Hydroxid titaničitý - anorganická zlúčenina hydroxid titaničitý so vzorcom Ti(OH) 3, hnedofialová zrazenina, nerozpustná vo vode.
Potvrdenie
- Vzniká úpravou roztokov solí trojmocného titánu zásadami pri pH = 4:
texvc nenašiel sa; Pomoc s nastavením nájdete v časti math/README.: \mathsf(TiCl_3 + 3NaOH \ \xšípka doprava()\ Ti(OH)_3\downarrow + 3NaCl )
Nedá sa analyzovať výraz (spustiteľný súbor texvc nenašiel sa; Pomoc s nastavením nájdete v časti math/README.: \mathsf(Ti_2(SO_4)_3 + 6KOH \\xrightarrow()\ 2Ti(OH)_3\downarrow + 3K_2SO_4 )
Fyzikálne vlastnosti
Hydroxid titaničitý tvorí hnedofialovú zrazeninu, ktorá vplyvom oxidácie postupne bieli.
Chemické vlastnosti
- Ľahko oxidované:
texvc nenašiel sa; Pomoc s nastavením nájdete v časti math/README.): \mathsf(4Ti(OH)_3 + O_2 + 2H_2O \\xarrowarrow()\ 4H_4TiO_4 )
Napíšte recenziu na článok "Hydroxid titaničitý"
Literatúra
- Chemická encyklopédia / Redakčná rada: Knunyants I.L. a ďalšie - M.: Sovietska encyklopédia, 1995. - T. 4. - 639 s. - ISBN 5-82270-092-4.
- Príručka pre chemika / Redakčná rada: Nikolsky B.P. a ďalšie - 3. vydanie, rev. - L.: Chémia, 1971. - T. 2. - 1168 s.
- Ripan R., Ceteanu I. Anorganická chémia. Chémia kovov. - M.: Mir, 1972. - T. 2. - 871 s.
|
||||||
| Chemické sklo | Toto je návrh článku o anorganickej hmote. Môžete pomôcť projektu jeho pridaním. |
Úryvok charakterizujúci hydroxid titaničitý
Knihy v izbe sa roztočili ako víchor a padali spolu na zem. Zdalo sa, akoby vnútri tohto zvláštneho muža zúril tajfún. Ale potom som sa tiež rozhorčil a pomaly som povedal:"Ak sa práve teraz neupokojíš, nechám kontakt a môžeš pokračovať v rebelovaní sám, ak ti to robí toľko potešenia."
Muž bol zjavne prekvapený, ale trochu „vychladol“. Zdalo sa, že nebol zvyknutý na to, aby ho hneď, ako „vyjadril“ akúkoľvek svoju túžbu, neposlúchli. Nikdy som nemal rád ľudí tohto typu – ani vtedy, ani keď som sa stal dospelým. Vždy ma poburovala drzosť, aj keď, ako v tomto prípade, pochádzala od mŕtveho človeka...
Zdalo sa, že môj násilnícky hosť sa upokojil a spýtal sa normálnejším hlasom, či mu chcem pomôcť? Povedal som áno, ak sľúbi, že sa bude správať normálne. Potom povedal, že sa nevyhnutne potrebuje porozprávať so svojou ženou a že neodíde (zo zeme), kým sa k nej „nedostane“. Naivne som si myslel, že toto je jedna z možností, keď manžel svoju ženu veľmi miluje (napriek tomu, ako divoko sa mu to zdalo) a rozhodol sa pomôcť, aj keď som ho nemal veľmi rád. Dohodli sme sa, že sa ku mne vráti zajtra, keď nebudem doma a pokúsim sa pre neho urobiť všetko, čo bude v mojich silách.
Na druhý deň, od samého rána, som cítil jeho šialenú (neviem to inak nazvať) prítomnosť. V duchu som mu vyslal signál, že nemôžem veci uponáhľať a keď budem môcť, odídem z domu, aby som v rodine nevyvolával zbytočné otázky. Ale nebolo to tak... Moja nová známosť bola opäť úplne neznesiteľná, zrejme ho príležitosť opäť sa porozprávať s manželkou jednoducho priviedla k šialenstvu. Potom som sa rozhodol veci uponáhľať a zbaviť sa ho čo najskôr. Zvyčajne som sa snažil nikomu neodmietnuť pomoc, takže som neodmietol túto zvláštnu, výstrednú entitu. Povedal som babke, že sa chcem prejsť a vyšiel som na dvor.
"No, veď cestu," povedal som v duchu svojmu spoločníkovi.
Kráčali sme asi desať minút. Jeho dom bol na rovnobežnej ulici, veľmi blízko od nás, ale z nejakého dôvodu som si na tohto muža vôbec nepamätal, hoci sa mi zdalo, že poznám všetkých svojich susedov. Spýtal som sa, ako dávno zomrel? Povedal, že už je to desať rokov (!!!)... Bolo to úplne nemožné a podľa mňa to bolo príliš dávno!
"Ale ako môžeš byť stále tu?" – opýtal som sa zarazene.
"Povedal som ti, že neodídem, kým sa s ňou neporozprávam!" – odpovedal podráždene.
Niečo tu nebolo v poriadku, ale nemohol som prísť na to, čo. Zo všetkých mojich mŕtvych „hostí“ tu na zemi nebol tak dlho ani jeden. Možno som sa mýlil a toto zvláštny človek Miloval svoju ženu tak veľmi, že sa nemohol rozhodnúť ju opustiť?... Aj keď, ak mám byť úprimný, z nejakého dôvodu som mal veľké ťažkosti tomu uveriť. No nevyzeral ako „večne zamilovaný rytier“, dokonca ani s veľkým rozstupom... Blížili sme sa k domu... a potom som zrazu cítil, že môj neznámy je nesmelý.
- No, ideme? – spýtal som sa.
"Nepoznáš moje meno," zamrmlal.
"Nad tým si mal myslieť na začiatku," odpovedal som.
Potom zrazu akoby sa v mojej pamäti otvorili akési dvere - spomenul som si, čo som o týchto susedoch vedel...
Bol to dosť „známy“ dom svojimi zvláštnosťami (ktorým som podľa mňa v celom našom okrese veril len ja). Medzi susedmi sa povrávalo, že majiteľka zrejme nie je úplne normálna, keďže neustále rozprávala nejaké „divoké“ príbehy s predmetmi lietajúcimi vo vzduchu, písacími perami, duchmi atď. atď... (podobné veci sú veľmi dobre zobrazené vo filme "Ghost", ktorý som videl o mnoho rokov neskôr).
Susedka bola veľmi príjemná asi štyridsaťpäťročná žena, ktorej manžel skutočne zomrel asi pred desiatimi rokmi. A odvtedy sa všetky tieto neuveriteľné zázraky začali v jej dome. Niekoľkokrát som ju navštívil v túžbe zistiť, čo sa tam deje, ale bohužiaľ sa mi nikdy nepodarilo prinútiť môjho samotárskeho suseda, aby sa porozprával. Preto som teraz úplne zdieľal nedočkavosť jej cudzieho manžela a ponáhľal som sa čo najrýchlejšie vojsť, vopred tušiac, čo sa tam podľa mojich predstáv má diať.
"Volám sa Vlad," zakričal môj bývalý sused.
Prekvapene som naňho pozrela a uvedomila som si, že sa veľmi bojí... Ale rozhodla som sa tomu nevenovať pozornosť a vošla som do domu. Sused sedel pri krbe a vyšíval vankúš. Pozdravil som a chcel som vysvetliť, prečo som sem prišiel, keď zrazu rýchlo povedala:
- Prosím, zlatko, rýchlo odíď! Tu to môže byť nebezpečné.
Úbohá žena bola napoly vystrašená a ja som zrazu pochopila, čoho sa tak bála... Vraj vždy cítila prítomnosť manžela, keď k nej prišiel!.. A všetky tie poltergeistické prejavy, ktoré sa jej predtým stali došlo zrejme jeho vinou. Preto ma úbohá žena opäť cítila jeho prítomnosť a chcela ma len „ochrániť“ pred možným šokom... Jemne som ju chytil za ruky a čo najtichšie povedal:
– Viem, čoho sa bojíš. Prosím, počúvajte, čo vám chcem povedať, a toto všetko navždy skončí.
Snažil som sa jej čo najlepšie vysvetliť, aké duše ku mne prichádzajú a ako som sa im všetkým snažil pomôcť. Videl som, že mi verí, no z nejakého dôvodu sa mi to bála ukázať.
Zirkónium a hafnium tvoria zlúčeniny v oxidačnom stave +4; titán je tiež schopný vytvárať zlúčeniny v oxidačnom stave +3.
Zlúčeniny s oxidačným stavom +3. Zlúčeniny titánu (III) sa získavajú redukciou zlúčenín titánu (IV). Napríklad:
1200 ºС 650 ºС
2Ti02 + H2¾® Ti203 + H20; 2TiCl4 + H2¾® 2TiCl3 + 2HCl
Zlúčeniny titánu (III) majú fialovú farbu. Oxid titaničitý je prakticky nerozpustný vo vode a vykazuje základné vlastnosti. Oxid, chlorid, Ti 3+ soli - silné redukčné činidlá:
4Ti +3 Cl3 + 02 + 2H20 = 4Ti +4 OCl2 + 4HCl
Pre zlúčeniny titánu (III) sú možné disproporcionačné reakcie:
2Ti + 3 Cl 3 (t) ¾® Ti + 4 Cl 4 (g) + Ti + 2 Cl 2 (t)
Pri ďalšom zahrievaní chlorid titaničitý tiež disproporcionálne:
2Ti + 2 Cl 2 (t) = Tio (t) + Ti + 4 Cl 4 (g)
Zlúčeniny s oxidačným stavom +4. Oxidy titánu (IV), zirkónu (IV) a hafnia (IV) sú žiaruvzdorné, chemicky skôr inertné látky. Vykazujú vlastnosti amfotérnych oxidov: pomaly reagujú s kyselinami počas dlhšieho varu a interagujú s alkáliami počas fúzie:
Ti02 + 2H2S04 = Ti(S04)2 + 2H20;
Ti02 + 2NaOH = Na2Ti03 + H20
Oxid titaničitý TiO 2 sa používa ako plnivo pri výrobe farieb, gumy a plastov. Oxid zirkoničitý ZrO 2 sa používa na výrobu žiaruvzdorných téglikov a platní.
Hydroxidy titán(IV), zirkónium(IV) a hafnium(IV) sú amorfné zlúčeniny rôzneho zloženia - EO 2 ×nH 2 O. Čerstvo získané látky sú značne reaktívne a rozpúšťajú sa v kyselinách, hydroxid titaničitý je rozpustný aj v zásadách. Staré sedimenty sú mimoriadne inertné.
halogenidy(chloridy, bromidy a jodidy) Ti(IV), Zr(IV) a Hf(IV) majú molekulárnu štruktúru, sú prchavé a reaktívne a ľahko sa hydrolyzujú. Pri zahrievaní sa jodidy rozkladajú za vzniku kovov, čo sa využíva pri výrobe kovov vysoký stupeňčistota. Napríklad:
Tii4 = Ti + 2I2
Fluoridy titánu, zirkónu a hafnia sú polymérne a málo reaktívne.
Soli prvkov podskupiny titánu v oxidačnom stave +4 je málo a sú hydrolyticky nestabilné. Zvyčajne, keď oxidy alebo hydroxidy reagujú s kyselinami, nevznikajú medziprodukty, ale oxo- alebo hydroxoderiváty. Napríklad:
Ti02 + 2H2S04 = TiOS04 + H20; Ti(OH)4 + 2HCl = TiOCl2 + H20
Popísané veľké množstvo aniónové komplexy titánu, zirkónu a hafnia. Najstabilnejšie v roztokoch a ľahko sa tvoria fluoridové zlúčeniny:
EO2 + 6HF = H2 [EF6] + 2H20; EF 4 + 2KF = K 2 [EF 6 ]
Titán a jeho analógy sa vyznačujú koordinačnými zlúčeninami, v ktorých úlohu ligandu zohráva peroxidový anión:
E(S04)2 + H202 = H2 [E(02)(S04)2]
V tomto prípade roztoky zlúčenín titánu (IV) získajú žltooranžovú farbu, čo umožňuje analyticky detegovať katióny titánu (IV) a peroxid vodíka.
Hydridy (EN 2), karbidy (ES), nitridy (EN), silicidy (ESi 2) a boridy (EV, EV 2) sú zlúčeniny rôzneho zloženia, podobné kovu. Binárne zlúčeniny majú cenné vlastnosti, čo umožňuje ich využitie v technológii. Napríklad zliatina 20 % HfC a 80 % TiC je jednou z najžiaruvzdornejších, t.t. 4400 ºС.
6. Zlúčeniny titánu
O vysoká teplota titán sa spája s halogénmi, kyslíkom, sírou, dusíkom a ďalšími prvkami. To je základ pre použitie zliatin titánu a železa (ferrotitanium) ako prísady do ocele. Titán sa spája s dusíkom a kyslíkom prítomným v roztavenej oceli a tým zabraňuje uvoľňovaniu kyslíka pri tuhnutí ocele - odliatok je homogénny a neobsahuje dutiny.
V kombinácii s uhlíkom tvorí titán karbid. Z karbidov titánu a volfrámu s prídavkom kobaltu sa získavajú zliatiny, ktoré sa tvrdosťou približujú diamantu.
Oxid titaničitý TiO 2 je biela, žiaruvzdorná látka, nerozpustná vo vode a zriedených kyselinách. Je to amfotérny oxid, ale ako zásaditý, tak aj kyslé vlastnosti jeho sú slabo vyjadrené.
V prírode sa vyskytuje ako rutil (kubický systém), zriedkavejšie vo forme anatasu (tetragonálny systém) a brookitu (rombický systém). V rutile je každý ión Ti4+ obklopený šiestimi iónmi O2- a každý ión O2- je obklopený tromi iónmi Ti4+. V ďalších dvoch kryštalických formách sú bezprostrední susedia iónov rovnakí.
Absolútne čistý oxid titaničitý je bezfarebný. V prírode býva kontaminovaný oxidmi železa a preto je zafarbený.
Úplne nerozpustný vo vode a zriedených kyselinách. V teplej koncentrovanej kyseline sírovej sa pomaly rozpúšťa s možnou tvorbou siričitanu titánu Ti(SO 4) 2, ktorý však nie je možné izolovať v čistej forme kvôli ľahkému prechodu hydrolýzou na titánylsulfit (TiO)SO 4 . Táto soľ rozpustná v studenej vode tiež hydrolyzuje pri zahriatí za vzniku H2S04 a hydratovaného oxidu titaničitého, takzvanej kyseliny β-titánovej alebo metatitanovej. Ľahkosť, s akou táto hydrolýza prebieha, naznačuje slabé zásadité vlastnosti hydroxidu titaničitého. Síran titaničitý poskytuje so síranmi alkalických kovov (ktoré sa pridávajú do kyseliny sírovej používanej na rozpúšťanie oxidu titaničitého) podvojné soli, napríklad K2, ktoré sú odolnejšie voči hydrolýze ako jednoduché sírany.
Hydroxidy a uhličitany alkalických kovov sa vyzrážajú zo síranových roztokov v studenom želatínovom hydratovanom oxide titaničitom, takzvanej kyseline ά-titánovej, ktorá sa od β-titánu líši vo vyšších reaktivita(napríklad kyselina ά-titánová sa rozpúšťa v zásadách, v ktorých je kyselina β-titánová nerozpustná). Hydroxid štvormocného titánu, alebo samotná kyselina titanitá Ti(OH) 4 sa nedá izolovať, v tomto je podobná kyseline kremičitej a cínu. ά- a β-titánové kyseliny, ktoré sú viac-menej dehydratovanými derivátmi hydroxidu titaničitého, sú úplne porovnateľné s ά- a β-cínatými kyselinami.
Neutrálny alebo okyslený roztok titanylsulfátu, ako aj iných solí titánu, je sfarbený peroxidom vodíka do tmavooranžova (detekčná reakcia peroxidu vodíka). Amoniak vyzráža z týchto roztokov žltohnedú kyselinu peroxotitanovú H4Ti05, ktorá má vzorec Ti(OH)30-OH.
TiO 2 sa používa pri výrobe žiaruvzdorného skla, glazúry, smaltu, žiaruvzdorného laboratórneho skla, ako aj na prípravu bielej olejovej farby s vysokou krycou schopnosťou (titánová biela).
Tavením Ti02 s BaC03 sa získa titaničitan bárnatý BaTi03. Táto soľ má veľmi vysokú dielektrickú konštantu a navyše má schopnosť deformovať sa vplyvom o elektrické pole. Kryštály titaničitanu bárnatého sa používajú v elektrické kondenzátory vysoká kapacita a malé rozmery, v ultrazvukových zariadeniach, vo zvukových snímačoch, v hydroakustických zariadeniach.
Chlorid titaničitý TiCl 4, získaný rovnakým spôsobom ako SiCl 4, je bezfarebná kvapalina s teplotou varu 136˚C a teplotou topenia -32˚C, ktorá hydrolyzuje s vodou za vzniku Ti02 a 4HCl. S halogenidmi alkalických kovov poskytuje chlorid titaničitý dvojité chloridy obsahujúce komplexný ión 2-. Fluorid titaničitý TiF 4 je izolovaný vo forme bieleho prášku s teplotou topenia 284 °C; ľahko sa tiež hydrolyzuje a tvorí s HF kyselinou hexafluórtitanovou (IV) H 2 TiF 6, podobne ako kyselina hexafluorokremičitá.
Bezvodý chlorid titaničitý TiCl 3 sa získava vo forme purpurového prášku prechodom pár TiCl 4 spolu s H 2 cez medenú rúrku zahriatu na približne 700 °C. Vo forme vodného roztoku (fialovej farby) sa získava redukciou TiCl 4 na kyselina chlorovodíková pomocou zinku alebo elektrolyticky. Získa sa tiež síran titaničitý. Fialový hexahydrát TiCl 3 6H 2 O kryštalizuje z vodného roztoku chloridu titanitého.
Chlorid titaničitý TiCl 2, natretý čiernou farbou, sa získava tepelným rozkladom TiCl 3 pri 700 °C vo vodíkovej atmosfére:
Bezfarebný vodný roztok Tento chlorid rýchlo oxiduje na vzduchu a najskôr sa sfarbí do fialova a potom sa opäť stane bezfarebným v dôsledku tvorby najprv zlúčeniny Ti(III) a potom zlúčeniny Ti(IV).
Karbonitridy, oxykarbidy a oxynitridy titánu. Zistilo sa, že charakter závislosti rozpúšťania žiaruvzdorných intersticiálnych fáz (TIP) - karbidov, nitridov a oxidov titánu - od zloženia koreluje so zmenou stupňa metalickosti väzieb Ti-Ti v TiC-TiN-TiO série, a to: so zvýšením stupňa metalickosti fáz v tomto smere ich chemická odolnosť v HCl a H 2 SO 4 klesá a v HNO 3 stúpa. Pretože karbidy, nitridy a oxid titaničitý sa vyznačujú úplnou vzájomnou rozpustnosťou, možno očakávať, že podobný vzor sa objaví, keď ich tuhé roztoky interagujú s kyselinami.
Informácie dostupné v literatúre o závislosti stupňa rozpustenia TiC x O y a TiN x O y od zloženia v minerálnych kyselinách však s týmto predpokladom dobre nesúhlasia. Takže rozpustnosť TiC x O y (frakcia<56 мкм) в конц. HCl отсутствует вообще (20˚C, 6 ч и 100˚С, 3 ч), а в H 2 SO 4 – отсутствует при 20˚C (6 ч), но монотонно возрастает от 3% (TiC 0.30 O 0.78) до 10% (TiC 0.86 O 0.12) при 100˚C (3 ч). Степень растворения TiC x O y (фракция 15-20 мкм) в 92%-ной H 2 SO 4 (100˚C, 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) в тех же условиях достигает 1-2%, не обнаруживая,однако, какой-либо зависимости от состава фазы. Степень растворения TiN x O y в конц. HNO 3 – низкая (2,5-3,0%) и не зависит от состава оксинитрида (20˚C, 6 ч). С другой стороны степень растворения TiN x O y в HNO 3 в тех же условиях варьирует в очень широких пределах: от 98% для TiC 0.88 O 0.13 до 4,5% для TiC 0.11 O 0.82 . Трудно сказать что-либо определенное о характере зависимости степень растворения – состав карбонитрида титана в соляной и серной кислотах. Степень растворения TiC x O y в HCl очень мала (0,3%) и не зависит от состава карбонитрида (60˚C, 6 ч). Однако в конц. H 2 SO 4 она на порядок выше (3,0-6,5%) и характеризуется минимумом (2%) для образца состава TiC 0.67 O 0.26 .
Získané experimentálne údaje nám umožňujú tvrdiť, že povaha závislosti rozpúšťania TiC x N y, TiC x O y a TiN x O y od zloženia v HCl, H 2 SO 4 a HNO 3 je celkom jednoznačná a, navyše podobný tomu, ktorý bol predtým stanovený pre TiCx, TiNx a TiOx. To znamená, že dôvody kvalitatívne odlišného správania sa týchto závislostí v HCl a H2SO4 na jednej strane a v HNO3 na druhej strane by mali byť spoločné pre všetky študované zlúčeniny systému TI-C-N-O, t.j. určená stupňom metalickosti Ti-Ti väzby a pasivačná schopnosť výsledných interakčných produktov.
Titaničitany lítneho a zinočnatého Li 2 ZnTi 3 O 8 a Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 majú kubickú spinelovú štruktúru s odlišnou distribúciou katiónov v polohách. Zistilo sa, že tieto zlúčeniny sú pevné lítium-vodivé elektrolyty. V Li 2 ZnTi 3 O 8 sú katióny lítia a titánu usporiadané v oktaedrických polohách v pomere 1:3, polovica atómov lítia a zinku je štatisticky rozdelená na tetraedrické polohy: (Li 0,5 Zn 0,5)04. Kryštalický chemický vzorec Li2Zn3Ti4012 možno zapísať ako (Zn)04. Na základe analýzy IR a Ramanových spektier sa navrhuje odlišná metóda distribúcie atómov lítia a zinku v štruktúre týchto spinelov: lítium má tetraedrickú koordináciu a zinok a titán majú oktaedrickú koordináciu. Zaznamenalo sa aj silné skreslenie oktaedrov Ti06: napríklad v Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 je prostredie Ti 4+ iónov blízke piatim koordinačným. Nízka iónová vodivosť týchto titanátov pri zvýšených teplotách sa vysvetľuje tetraedrickou koordináciou atómov lítia.
Na príklade halogenidových spinelov Li 2 MX 4 (M=Mg2+,Mn2+,Fe2+; X=Cl-,Br-) sa zistilo, že katiónové zloženie a distribúcia atómov lítia v polohách má silný vplyv na elektrickú vodivosť. Pretože medzi identickými katiónovými polohami v štruktúre spinelu nie sú žiadne spoločné okraje, na prenose iónov sa podieľa niekoľko rôznych polôh. Vysoké hodnoty iónovej vodivosti v chloridových spineloch boli pozorované ako výsledok neusporiadanosti štruktúry zlúčenín spojených s prechodom atómov lítia pri zvýšených teplotách z tetraedrických pozícií 8a do voľných oktaedrických pozícií 16c. V tomto prípade sa spinelová štruktúra zmenila na štruktúru typu NaCl. Informatívnou metódou na štúdium poruchy štruktúry chloridových spinelov bolo štúdium Ramanových spektier zlúčenín pri vysokých teplotách.
Literatúra
1. N.L. Glinka. Všeobecná chémia - L.: Chémia, 1981, - 720 s.;
2. K. Nenitsescu. Všeobecná chémia - M.: Mir, 1968, 816 s.;
3. N.S. Achmetov. Všeobecná a anorganická chémia - M.: Vyššia škola, 743 s.;
4. V.A. Zhilyaev, A.P. Shtin. "Interakcia karbonitridov titánu, oxykarbidov a oxynitridov s koncentrovanými minerálnymi kyselinami", Journal of Inorganic Chemistry, v. 48, č. 8 (august 2003), str.
5. I.A. Lenidov, L.A. Perelyaeva et al. "Štúdia neusporiadanosti spinelov Li 2 x Zn 2-3 x Ti 1 + x O 4 (x = 0,33, 0,5) pomocou Ramanovej spektroskopie: Korelácia s iónovou vodivosťou", Journal of Inorganic Chemistry, v. 48, č. 11 (november 2003), str. 1841;
6. M.M. Godneva, D.L. Motov, Chémia podskupiny titánu - L.: Nauka, 1980, - 175 s.;
Oxidy titánu:
Ti(IV) –TiO 2 – Oxid titaničitý. Má amfotérny charakter. Najstabilnejší a má najväčší praktický význam.
Ti(III) –Ti 2 O 3 – oxid titaničitý. Má základný charakter. Je stabilný v roztoku a je silným redukčným činidlom ako iné zlúčeniny Ti(III).
TI(II) –TiO 2 - Oxid titaničitý. Má základný charakter. Najmenej stabilný.
Oxid titaničitý, TiO2, je zlúčenina titánu s kyslíkom, v ktorej je titán štvormocný. Biely prášok, po zahriatí žltý. V prírode sa vyskytuje najmä vo forme minerálu rutil, teplota nad 1850°. Hustota 3,9 - 4,25 g/cm3. Prakticky nerozpustný v zásadách a kyselinách, s výnimkou HF. V koncentrovanej H 2 SO 4 sa rozpúšťa len pri dlhšom zahrievaní. Pri tavení oxidu titaničitého so žieravinami alebo uhličitými zásadami vznikajú titaničitany, ktoré sa za studena ľahko hydrolyzujú za vzniku kyseliny ortotitánovej (alebo hydrátu)Ti(OH) 4, ktorá je ľahko rozpustná v kyselinách. Pri státí sa mení na kyselinu mstatitanovú (formu), ktorá má mikrokryštalickú štruktúru a je rozpustná len v horúcich koncentrovaných kyselinách sírovej a fluorovodíkovej. Väčšina titaničitanov je prakticky nerozpustná vo vode. Základné vlastnosti oxidu titaničitého sú výraznejšie ako kyslé, ale soli, v ktorých je titán katión, sú tiež výrazne hydrolyzované za vzniku dvojmocného titanylového radikálu TiO 2 +. Ten je súčasťou zloženia solí ako katión (napríklad síran titánu TiOSO 4 * 2H 2 O). Oxid titaničitý je jednou z najdôležitejších zlúčenín titánu a slúži ako východiskový materiál na výrobu ďalších zlúčenín titánu, ako aj čiastočne kovového titánu. Používa sa najmä ako minerálna farba, okrem toho ako plnivo pri výrobe gumových a plastových kovov. Zahrnuté v žiaruvzdorných sklách, glazúrach a porcelánových hmotách. Vyrábajú sa z neho umelé drahé kamene bezfarebné aj farebné.
Oxid titaničitý je nerozpustný vo vode a zriedených minerálnych kyselinách (okrem kyseliny fluorovodíkovej) a zriedených alkalických roztokoch.
Pomaly sa rozpúšťa v koncentrovanej kyseline sírovej:
Ti02 + 2H2S04 = Ti(S04)2 + 2H20
S peroxidom vodíka tvorí kyselinu ortotanitovú H4TiO4:
Ti02 + 2H202 = H4Ti04
V koncentrovaných alkalických roztokoch:
Ti02 + 2NaOH = Na2Ti03 + H20
Pri zahrievaní oxid titaničitý a amoniak tvoria nitrid titánu:
2Ti02 + 2NH3 = 2TiN + 3H20 + O2
V nasýtenom roztoku hydrogénuhličitanu draselného:
Ti02 + 2KHC03 = K2Ti03 + H20 + 2CO2
Pri tavení s oxidmi, hydroxidmi a uhličitanmi vznikajú titaničitany a podvojné oxidy:
TiO 2 + BaO = BaO∙TiO 2 (BaTiO 3)
TiO 2 + BaCO 3 = BaO∙TiO2 + CO 2 (BaTiO 3)
TiO2 + Ba(OH)2 = BaO∙TiO2 (BaTiO3)
Hydroxidy titánu:
H 2 TiO 3 – P.R. = 1,0∙10 -29
H2Ti04 - P.R. = 3,6∙10 -17
TIO(OH)2 - P.R. = 1,0∙10 -29
Ti(OH)2 - P.R. = 1,0∙10-35
Hydroxid Ti(IV) –Ti(OH) 4 alebo H 4 TiO 4 - kyselina ortotitánová zjavne vôbec neexistuje a zrazenina, ktorá sa vyzráža, keď sa do roztokov solí Ti(IV) pridajú zásady, je hydratovaná forma TiO 2. Táto látka sa rozpúšťa v koncentrovaných alkáliách a z takýchto roztokov možno izolovať hydratované titaničitany všeobecného vzorca: M2Ti03∙nH20 a M2Ti205∙nH20.
Titán sa vyznačuje tvorbou komplexov so zodpovedajúcimi halogenovodíkovými kyselinami a najmä s ich soľami. Najtypickejšie sú komplexné deriváty so všeobecným vzorcom Me2TiG6 (kde Me je jednomocný kov). Dobre kryštalizujú a podliehajú hydrolýze oveľa menej ako pôvodné halogenidy TiG4. To naznačuje stabilitu komplexných iónov TiG6 v roztoku.
Farba derivátov titánu silne závisí od povahy halogénu, ktorý obsahujú:
Stabilita solí komplexných kyselín typu H2EG6 sa vo všeobecnosti zvyšuje v sérii Ti-Zr-Hf a znižuje sa v skupine halogénov F-Cl-Br-I.
Deriváty trojmocných prvkov sú viac-menej charakteristické len pre titán. Tmavofialový oxid Ti203 (t.t. 1820 °C) možno získať kalcináciou Ti02 na 1200 °C v prúde vodíka. Modrý Ti203 vzniká ako medziprodukt pri 700-1000 °C.
Ti203 je prakticky nerozpustný vo vode. Jeho hydroxid vzniká vo forme tmavohnedej zrazeniny pri pôsobení alkálií na roztoky solí trojmocného titánu. Začína sa zrážať z kyslých roztokov pri pH = 4, má iba zásadité vlastnosti a nerozpúšťa sa v nadbytku zásad. Avšak kovové titanity (Li, Na, Mg, Mn) vyrobené z HTi02 boli získané suché. Známy je aj modro-čierny „titánový bronz“ so zložením Na0,2TiO2.
Hydroxid titaničitý sa ľahko oxiduje vzdušným kyslíkom. Ak v roztoku nie sú žiadne iné látky schopné oxidácie, súčasne s oxidáciou Ti(OH) 3 vzniká peroxid vodíka. V prítomnosti Ca(OH) 2 (väzba H 2 O 2) reakcia prebieha podľa rovnice:
2Ti(OH)3 + O2 + 2H20 = 2Ti(OH)4 + H202
Dusičnanové soli Ti(OH) 3 sa redukujú na amoniak.
Fialový prášok TiCl3 možno získať prechodom zmesi pár TiCl4 s nadbytkom vodíka cez trubicu zahriatu na 650 °C. Zahriatie spôsobí jeho sublimáciu (s čiastočnou tvorbou molekúl diméru Ti 2 Cl 6) a následne dismutáciu podľa schémy:
2TiCl3 = TiCl4 + TiCl2
Je zaujímavé, že aj za normálnych podmienok sa chlorid titaničitý postupne redukuje kovovou meďou, pričom vzniká čierna zlúčenina zloženia CuTiCl 4 (t.j. CuCl·TiCl 3).
Chlorid titaničitý vzniká aj pôsobením vodíka na TiCl 4 v čase uvoľňovania (Zn + kyselina). V tomto prípade sa bezfarebný roztok zmení na purpurový, charakteristický pre ióny Ti 3+ a možno z neho izolovať kryštálový hydrát zloženia TiCl 3 · 6H 2 O. Známy je aj nízko stabilný zelený kryštálový hydrát rovnakého zloženia , uvoľnený z roztoku TiCl3 nasýteného HCl. Štruktúra oboch foriem, ako aj podobných kryštalických hydrátov CrCl 3 zodpovedajú vzorcom Cl 3 a Cl 2H 2 O. Pri státí v otvorenej nádobe sa roztok TiCl 3 postupne odfarbuje oxidáciou Ti 3+ na Ti 4+ vzdušným kyslíkom podľa reakcie:
4TiCl3 + 02 + 2H20 = 4TiOCl2 + 4HCl.
Ti3+ ión je jedným z mála redukčných činidiel, ktoré pomerne rýchlo redukujú (v kyslom prostredí) chloristany na chloridy. V prítomnosti platiny sa Ti 3+ oxiduje vodou (s uvoľňovaním vodíka).
Bezvodý Ti2(S04)3 má zelenú farbu. Je nerozpustný vo vode a jeho roztok v zriedenej kyseline sírovej má fialovú farbu obvyklú pre soli Ti 3+. Zo síranu trojmocného titánu sa vyrábajú komplexné soli najmä typov Me·12H 2 O (kde Me je Cs alebo Rb) a Me (s premenlivým obsahom kryštalickej vody v závislosti od charakteru katiónu).
Teplo tvorby TiO (t.t. 1750 °C) je 518 kJ/mol. Získava sa vo forme zlatožltej kompaktnej hmoty zahrievaním stlačenej zmesi TiO 2 + Ti vo vákuu na 1700 °C. Zaujímavým spôsobom jeho vzniku je tepelný rozklad (vo vysokom vákuu pri 1000 °C) titanylnitrilu. Tmavohnedý TiS sa vzhľadom na kov získava kalcináciou TiS2 v prúde vodíka (na začiatku vznikajú sulfidy medziproduktového zloženia, najmä Ti2S3). Známe sú aj TiSe, TiTe a silicid so zložením Ti2Si.
Všetky TiG 2 vznikajú zahrievaním príslušných halogenidov TiG 3 bez prístupu vzduchu v dôsledku ich rozkladu podľa nasledujúcej schémy:
2TiG 3 = TiG 4 + TiG 2
Pri mierne vyšších teplotách samotné halogenidy TiG 2 podliehajú dismutácii podľa schémy: 2TiG 2 = TiG 4 + Ti
Chlorid titaničitý možno získať aj redukciou TiCl4 vodíkom pri 700 °C. Je vysoko rozpustný vo vode (a alkohole) a s kvapalným amoniakom dáva sivý amoniak TiCl 2 4NH 3 . Roztok TiCl2 možno pripraviť redukciou TiCl4 amalgámom sodíka. V dôsledku oxidácie vzdušným kyslíkom bezfarebný roztok TiCl 2 rýchlo zhnedne, potom sa zmení na fialový (Ti 3+) a nakoniec opäť zmení farbu (Ti 4+). Čierna zrazenina Ti(OH)2 získaná pôsobením alkálie na roztok TiCl2 sa mimoriadne ľahko oxiduje.
Objav TiO 2 takmer súčasne a nezávisle od seba urobili Angličan W. Gregor a nemecký chemik M. G. Klaproth. W. Gregor pri štúdiu zloženia magnetického železitého piesku (Creed, Cornwall, Anglicko, 1789) izoloval novú „zem“ (oxid) neznámeho kovu, ktorý nazval menaken. V roku 1795 nemecký chemik Klaproth objavil nový prvok v minerále rutil a nazval ho titán, neskôr zistil, že rutil a menaken zem sú oxidy toho istého prvku. Prvú vzorku titánového kovu získal v roku 1825 J. Ya Berzelius. Čistú vzorku Ti získali Holanďania A. van Arkel a I. de Boer v roku 1925 tepelným rozkladom pár jodidu titánu TiI 4
Fyzikálne vlastnosti:
Titán je ľahký strieborno-biely kov. Plast, zvárateľný v inertnej atmosfére.
Má vysokú viskozitu a pri obrábaní je náchylný na lepenie na rezný nástroj, a preto vyžaduje nanášanie špeciálnych náterov na nástroj a rôznych mazív.
Chemické vlastnosti:
Pri bežných teplotách je pokrytý ochranným pasivačným filmom oxidu a je odolný voči korózii, ale rozdrvený na prášok na vzduchu horí. Titánový prach môže explodovať (bod vzplanutia 400°C). Pri zahriatí na vzduchu na 1200°C titán horí za vzniku oxidových fáz rôzneho zloženia TiOx.
Titán je odolný voči zriedeným roztokom mnohých kyselín a zásad (okrem HF, H 3 PO 4 a koncentrovanej H 2 SO 4), ľahko však reaguje aj so slabými kyselinami v prítomnosti komplexotvorných činidiel, napríklad s kyselinou fluorovodíkovou HF tvorí komplexný anión 2-.
Pri zahrievaní titán interaguje s halogénmi. S dusíkom nad 400 °C tvorí titán nitrid TiN x (x=0,58-1,00). Pri interakcii titánu s uhlíkom vzniká karbid titánu TiC x (x=0,49-1,00).
Titán absorbuje vodík a vytvára zlúčeniny rôzneho zloženia TiHx. Pri zahrievaní sa tieto hydridy rozkladajú a uvoľňujú H2.
Titán tvorí zliatiny s mnohými kovmi.
V zlúčeninách vykazuje titán oxidačné stavy +2, +3 a +4. Najstabilnejší oxidačný stav je +4.
Najdôležitejšie spojenia:
Oxid titaničitý Ti02. Biely prášok, po zahriatí žltý, hustota 3,9-4,25 g/cm3. Amfoterný. V koncentrovanej H 2 SO 4 sa rozpúšťa len pri dlhšom zahrievaní. Pri tavení so sódou Na2C03 alebo K2CO3 potašom tvorí oxid Ti02 titaničitany:
Ti02 + K2C03 = K2Ti03 + C02
Hydroxid titaničitý TiO(OH)2*xH20, sa vyzráža z roztokov solí titánu opatrnou kalcináciou, získa sa oxid Ti02; Hydroxid titaničitý je amfotérny.
Chlorid titaničitý TiCl 4 je za normálnych podmienok žltkastá kvapalina, ktorá na vzduchu silne dymí, čo sa vysvetľuje silnou hydrolýzou TiCl 4 vodnou parou a tvorbou drobných kvapôčok HCl a suspenzie hydroxidu titaničitého. Vriaca voda hydrolyzuje na kyselinu titánovú (??). Chlorid titaničitý sa vyznačuje tvorbou adičných produktov, napríklad TiCl4*6NH3, TiCl4*8NH3, TiCl4*PCl3 atď. Keď sa chlorid titaničitý rozpustí v HCl, vytvorí sa komplexná kyselina H2, ktorá je vo voľnom stave neznáma; jeho soli Me2 dobre kryštalizujú a sú stabilné na vzduchu.
Redukciou TiCl 4 vodíkom, hliníkom, kremíkom a inými silnými redukčnými činidlami sa získa chlorid a dichlorid titaničitý TiCl 3 a TiCl 2 - pevné látky so silnými redukčnými vlastnosťami.
Nitrid titánu- predstavuje intersticiálnu fázu so širokou oblasťou homogenity, kryštály s kubickou plošne centrovanou mriežkou. Príprava - nitridácia titánu pri 1200 °C alebo iné metódy. Používa sa ako tepelne odolný materiál na vytváranie povlakov odolných voči opotrebovaniu.
Aplikácia:
Vo forme zliatin. Kov sa používa v chemickom priemysle (reaktory, potrubia, čerpadlá), ľahké zliatiny a osteoprotézy. Je to najdôležitejší konštrukčný materiál pri stavbe lietadiel, rakiet a lodí.
Titán je legujúca prísada do niektorých druhov ocele.
Nitinol (nikel-titán) je zliatina s tvarovou pamäťou, používaná v medicíne a technike.
Aluminidy titánu sú veľmi odolné voči oxidácii a žiaruvzdorné, čo následne predurčilo ich použitie v leteckej a automobilovej výrobe ako konštrukčné materiály.
Vo forme spojení Biely oxid titaničitý sa používa vo farbách (napríklad titánová biela), ako aj pri výrobe papiera a plastov. Potravinová prísada E171.
Organické zlúčeniny titánu (napr. tetrabutoxytitán) sa používajú ako katalyzátor a tvrdidlo v chemickom priemysle a priemysle farieb a lakov.
Anorganické zlúčeniny titánu sa používajú v chemickej elektronike a priemysle sklených vlákien ako prísady.
Matigorov A.V.
Štátna univerzita HF Tyumen
