Гідроксид титану(ІІІ) - неорганічна сполука, гідроксид металу титану з формулою Ti(OH) 3 , коричнево-фіолетовий осад, не розчинний у воді
Отримання
- Утворюється при обробці розчинів солей тривалентного титану лугами pH = 4:
texvcне знайдено; Math/README - довідку з налаштування.): \mathsf(TiCl_3 + 3NaOH \ \xrightarrow()\ Ti(OH)_3\downarrow + 3NaCl )
Неможливо розібрати вираз (виконуваний файл texvcне знайдено; Math/README - довідку з налаштування.): \mathsf(Ti_2(SO_4)_3 + 6KOH \ \xrightarrow()\ 2Ti(OH)_3\downarrow + 3K_2SO_4 )
Фізичні властивості
Гідроксид титану (III) утворює коричнево-фіолетовий осад, який поступово біліє через окислення.
Хімічні властивості
- Легко окислюється:
texvcне знайдено; Math/README - довідку з налаштування.): \mathsf(4Ti(OH)_3 + O_2 + 2H_2O \ \xrightarrow()\ 4H_4TiO_4 )
Напишіть відгук про статтю "Гідроксид титану(III)"
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.
|
||||||
| Хімічний посуд | Це незавершена стаття про неорганічну речовину. Ви можете допомогти проекту, доповнивши її. |
Уривок, що характеризує гідроксид титану(III)
Книги в кімнаті закружляли вихором і дружно човпнули на підлогу. Здавалося, що всередині цієї дивної людини вирує тайфун. Але тут я теж обурилася і повільно сказала:- Якщо ви зараз же не заспокоїтесь, я піду з контакту, а ви можете далі бунтувати поодинці, якщо це приносить вам таке велике задоволення.
Чоловік явно здивувався, але трохи охолонув. Було враження, що він не звик, щоб йому не підкорялися негайно, як тільки він виявляв будь-яке своє бажання. Я ніколи не любила людей цього типу – ні тоді, ні коли стала дорослою людиною. Мене завжди обурювало хамство, навіть якщо, як у цьому випадку, воно походило від мертвого...
Мій буйний гість начебто заспокоївся і вже нормальнішим голосом запитав, чи хочу я йому допомогти? Я сказала, що так, якщо він обіцяє себе нормально поводитися. Тоді він сказав, що йому необхідно поговорити зі своєю дружиною, і що він не піде (з землі) поки він не зможе до неї «достукатися». Я наївно подумала, що це один із тих варіантів, коли чоловік дуже любив свою дружину (незважаючи на те, як ні дико це виглядало по відношенню до нього) і вирішила допомогти, навіть якщо він мені й дуже не подобався. Ми домовилися, що він повернеться до мене на завтра, коли я буду не вдома і спробую зробити для нього все, що зможу.
Наступного дня я з самого ранку відчувала його божевільну (інакше назвати не можу) присутність. Я подумки посилала йому сигнал, що я не можу квапити події і вийду з дому, коли зможу, щоб не викликати зайвих питань у своїх домашніх. Але, не тут то було... Мій новий знайомий був знову зовсім нестерпним, мабуть, можливість ще раз поговорити зі своєю дружиною робила його просто неосудним. Тоді я вирішила поквапити події і відвернутися від нього якнайшвидше. Зазвичай у допомозі я нікому намагалася не відмовляти, тому не відмовила і цієї дивної, химерної сутності. Я сказала бабусі, що хочу пройтись і вийшла надвір.
- Ну що ж, ведіть, - подумки сказала я своєму супутникові.
Ми йшли близько десяти хвилин. Його будинок опинився на паралельній вулиці, зовсім недалеко від нас, але цю людину я чомусь зовсім не пам'ятала, хоча начебто знала всіх своїх сусідів. Я спитала, як давно він помер? Він сказав, що вже десять років (!!!) ... Це було зовсім неможливо, і на мою думку це було дуже давно!
- Але як ви можете досі тут перебувати? - Ошелешено запитала я.
- Я ж тобі сказав - я не піду поки не поговорю з нею! – роздратовано відповів він.
Щось тут було не так, але я ніяк не могла зрозуміти що. З-поміж усіх моїх померлих «гостей» жоден не перебував тут, на землі, так довго. Можливо, я була не права, і цей дивна людинатак любив свою дружину, що ніяк не наважувався її покинути?.. Хоча, якщо чесно, в це мені вірилося чомусь насилу. Ну, не тягнув він ніяк на «вічно-закоханого лицаря», навіть із великою натяжкою… Ми підійшли до дому… і тут я раптом відчула, що мій незнайомець перелякався.
- Ну що, ходімо? - Запитала я.
– Ти ж не знаєш, як мене звуть – промимрив він.
– Про це ви мали подумати ще на початку, – відповіла я.
Тут раптом у мене в пам'яті начебто відчинилися якісь дверцята – я згадала, що я знала про цих сусідів…
Це був досить-таки «відомий» своїми дивностями (в які вірила у всій нашій окрузі, на мою думку, тільки я одна) будинок. Серед сусідів ходили чутки, що господиня мабуть не зовсім нормальна, оскільки вона постійно розповідала якісь «дикі» історії з предметами, що літають у повітрі, самописними ручками, привидами, тощо. і т.п.... (дуже добре схожі речі показані у фільмі «Привид», який я побачила вже через багато років).
Сусідка була дуже приємною жінкою років сорока п'яти, у якої й справді близько десяти років тому помер чоловік. І ось з того часу у неї в будинку і почалися всі ці неймовірні дива. Я бувала в неї кілька разів, горячи бажанням дізнатися, що ж там таке у неї відбувається, але розговорити мою замкнуту сусідку мені, на жаль, так і не вдалося. Тому зараз я повністю поділяла нетерпіння її дивного чоловіка і поспішала якнайшвидше увійти, заздалегідь передчуваючи те, що мало, за моїми поняттями, там статися.
- Мене звати Влад - прохрипів мій колишній сусід.
Я з подивом на нього поглянула, і зрозуміла, що він, виявляється, дуже боїться... Але я вирішила не звертати на це уваги і зайшла до хати. Сусідка сиділа біля каміна і вишивала подушку. Я привіталася і вже збиралася пояснити, навіщо я сюди прийшла, як вона несподівано швидко промовила:
– Будь ласка, люба, йди скоріше! Тут може бути небезпечно.
Бідолашна жінка була налякана до напівсмерті, і я раптом зрозуміла, чого вона так боїться… Вона, мабуть, завжди відчувала присутність свого чоловіка, коли він до неї приходив! Тому, знову відчувши його присутність, бідна жінка хотіла мене лише «уберегти» від можливого шоку… Я ласкаво взяла її за руки і якомога м'якше сказала:
– Я знаю, чого ви боїтеся. Будь ласка, послухайте, що я хочу сказати вам, і все це закінчиться назавжди.
Я спробувала їй пояснити, як могла, про душі, що приходять до мене, і про те, як я намагаюся їм усім допомогти. Я бачила, що вона мені вірить, але чомусь боїться мені це показати.
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 при отриманні металів високого ступенячистоти. Наприклад:
TiI 4 = Ti + 2I 2
Фториди титану, цирконію та гафнію полімерні та малореакційноздатні.
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 велика кількістьаніонних 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.
6. З'єднання титану
При високій температурітитан 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 властивостіу нього виражені слабо.
Зустрічається в природі як рутил (кубічна сингонія), рідше у вигляді анатазу (тетрагональна сингонія) та брукіту (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 титану (TiO)SO 4 . Ця розчинна в холодній воді сіль при нагріванні також гідролізується з утворенням H 2 SO 4 і гідратованого діоксиду титану, так званої -титанової або 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 з розчинів сульфатів на холоді драглистий гідратований діоксид титану, так звану ά-титанову кислоту, що відрізняється від β-титанової вищої реакційною здатністю(наприклад, ά-титанова кислота розчиняється в лугах, в яких β-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. ά- та β- титанові кислоти, що являють собою більш менш дегідратовані похідні гідроксиду титану(IV), повністю порівняні з ά- і β-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 осаджує 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 конденсаторахвисокої 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, що 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? він також легко гідролізується і утворює з HF гексафторотитанову(IV) кислоту H 2 TiF 6 , подібну до гексафторкремнієвої кислоти.
Безводний хлорид титану (III) TiCl 3 одержують у вигляді фіолетового порошку пропусканням парів TiCl 4 разом з Н 2 через мідну трубку, нагріту приблизно до 700˚C. У вигляді водного розчину (фіолетового кольору) його отримують відновленням TiCl 4 соляної кислотиза 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 розчинцього 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 (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 .
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 та цинку Li 2 ZnTi 3 O 8 та 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 в результаті розпорядження структури сполук, пов'язаного з переходом атомів літію при підвищених температурах з тетраедричних позицій 8а у вільні октаедричні позиції 16с. При цьому шпинельна структура перетворювалася на структуру типу NaCl. Інформативним методом дослідження розупорядкування структури хлоридних шпинелів стало вивчення КР-спектрів сполук при високих температурах.
Література
1. Н.Л. Глинки. Загальна хімія - Л.: Хімія, 1981, - 720 с.;
2. К. Неніцеску. Загальна хімія - М.: Світ, 1968, 816 с.;
3. Н.С. Ахметов. Загальна та неорганічна хімія - М.: Вища школа, 743с.;
4. В.А. Жиляєв, А.П. Штин. "Взаємодія карбонітридів, оксикарбидів і оксинітридів титану з концентрованими мінеральними кислотами", Журнал неорганічної хімії, т.48 №8(Серпень 2003), с.1402;
5. І.А. Ленідов, Л.А. Переляєва та ін. "Дослідження розпорядження шпинелів Li 2 x Zn 2-3 x Ti 1+ x O 4 (x=0.33, 0.5) методом спектроскопії комбінаційного розсіювання світла: Кореляція з іонною провідністю", Журнал неорганічної хімії, т.48 11 (Листопад 2003), с.1841;
6. М.М. Годнєва, Д.Л. Мотов, Хімія підгрупи титану - Л.: Наука, 1980 - 175с.;
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 і 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 OіM 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 вказує на стійкість комплексних іонів TiГ6 у 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 ряді 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) та 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.
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
