Приветик! Вот опять статья, где обозревается элемент и всё самое интересное, что с ними связано.
Первоначальные сведения
Начнём с того, что Ti — довольно инертный персонаж, однако некоторые манипуляции с ними всё же можно проводить. И помимо образования гидридов, соответствующих силицидов и боридов, подробности про соединения и способности этого прекрасного металла будут подробнее чуть ниже.
Перевод в раствор
- Сразу можно вспомнить взаимодействие с концентрированной/разбавленной HNO3 и «царской водкой». Однако, процесс проходит крааайне медлительно. Протеканию реакции препятствует образование на поверхности металла β-титановой кислоты.
- Другое дело реакция с HCl. Кстати, такое взаимодействие проходит энергичнее, чем с H2SO4.
Титан также можно перевести в раствор с помощью HF(конц):
Ti + 6HF + 2O2 → H2[TiF6] + 2H2O
4. При нагревании порошок Ti растворяется в концентрированных растворах и расплавах щелочей, но достаточно медленно:
Ti + 2NaOH + H2O → Na2TiO3 + 2H2
5. И ещё одним способом является взаимодействие с олеумом:
Ti + 4H2S2O7 → Ti(SO4)2 + 2SO2 + 4H2SO4
Оксиды титана
Известно довольно много оксидов титана и, как правило, наибольший интерес вызывают низшие оксиды. Например, TiO1,985, Ti3O, Ti6O и др.
Первый кстати может быть получен при частичной дегазация TiO2, который, в свою очередь, может частично терять кислород: TiO2 ⇌ TiO1,985 + O2
По своим химическим особенностям эти оксиды инертны и нерастворимы в щелочах и кислотах, за исключением HF с образованием фторкомплексов.
Гидроксиды титана
Этот небольшой пункт мы обязаны упомянуть.
Вот смотрите, есть α-титановая кислота (α-TiO2*2H2O) и β-титановая кислота (β-TiO2*H2O). Оба этих соединения представляют собой модификацию гидроксида Ti(IV) и являются полимерами. И что самое интересное, при длительном нагревании или с течением времени происходит такой интересный процесс как оксоляция.
За счёт этого процесса вторая модификация начинает проявлять некоторую инертность. Она не растворяется ни в кислотах, ни в щелочах, в то время как α-TiO2*2H2O растворяется в H2SO4:
α-TiO2*2H2O + H2SO4 → TiOSO4 + 3H2O
Если же брать Ti(OH)3, который не растворяется в щелочах и имеет тёмно-фиолетовую окраску, то его можно рассматривать как сильный восстановитель. Например, восстановление нитрат-иона до аммиака:
8Ti(OH)3 + NaNO3 + (8x-10)H2O → 8TiO2*xH2O + NH3 + NaOH
На воздухе этот гидроксид легко окисляется:
4Ti(OH)3 + O2 + (x-6)H2O → 4TiO2*xH2O
Галогениды
На самом деле способов получения галогенидов довольно много, но здесь мы приведём основные.
- И так, чтобы получить тетрафториды, нужно подействовать безводной HF на тетрахлорид.
- Тетрахлориды и тетрабромиды получаются путём пропускания галогена над нагретым диоксидом в присутствии восстановителей, например углерода.
- Трииодиды можно получить путём иодирования диоксида с помощью трииодида алюминия:
3TiO2 + 4AlI3 → 3TiI4 + 2Al2O3
4. Одним из мест применения этих галогенидов является процесс Ван Аркеля-Де Бура. Он применяется для очистки металла. Его суть состоит в том, что мы берём грязный титан и немножечко йода. Они вместе нагреваются до 200 °C. При этом образуется TiI4.
Потом температура поднимается до 1400°C и получившийся TiI4 разлагается на Ti и I2. Затем выделившийся титан осаждается на проволоке из того же самого титана, где образуются его кристаллы.
5. Ещё одно широкое применение галогенидов — катализаторы Циглера-Натта. Для начала вспомните небольшую схемку с полиэтиленом. Примерно вот такую:
CH2=CH2 → ПВД (полиэтилен высокого давления)
Так вот, мало того, что катализатор там добавляли, во всяком случае, не очень хороший, так ещё и полиэтилен высокого давления сам по себе аморфный, хрупкий и в целом невыгоден.
Однако, учёные Циглер и Натт позже выяснили, что смесь TiCl в смеси с органическими соединениями алюминия, AlR3, является довольно эффективной для получения ПНД (полиэтилена низкого давления), который по своей структуре и механическим свойствам лучше ПВД.
Соли титана
И немножечко про соли)
Итак, в водных растворах солей Ti(IV) в сильнокислой среде присутствуют оксо- и гидроксокатионы. Негидролизованные формы Ti(IV) простого состава получают лишь в неводных средах (например, в SO2Cl2). Вот так, например, синтезируют Ti(SO4)2:
TiCl4 + 6SO3 → Ti(SO4)3 + 2S2O5Cl2
В свою очередь, синтез Ti(NO3)4 осуществляют действием азотного ангидрида N2O5 на охлаждённый безводный тетрахлорид с последующей возгонкой продукта в вакууме. Вот так:
TiCl4 + 4N2O5 → Ti(NO3)4 + 4NO2Cl
Аналогично получают и перхлорат титана:
TiCl4 + 4Cl2O6 → Ti(ClO4)4 + 4Cl2 + 4O2
Если ещё касаться таких соединений как титанаты, то формально, это соединения, содержащие анион титана: Na2O + TiO2 → Na2TiO3
На этом всё! Успехов вам на олимпиадах и в изучении химии!