам'яттю форми, застосовується в медицині та техніці.
Алюмініди титану є дуже стійкими до окислення та жароміцними, що в свою чергу визначило їх використання в авіації та автомобілебудуванні як конструкційні матеріали.
У вигляді з'єднаньБілий діоксид титану використовується у фарбах (наприклад, титанові білила), а також при виробництві паперу, пластиків. Добавка харчова E171.
Титанорганічні сполуки (напр. тетрабутоксититан) застосовуються як каталізатор і затверджувач у хімічній та лакофарбовій промисловості.
Неорганічні сполуки титану застосовуються в хімічній електронній, скловолоконній промисловості як добавку.
Матігоров А.В.
ХФ ТюмДУ
Цирконій і гафній утворюють сполуки в ступені окислення +4, титан також здатний утворювати сполуки в ступені окислення +3.
З'єднання зі ступенем окиснення +3. З'єднання титану(III) одержують відновленням сполук титану(IV). Наприклад:
1200 ºС 650 ºС
2TiО 2 + H 2 ¾® Ti 2 O 3 + H 2 Про; 2TiCl 4 + H 2 ¾® 2TiCl 3 + 2HCl
З'єднання титану (III) мають фіолетовий колір. Оксид титану у воді практично не розчиняється, виявляє основні властивості. Оксид, хлорид, солі Ti 3+ - сильні відновники:
4Ti +3 Cl 3 + O 2 + 2H 2 O = 4Ti +4 OCl 2 + 4HCl
Для сполук титану(III) можливі реакції диспропорціонування:
2Ti +3 Cl 3 (т) ¾® Ti +4 Cl 4 (г) + Тi +2 Cl 2 (т)
При подальшому нагріванні хлорид титану(II) також диспропорціонує:
2Ti +2 Cl 2 (т) = Ti 0 (т) + Тi +4 Cl 4 (г)
З'єднання зі ступенем окиснення +4.Оксиди титану(IV), цирконію(IV) та гафнію(IV) тугоплавкі, хімічно досить інертні речовини. Виявляють властивості амфотерних оксидів: повільно реагують із кислотами при тривалому кип'ятінні та взаємодіють із лугами при сплавленні:
TiO 2 + 2H 2 SO 4 = Ti(SO 4) 2 + 2H 2 O;
TiO 2 + 2NaOH = Na 2 TiO 3 + H 2 O
Найбільш широке застосування знаходить оксид титану TiO 2 його використовують як наповнювач при виробництві фарб, гуми, пластмас. Оксид цирконію ZrO 2 використовують для виготовлення вогнетривких тиглів та плит.
Гідроксидититану(IV), цирконію(IV) і гафнію(IV) - аморфні сполуки змінного складу - ЕО 2 ×nН 2 Про. Опади, що зістарилися, вкрай інертні.
Галогеніди(хлориди, броміди та йодиди) Ti(IV), Zr(IV) та Hf(IV) мають молекулярну будову, леткі та реакціоноспроможні, легко гідролізуються. Йодиди при нагріванні розкладаються з утворенням металів, що використовується для отримання металів високого ступеня чистоти. Наприклад:
TiI 4 = Ti + 2I 2
Фториди титану, цирконію та гафнію полімерні та малореакційні.
Соліелементів підгрупи титану в ступені окислення +4 нечисленні та гідролітично нестійкі. Зазвичай, при взаємодії оксидів або гідроксидів з кислотами утворюються не середні солі, а оксо- або гідроксопохідні. Наприклад:
TiO 2 + 2H 2 SO 4 = TiОSO 4 + H 2 O; Ti(OH) 4 + 2HCl = TiOСl 2 + H 2 O
Описано велику кількість аніонних комплексів титану, цирконію та гафнію. Найбільш стійкі в розчинах і легко утворюються фторидні сполуки:
ЕO 2 + 6HF = H 2 [ЕF 6 ] + 2H 2 O; ЕF 4 + 2KF = K 2 [ЕF 6 ]
Для титану та його аналогів характерні координаційні сполуки, в яких роль ліганду виконує пероксид-аніон:
Е(SO 4) 2 + H 2 O 2 = H 2 [Е(О 2)(SO 4) 2 ]
При цьому розчини сполук титану(IV) набувають жовто-жовтогарячого забарвлення, що дозволяє аналітично виявити катіони титану(IV) і перекис водню.
Гідриди (ЕН 2), карбіди (ЕС), нітриди (ЕН), силіциди (ЕСІ 2) та бориди (ЕВ, ЕВ 2) - сполуки змінного складу, металоподібні. Бінарні сполуки мають цінні властивості, що дозволяє їх використовувати в техніці. Наприклад, сплав з 20% HfC і 80% TiC один із найбільш тугоплавких, т.пл. 4400 ºС.
При високій температурі титан з'єднується з галогенами, киснем сіркою, азотом та іншими елементами. На цьому засноване застосування сплавів титану із залізом ( ферротитану) як добавка до сталі. Титан з'єднується з азотом і киснем, що знаходяться в розплавленій сталі, і цим запобігає виділенню останніх при затвердінні сталі, - лиття виходить однорідним і не містить порожнеч.
Поєднуючись з вуглецем, титан утворює карбід. З карбідів титану і вольфраму з добавкою кобальту отримують сплави, що наближаються по твердості до алмазу.
Діоксид титану TiO 2 - біла тугоплавка речовина, нерозчинна у воді та розведених кислотах. Це амфотерний оксид, але як основні, так і кислотні властивості у нього виражені слабо.
Зустрічається у природі як рутил(кубічна сингонія), рідше у вигляді анатаза(тетрагональна сингонія) та брукіта(Ромбічна сингонія). У рутилі кожен іон Ti 4+ оточений шістьма іонами О 2-, а кожен іон О 2+ оточений трьома іонами Ti 4+. У інших двох кристалічних формах безпосередні сусіди іонів самі.
Абсолютно чистий діоксид титану безбарвний. У природі він зазвичай забруднений окисами заліза і тому забарвлений.
Зовсім не розчиняється у воді та в розведених кислотах. У теплій концентрованій сірчаній кислоті він розчиняється повільно з можливим утворенням сульфіту титану Ti(SO 4) 2 , який, однак, не можна виділити в чистому вигляді через легкість його переходу внаслідок гідролізу в сульфіт титанулу(TiO)SO 4 . Ця розчинна в холодній воді сіль при нагріванні також гідролізується з утворенням H 2 SO 4 та гідратованого діоксиду титану, так званої в-титановоїабо метатитанової кислоти. Легкість з якою відбувається цей гідроліз, говорить про слабкі основні властивості гідроксиду титану. Сульфат титану дає з сульфатами лужних металів (які додаються до використовуваної для розчинення діоксиду титану сірчаної кислоти) подвійні солі, наприклад K 2 більш стійкі до гідролізу, ніж прості сульфати.
Гідроокису та карбонати лужних металів осаджують із розчинів сульфатів на холоді драглистий гідратований діоксид титану, так звану Ь-титанову кислоту, Відмінну від в-титанової більш високої реакційної здатністю (так, наприклад Ь-титанова кислота розчиняється в лугах, в яких в-титанова нерозчинна). Гідроокис чотиривалентного титану, або власне титанову кислоту Ti(OH) 4 , не можна виділити, у цьому вона схожа на кремнієву та олов'яну кислоти. Ь- та в-титанові кислоти, що являють собою більш-менш дегідратовані похідні гідроксиду титану(IV), повністю порівняні з Ь- та в-олов'яними кислотами.
Нейтральний або підкислений розчин сульфату титану, а також інших солей титану забарвлюється перекисом водню в темно-жовтогарячий колір (реакція виявлення перекису водню). Аміак тримає в облозі з цих розчинів пероксотітанову кислоту H 4 TiO 5 жовто-коричневого кольору, що має формулу Ti(OH) 3 O-OH.
Застосовується TiO 2 при виготовленні тугоплавкого скла, глазурі, емалі, жарозривкого лабораторного посуду, а також для приготування білої олійної фарби, що володіє високою здатністю, що криє ( титанові білила).
Сплавленням TiO 2 з BaCO 3 отримують титанат барію BaTiO 3 . Ця сіль має дуже високу діелектричну проникність і, крім того, має здатність деформуватися під дією електричного поля. Кристали титанату барію застосовуються в електричних конденсаторах високої ємності та малих розмірів, в ультразвуковій апаратурі, звукознімачах, гідроакустичних пристроях.
Хлорид титану(IV) TiCl 4 , одержуваний тим же способом, що і SiCl 4 являє собою безбарвну рідину з температурою кипіння 136?C і температурою плавлення -32?С, гідролізується водою з утворенням TiO 2 і 4HCl. З галогенідами лужних металів хлорид титану (IV) дає подвійні хлориди, що містять комплексний іон 2-. Фторид титану(IV) TiF 4 виділяють у вигляді білого порошку з температурою плавлення 284°С; він також легко гідролізується та утворює з HF гексафторотитанову(IV) кислоту H 2 TiF 6 , подібну до гексафторкремнієвої кислоти.
Безводний хлорид титану(III) TiCl 3 отримують у вигляді фіолетового порошку пропусканням пар TiCl 4 разом з Н 2 через мідну трубку, нагріту приблизно до 700?C. У вигляді водного розчину (фіолетового кольору) його одержують відновленням TiCl 4 в соляній кислоті за допомогою цинку або електролітично. Також отримують і сульфат титану(III). З водного розчину хлориду титану(III) викристалізовується фіолетовий гексагідрат TiCl 3 ?6H 2 O.
Хлорид титану(II) TiCl 2 , пофарбований у чорний колір, одержують термічним розкладанням TiCl 3 при 700°С в атмосфері водню:
Безбарвний водний розчин цього хлориду швидко окислюється на повітрі, при цьому він спочатку забарвлюється у фіолетовий колір, а потім знову стає безбарвним внаслідок утворення спочатку сполуки Ti(III), а потім сполуки Ti(IV).
Карбонітриди, оксикарбіди та оксинітриди титану.Виявлено, що характер залежності розчинення тугоплавких фаз впровадження (ТФВ) - карбідів, нітридів та оксидів титану - від складу корелює зі зміною ступеня металевості зв'язків Ti-Ti у ряді TiC-TiN-TiO, а саме: зі збільшенням ступеня металевості фаз у цьому напрямку їх хімічна стійкість у HCl і H 2 SO 4 знижується, а HNO 3 - зростає. Оскільки карбіди, нітриди та монооксид титану характеризуються повною взаємною розчинністю, то можна очікувати, що і при взаємодії їх твердих розчинів з кислотами виявлятиметься аналогічна закономірність.
Однак наявні в літературі відомості про залежність ступеня розчинення TiC x O y TiN x O y від складу в мінеральних кислотах погано узгоджуються з цим припущенням. Так, розчинність TiC x O y (фракція<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 г/см) у тих самих умовах досягає 1-2%, не виявляючи, однак, будь-якої залежності від складу фази. Ступінь розчинення TiN x O y у конц. HNO 3 - низька (2,5-3,0%) і не залежить від складу оксинітриду (20ºC, 6 год). З іншого боку ступінь розчинення TiN x O y HNO 3 в тих же умовах варіює в дуже широких межах: від 98% для TiC 0.88 O 0.13 до 4,5% для TiC 0.11 O 0.82 . Важко сказати щось певне про характер залежності ступінь розчинення - склад карбонітриду титану в соляній та сірчаній кислотах. Ступінь розчинення TiC x O y в HCl дуже мала (0,3%) і не залежить від складу карбонітриду (60°С, 6 год). Однак у конц. H 2 SO 4 вона набагато вище (3,0-6,5%) і характеризується мінімумом (2%) для зразка складу TiC 0.67 O 0.26 .
Отримані експериментальні дані дозволяють стверджувати, що характер залежності розчинення TiC x N y , TiC x O y і TiN x O y від складу HCl, H 2 SO 4 і HNO 3 є цілком визначеним і, більше того, подібним до встановленого раніше TiC x , TiN x та TiO x . Це означає, що і причини якісно різного ходу цих залежностей HCl і H 2 SO 4 , з одного боку, і HNO 3 з іншого, повинні бути спільними для всіх досліджених сполук системи TI-C-N-O, тобто. визначатися ступенем металевості зв'язку Ti-Ti і пасивною здатністю продуктів взаємодії, що утворюються.
Титанати літію і цинку Li 2 ZnTi 3 O 8 і Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 мають кубічну шпинельну структуру з різним розподілом катіонів за позиціями. Встановлено, що ці сполуки є твердими літіями, що проводять електролітами. У Li 2 ZnTi 3 O 8 катіони літію та титану впорядковані в октаедричних позиціях у співвідношенні 1:3, половина атомів літію та цинк статистично розподілені за тетраедричними позиціями: (Li 0.5 Zn 0.5)O 4 . Кристалохімічна формула Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 може бути записана як (Zn)O 4 . На основі аналізу ІЧ- та КР-спектрів запропонований інший спосіб розподілу атомів літію та цинку у структурі даних шпінелів: літій має тетраедричну координацію, а цинк та титан – октаедричну. Відзначено також сильне спотворення октаедрів TiO 6: так, у Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 оточення іонів Ti 4+ близько до п'яти координаційного. Невисока іонна провідність цих титанатів за підвищених температур пояснюється тетраедричною координацією атомів літію.
На прикладі галидних шпінелів Li 2 MX 4 (M=Mg 2+ ,Mn 2+ ,Fe 2+ ; X=Cl - ,Br -) встановлено, що катіонний склад і розподіл атомів літію за позиціями чинить сильний вплив на величину електропровідності. Так як у структурі шпинелі немає загальних граней між однаковими катіонними позиціями, в іонному перенесенні бере участь кілька різних позицій. Високі значення іонної провідності в хлоридних шпинелях спостерігалися внаслідок розпорядження структури сполук, пов'язаного з переходом атомів літію при підвищених температурах з тетраедричних позицій 8 ау вільні октаедричні позиції 16 з. При цьому шпинельна структура перетворювалася на структуру типу NaCl. Інформативним методом дослідження розупорядкування структури хлоридних шпинелів стало вивчення КР-спектрів сполук при високих температурах.
Загальна характеристика. Історія відкриття
Титан (Titanium), Ti, - хімічний елемент IV групи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. Порядковий номер 22, атомна вага 47,90. Складається із 5 стійких ізотопів; отримано також штучно радіоактивні ізотопи.
1791 року англійський хімік У. Грегор знайшов у піску з містечка Менакан (Англія, Корнуолл) нову «землю», названу ним менакановою. У 1795 році німецький хімік М. Клаїрота відкрив у мінералі рутилі невідому ще землю, метал якої він назвав Титан [у грец. міфології титани – діти Урана (Неба) та Геї (Землі)]. В 1797 Клапрот довів тотожність цієї землі з відкритою У. Грегором. Чистий титан виділено 1910 року американським хіміком Хантером у вигляді відновлення четыреххлористого титану натрієм у залізної бомбі.
Знаходження у природі
Титан належить до найбільш поширених у природі елементів, його вміст у земній корі становить 0,6% (вагових). Зустрічається головним чином як двоокису TiO 2 чи його сполук - титанатів. Відомо понад 60 мінералів, до складу яких входить титан Він міститься також у ґрунті, у тварин та рослинних організмах. Ільменіт FeTiO 3 та рутил TiO 2 є основною сировиною для отримання титану. Як джерело титану набувають значення шлаки від плавки титано-магнетитівта ільменіту.
Фізичні та хімічні властивості
Титан існує у двох станах: аморфний - темно-сірий порошок, щільність 3,392-3,395г/см 3 і кристалічний, щільність 4,5 г/см 3 . Для кристалічного титану відомі дві модифікації з точкою переходу при 885 ° (нижче за 885 ° стійка гексагональна форма, вище - кубічна); t° пл близько 1680°; t° кіп вище 3000°. Титан активно поглинає гази (водень, кисень, азот), які роблять його дуже крихким. Технічний метал піддається гарячій обробці тиском. Цілком чистий метал може бути прокатаний на холоді. На повітрі при температурі титан не змінюється, при розжарюванні утворює суміш окису Ti 2 O 3 і нітриду TiN. У струмі кисню при червоному жарі окислюється до двоокису TiO 2 . При високих температурах реагує з вуглецем, кремнієм, фосфором, сіркою та ін. Стійкий до морської води, азотної кислоти, вологого хлору, органічних кислот і сильних лугів. Розчиняється в сірчаній, соляній та плавиковій кислотах, найкраще - у суміші HF та HNO 3 . Додавання до кислот окислювача захищає метал від корозії за кімнатної температури. Галогеніди чотиривалентного титану, за винятком TiCl 4 - кристалічні тіла, легкоплавкі та леткі у водному розчині гідролізовані, схильні до утворення комплексних сполук, з яких у технології та аналітичній практиці має значення фтортитанат калію K 2 TiF 6 . Важливе значення мають карбід TiC і нітрид TiN-металоподібні речовини, що відрізняються великою твердістю (карбід титан твердіший за карборунд), тугоплавкістю (TiC, t° пл = 3140°; TiN, t° пл = 3200°) і гарною електропровідністю.
Хімічний елемент №22. Титан.
Електронна формула титану має вигляд: 1s 2 | 2s 2 2p 6 | 3s 2 3p 6 3d 2 | 4s 2 .
Порядковий номер титану у періодичній системі хімічних елементів Д.І. Менделєєва - 22. Номер елемента означає заряд ярду, отже у титану заряд ядра - +22, маса ядра - 47,87. Титан знаходиться у четвертому періоді, у побічній підгрупі. Номер періоду вказує кількість електронних шарів. Номер групи означає кількість валентних електронів. Побічна підгрупа вказує на те, що титан відноситься до d-елементів.
Титан має два валентні електрони на s-орбіталі зовнішнього шару і два валентні електрони на d-орбіталі переднього шару.
Квантові числа для кожного валентного електрона:
З галогенами та воднем Ti(IV) утворює сполуки виду TiX 4 , що мають sp 3 →q 4 вид гібридизації.
Титан – метал. Є першим елементом групи d. Найбільш стійким і поширеним є Ti+4. Також існують сполуки з нижчими ступенями окислення – Ti 0 , Ti -1 , Ti +2 , Ti +3 , але це сполуки легко окислюються повітрям, водою чи іншими реагентами в Ti +4 . Відрив чотирьох електронів потребує великих витрат енергії, тому іон Ti +4 реально немає і з'єднання Ti(IV) зазвичай включають зв'язки ковалентного характеру. Ti(IV) у деяких відносинах подібний до елементів – Si, Ge, Sn і Pb, особливо з Sn.
Властивості сполук титану.
Оксиди титану:
Ti(IV) - TiO 2 - Двоокис титану. Має амфотерний характер. Найбільш стійкий та має найбільше практичне значення.
Ti(III) – Ti 2 O 3 – окис титану. Має основний характер. Стійкий у розчині та є сильним відновником, як і інші сполуки Ti(III).
TI(II) - TiO 2 - Закис титану. Має основний характер. Найменш стійкий.
Двоокис титану, ТiO2, - з'єднання титану з киснем, в якому титан чотирихвалентний. Білий порошок жовтий у нагрітому стані. Зустрічається у природі головним чином вигляді мінералу рутила, t° пл вище 1850°. Щільність 3,9 - 4,25 г/см 3 . Практично нерозчинна в лугах та кислотах, за винятком HF. У концентрованій Н 2 SO 4 розчиняється лише за тривалого нагрівання. При сплавленні двоокису титану з їдкими або вуглекислими лугами утворюються титанати, які легко гідролізуються з утворенням на холоді ортотитанової кислоти (або гідрату) Ti(OH) 4 легко розчинної в кислотах. При стоянні вона перетворюється на мстатитановую кислоту (форма), має мікрокристалічну структуру і розчинну лише у гарячої концентрованої сірчаної і фтористоводневої кислотах. Більшість титанатів практично нерозчинні у воді. Основні властивості двоокису титану виражені сильніше за кислотні, але солі, в яких титан є катіоном, також значною мірою гідролізуються з утворенням двовалентного радикалу титану TiO 2 + . Останній входить до складу солей як катіон (наприклад, сірчанокислий титаніл TiOSO 4 *2H 2 O). Двоокис титану одна із найважливіших сполук титану, служить вихідним матеріалом отримання інших його сполук, і навіть частково металевого титану. Використовується головним чином як мінеральна фарба, крім того, як наповнювач у виробництві гуми та пластичних металів. Входить до складу тугоплавкого скла, глазур, форфорових мас. З неї виготовляють штучні дорогоцінні камені, безбарвні та забарвлені.
Діоксид титану не розчиняється у воді та розведених мінеральних кислотах (крім плавикової) та розведених розчинах лугів.
Повільно розчиняється в концентрованій сірчаній кислоті:
TiO 2 + 2H 2 SO 4 = Ti(SO4) 2 + 2H 2 O
З пероксидом водню утворює ортотитанову кислоту H4TiO4:
TiO 2 + 2H 2 O 2 = H 4 TiO 4
У концентрованих розчинах лугів:
TiO 2 + 2NaOH = Na 2 TiO 3 + H 2 O
При нагріванні діоксид титану з аміаком утворює нітрид титану:
2TiO 2 + 2NH 3 = 2TiN + 3H 2 O + O 2
У насиченому розчині гідрокарбонату калію:
TiO 2 + 2KHCO 3 = K 2 TiO 3 + H 2 O + 2CO 2
При сплавленні з оксидами, гідроксидами та карбонатами утворюються титанати та подвійні оксиди:
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)
Гідроксиди титану:
H 2 TiO 3 - П.Р. = 1,0∙10 -29
H 2 TiO 4 - П.Р. = 3,6 ∙10 -17
TIO(OH) 2 - П.Р. = 1,0∙10 -29
Ti(OH) 2 - П.Р. = 1,0∙10 -35
Гідроскиду Ti(IV) – Ti(OH) 4 або H 4 TiO 4 - ортотитанової кислоти по видимому взагалі не існує, а осад, що випадає при додаванні основ до розчинів солей Ti(IV), являє собою гідратовану форму TiO 2 . Ця речовина розчиняється в кончентрованих лугах, і з таких розчинів можна виділити гідратовані титанати загальної формули: M 2 TiO 3 nH 2 O і M 2 Ti 2 O 5 nH 2 O.
Для титану характерним є комплексоутворення з відповідними галогеноводородними кислотами і особливо з їх солями. Найбільш типові комплексні похідні із загальною формулою Ме 2 TiГ 6 (де Ме - одновалентний метал). Вони добре кристалізуються і піддаються гідролізу набагато менше ніж вихідні галогеніди TiГ 4 . Це свідчить про стійкість комплексних іонів TiГ 6 розчині.
Забарвлення похідних титану сильно залежить від природи галогену, що входить до них:
Стійкість солей комплексних кислот типу Н 2 ЕГ 6 загалом зростає по ряду Ti-Zr-Hf і зменшується в ряду галогенів F-Cl-Br-I.
Похідні тривалентних елементів більш менш характерні лише для титану. Темно-фіолетовий оксид Тi 2 O 3 (т. пл. 1820 ° С) може бути отриманий прожарюванням TiO 2 до 1200 ° C в струмі водню. Як проміжний продукт при 700-1000 ° С утворюється синій Ti 2 O 3 .
У воді Ti 2 O 3 практично нерозчинний. Його гідроксид утворюється як темно-коричневого осаду при дії лугів на розчини солей тривалентного титану. Він починає осідати з кислих розчинів при рН = 4, має тільки основні властивості і в надлишку лугу не розчиняється. Однак титаніти металів, що виробляються від HTiO 2 (Li, Na, Mg, Mn) були отримані сухим шляхом. Відома також синьо-чорна "титанова бронза" складу Na0,2 TiO 2 .
Гідроксид титану (ІІІ) легко окислюється киснем повітря. Якщо в розчині немає інших здатних окислюватися речовин, одночасно з окисленням Ti(OH) 3 йде утворення пероксиду водню. У присутності Са(ОН) 2 (що зв'язує Н 2 Про 2) реакція протікає за рівнянням:
2Ti(ОН) 3 + O 2 + 2H 2 O = 2Ti(OH) 4 + H 2 O 2
Азотнокислі солі Тi(OH) 3 відновлює до аміаку.
Фіолетовий порошок ТiCl 3 може бути отриманий пропусканням суміші парів ТiCl 4 з надлишком водню крізь нагріту до 650 ° С трубку. Нагрівання викликає його сублімацію (з частковим утворенням димерних молекул Ti 2 Cl 6) і потім дисмутацію за схемою:
2TiCl 3 = TiCl 4 + TiCl 2
Цікаво, що за звичайних умов тетрахлорид титану поступово відновлюється металевої міддю, утворюючи чорне з'єднання складу CuTiCl 4 (тобто. СуCl·TiCl 3).
Трихлористий титан утворюється також при дії TiCl 4 водню в момент виділення (Zn + кислота). При цьому безбарвний розчин забарвлюється характерний для іонів Ti 3+ фіолетовий колір, і з нього може бути виділений кристалогідрат складу ТiCl 3 ·6H 2 O. Відомий і малостійкий зелений кристалогідрат того ж складу, що виділяється з насиченого HCl розчину TiCl 3 . Структурі обох форм, так само як і аналогічних кристалогідратів СrCl 3 , відповідають формули Cl 3 і Cl·2Н 2 О. При стоянні у відкритій посудині розчин TiCl 3 поступово знебарвлюється через окислення Ti 3+ до Ti 4+ киснем повітря за реакцією:
4TiCl 3 + O 2 +2H 2 O = 4TiOCl 2 + 4HCl.
Іон Тi3+ є одним з небагатьох відновників, що досить швидко відновлюють (у кислому середовищі) перхлорати до хлоридів. У присутності платини Тi 3+ окислюється водою (з виділенням водню).
Безводний Ti 2 (SO 4) 3 має зелений колір. У воді він нерозчинний, а розчин його в розведеній сірчаній кислоті має звичайне для солей Ti 3+ фіолетове забарвлення. Від сульфату тривалентного титану виробляються комплексні солі, головним чином типів Me 12H 2 O (де Me - Сs або Rb) і Me (зі змінним залежно від природи катіону вмістом кристалізаційної води).
Теплота утворення TiO (т. пл. 1750 ° С) становить 518 кДж/моль. Він виходить у вигляді золотисто-жовтої компактної маси нагріванням у вакуумі до 1700 ° Спресованої суміші TiO 2 + Ti. Цікавим способом його утворення є термічне розкладання (у високому вакуумі при 1000 ° С) нітрилу титану. Схожий на метал, темно-коричневий TiS отриманий прожарюванням TiS 2 в струмі водню (спочатку при цьому утворюються сульфіди проміжного складу, зокрема Ti 2 S 3). Відомі також TiSe, TiTe та силіцид складу Ti 2 Si.
Усі TiГ 2 утворюються при нагріванні відповідних галогенідів TiГ 3 без доступу повітря за рахунок їх розкладання за схемою:
2TiГ 3 = TiГ 4 + TiГ 2
При дещо вищих температурах галогеніди TiГ 2 самі піддаються дисмутації за схемою: 2TiГ 2 = TiГ 4 + Ti
Двохлористий титан може бути отриманий відновленням TiCl4 воднем при 700 °С. Він добре розчинний у воді (і спирті), а з рідким аміаком дає сірий аміакат TiCl 2 · 4NH 3 . Розчин TiCl 2 може бути отриманий відновленням TiCl 4 амальгамою натрію. Внаслідок окислення киснем повітря безбарвний розчин TiCl 2 швидко буріє, потім стає фіолетовим (Ti 3+) і, нарешті, знову знебарвлюється (Ti 4+). Отриманий дією луги на розчин TiCl 2 чорний осад Ti(OH) 2 винятково легко окислюється.
Гідроксид титану(ІІ)- неорганічна сполука гідроксид металу титану з формулою Ti(OH) 2 , чорний порошок, не розчинний у воді.
Отримання
- Обробка розчинів галагенідів двовалентного титану лугами:
Фізичні властивості
Гідроксид титану(II) утворює чорний осад, який поступово світлішає через розкладання.
Хімічні властивості
- Розкладається при зберіганні у присутності води:
Напишіть відгук про статтю "Гідроксид титану(II)"
Література
- Хімічна енциклопедія/Редкол.: Кнунянц І.Л. та ін. – М.: Радянська енциклопедія, 1995. – Т. 4. – 639 с. - ISBN 5-82270-092-4.
- Довідник хіміка / Редкол.: Микільський Б.П. та ін. - 3-тє вид., Випр. - Л.: Хімія, 1971. - Т. 2. - 1168 с.
- Ріпан Р., Четян І.Неорганічна хімія. Хімія металів – М.: Світ, 1972. – Т. 2. – 871 с.
|
||||||
| Це незавершена стаття про неорганічну речовину. Ви можете допомогти проекту, доповнивши її. |
Уривок, що характеризує гідроксид титану(II)
Красуня попрямувала до тітоньки, але П'єра Ганна Павлівна ще втримала біля себе, показуючи вигляд, ніби їй треба зробити ще останнє необхідне розпорядження.- Чи не так, вона чудова? - сказала вона П'єру, вказуючи на відпливаючу величну красуню. – Et quelle tenue! [І як поводиться!] Для такої молодої дівчини і такий такт, таке майстерне вміння тримати себе! Це походить від серця! Щасливий буде той, чиєю вона буде! З нею самий несвітський чоловік буде мимоволі займати блискуче місце у світі. Чи не правда? Я тільки хотіла знати вашу думку, і Анна Павлівна відпустила П'єра.
П'єр зі щирістю відповідав Ганні Павлівні позитивно на питання її про мистецтво Елен тримати себе. Якщо він коли-небудь думав про Елен, то думав саме про її красу і про те не звичайне її спокійне вміння бути мовчазно гідною у світлі.
Тітонька прийняла у свій куточок двох молодих людей, але, здавалося, хотіла приховати свою любов до Елен і хотіла більше висловити страх перед Анною Павлівною. Вона поглядала на племінницю, ніби питаючи, що їй робити з цими людьми. Відходячи від них, Ганна Павлівна знову торкнулася пальчиком рукава П'єра і промовила:
- J'espere, я не можу сказати, що в мене нудьгують, - і глянула на Елен.
Елен усміхнулася з таким виглядом, який казав, що вона не допускала можливості, щоб хтось міг бачити її і не бути захопленим. Тітонька прокашлялася, проковтнула слини і французькою сказала, що вона дуже рада бачити Елен; потім звернулася до П'єра з тим самим вітанням і з тією самою міною. Всередині нудної і спотикаючої розмови Елен озирнулася на П'єра і посміхнулася йому тією усмішкою, ясною, гарною, якою вона посміхалася всім. П'єр так звик до цієї усмішки, так мало вона висловлювала для нього, що він не звернув на неї жодної уваги. Тітонька говорила тим часом про колекцію табакерок, яка була у покійного отця П'єра, графа Безухого, і показала свою табакерку. Княжна Елен попросила подивитись портрет чоловіка тітоньки, який був зроблений на цій табакерці.
- Це, мабуть, роблено Вінесом, - сказав П'єр, називаючи відомого мініатюриста, нагинаючись до столу, щоб узяти в руки табакерку, і прислухаючись до розмови за іншим столом.
Він підвівся, бажаючи обійти, але тітонька подала табакерку прямо через Елен, позаду неї. Елен нахилилася вперед, щоб дати місце, і, посміхаючись, озирнулася. Вона була, як і завжди на вечорах, у дуже відкритій за тодішньою модою спереду та ззаду сукню. Її погруддя, що здавалося завжди мармуровим П'єру, знаходилося в такій близькій відстані від його очей, що він своїми короткозорими очима мимоволі розрізняв живу красу її плечей і шиї, і так близько від його губ, що йому варто було трохи нахилитися, щоб доторкнутися до неї. Він чув тепло її тіла, запах парфумів і скрип її корсета під час руху. Він бачив не її мармурову красу, що становила одне ціле з її сукнею, він бачив і відчував всю красу її тіла, яке було закрите лише одягом. І, побачивши це, він не міг бачити інакше, як ми не можемо повернутися до раз поясненого обману.
«То ви досі не помічали, наскільки я прекрасна? - ніби сказала Елен. - Ви не помічали, що я жінка? Так, я жінка, яка може належати кожному і вам теж», сказав її погляд. І в ту ж хвилину П'єр відчув, що Елен не тільки могла, але мала бути його дружиною, що це не може бути інакше.
Він знав це в цю хвилину так само вірно, ніби він знав це, стоячи під вінцем з нею. Як це буде? і коли? він не знав; не знав навіть, чи добре це буде (йому навіть відчувалося, що це недобре чомусь), але він знав, що це буде.
П'єр опустив очі, знову підняв їх і знову хотів побачити її такою далекою, чужою для себе красунею, якою він бачив її щодня раніше; але він уже не міг цього зробити. Не міг, як не може людина, що раніше дивилася в тумані на билинку бур'яну і бачила в ній дерево, побачивши билинку, знову побачити в ній дерево. Вона була дуже близька йому. Вона вже мала владу над ним. І між ним і нею вже не було жодних перешкод, крім перешкод його власної волі.
– Bon, je vous laisse dans votre petit coin. Je vois, que vous y etes tres bien, [Добре, я залишу вас у вашому куточку. Я бачу, вам там добре, – сказав голос Ганни Павлівни.
І П'єр, зі страхом згадуючи, чи не зробив він чогось ганебного, червоніючи, озирнувся навколо себе. Йому здавалося, що всі знають, як і він, про те, що з ним сталося.
Через кілька днів, коли він підійшов до великого гуртка, Анна Павлівна сказала йому:
– On dit que vous embellissez votre maison de Petersbourg. [Кажуть, ви обробляєте свій петербурзький будинок.]
(Це була правда: архітектор сказав, що це потрібно йому, і П'єр, сам не знаючи, навіщо, обробляв свій величезний будинок у Петербурзі.)
- Cest est been, mais ne demenagez pas de chez le prince Ваsil. – J'en sais quelque chose. N'est ce pas? [Це добре, але не переїжджайте від князя Василя. Добре мати такого друга. Я дещо про це знаю. А ви ще такі молоді. Вам потрібні поради. Ви не гніваєтеся на мене, що я користуюсь правами старих. - Вона замовкла, як мовчать завжди жінки, чогось чекаючи після того, як скажуть про свої роки. - Якщо ви одружитеся, то інша справа. - І вона поєднала їх в один погляд. П'єр не дивився на Елен і вона на нього. Але вона була так само страшно близька йому. Він промимрив щось і почервонів.
