Соли титана с водой

Соли титана

достижении полного восстановления полученный раствор переливают в банки с притертыми пробками, причем жидкость, во избежание окисления, наливают до самых пробок.

Из полученного раствора сульфат титана (III) получают путем выпаривания с серной кислотой.

Сульфато-(III)титанаты

Сульфаты титана могут присоединять сульфаты щелочных металлов, образуя комплексные соли двух типов: пентасульфато-трититанаты —Me1Pb(SO4) 5] — и титановые квасцы —Me1Ti (SOi)z • 12H2O.

Пентасульфато-(Ш)трититанаты образуются при нагревании смеси растворов 1 моль гидродисульфата титана(III) и 21Za моль сульфата щелочного металла. Из этого ряда солей известны: пен-тасульфатотрититанат натрия — Na[Ti3(SO4)S]-H2O, пентасульфато-трититанат калия — K[Ti3 (SO4) 5] • H2O1 пентасульфатотрититанат рубидия —Rb[Ti3(SOi)5]- 12H2O.

Все эти соли — голубые кристаллические вещества, труднорастворимые в воде и серной кислоте и легкорастворимые в соляной кислоте. При кипячении пентасульфатотрититанатов с концентрированной серной кислотой образуются сульфат титана(III) и сульфат соответствующего щелочного металла.

Известен также пентасульфатотрититанат аммония — NH4[Ti3(SOi)5] •9H2O.

Титановые квасцы получают путем кристаллизации из смеси не очень кислых растворов сульфата титана (III) и сульфата щелочного металла. Квасцы могут быть перекристаллизованы из разбавленных сернокислотных растворов. Из титановых квасцов известны: калиевые KTi (S04)2- 12H2O — вишневые кристаллы, рубидиевые RbTi(SO4)2- 12H2O — красные кристаллы, цезиевые CsTi(SO4• 12H2O — светло-фиолетовые кристаллы.

От титановых квасцов несколько отличается тетрасульфатоди-титанат натрия — Na2Ti2 (SO4) 4-5H2O. Он представляет собой фиолетовую кристаллическую массу, растворимую в воде и нерастворимую в спирте.

Фосфаты титана

Метафосфат титана(Ш) —Ti(P03)3 (мол. вес284,82) образуется в виде фиолетового осадка при взаимодействии растворов сульфата титана (III) и фосфата натрия, а также при действии фосфорной кислоты на гидроокись или карбонатгидроокись титана(III). Метафосфат титана (III)—фиолетовые кристаллы моноклинной сингонии с параметрами решетки а = 1042, 6 = 1935, с = 954 пм\ плотность 2,93 г/см3. В чистой воде сравнительно растворим и мало подвержен гидролизу; растворимость уменьшается в присутствии сульфатов.

Тетраметафосфат THTaHa(III)-Ti4(PO3)I2 — образуется при взаимодействии порошкообразного титана с расплавленным

Источник

VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2015

ГИДРОКСИДЫ ТИТАНА, ИХ СВОЙСТВА И ПОЛУЧЕНИЕ

Из гидроксидов титана наиболее устойчив гидроксид титана (IV) белого цвета TiO₂·nH₂O. В зависимости от условий получения он может содержать переменные количества связанных с атомом титана групп-OH, структурную воду, кислотные оcтатки и адсорбированные катионы. Структура гидроксидов формируется в результате сложных процессов гидролиза и поликонденсации. Гидроксид титана, иногда условно называемый «титановой кислотой», который образуется при гидролизе тетрахлорида титана в водном растворе аммиака, представляет собой комплексные частицы состава [Ti(H₂O)₅(OH)] 3+ . На следующей стадии гидролиза происходит поликонденсанция ионов [Ti(H₂O)₅(OH)] 3+ с образованием олигомерных гидроксо- и оксопроизводных. Такую свежеосажденную титановую кислоту иногда называют альфа-титановой кислотой. Ее брутто-состав приближенно описывают формулой TiO₂·2H₂O или Ti(OH)₄. При осаждении на холоду она содержит большое число гидроксогрупп и поэтому является более реакционноспособной, амфотерна, причём и основные и кислотные свойства выражены очень слабо.

Ti(OH)₄ (альфа-форма) подвержен процессу старения, который происходит довольно быстро даже при комнатной температуре. Старение происходит за счет превращения гидроксильных мостиков в оксоловые. Такой процесс называют оксоляцией. Ему способствует повышение температуры, увеличение концентрации солей титана, щелочная среда и длительное хранение раствора. Оксоловый полимер (бета-титановая кислота TiO₂·nH₂O, n=1 или H₂TiO₃) содержит меньшее число ОН-групп и молекул воды, за счет дополнительных связей Ti-O-Ti между разными макромолекулами приобретает каркасное строение и поэтому отличается химической инертностью — не реагирует с растворами кислот и щелочей [1].

Гидроксид титана (III) Ti(OH)₃ – серо-фиолетовый осадок, не растворимый в воде, обладает только основными свойствами, т.е. не растворяется в щелочах, взаимодействует с кислотами, образуя соответствующие соли: 2Ti(OH)₃ + H₂SO₄ = Ti₂(SO₄₎₃ + 6H₂O.

Соединения Ti (III) неустойчивы и являются восстановителями. Поэтому гидроксид титана (III) и его соли легко окисляются кислородом воздуха:

Гидроксид титана (II) Ti(OH)₂ образуется в виде черного осадка при обработке галогенидов титана (II) щелочами. Активный восстановитель. Легко окисляется в присутствии воды с выделением водорода:

Экспериментально методом гидролиза TiOSO₄ горячей водой получен гидроксид титана (IV) в виде белого осадка: TiOSO₄ + (x+1)H₂O = TiO₂·xH₂O↓ + H₂SO₄.

Опытным путем установлено, что гидроксид титана (IV) проявляет амфотерные, преимущественно основные, свойства: Ti(OH)₄ + 2H₂SO₄ = H₂[TiO(SO₄₎₂] + 2H₂O.

При взаимодействии со щелочью осадок не растворяется. Это объясняется тем, что кислотные свойства гидроксида титана (IV) выражены очень слабо, и в условиях учебного лабораторного эксперимента не всегда удается их обнаружить даже у свежеосажденного Ti(OH)₄. Для получения соединений Ti (III) к полученному гидроксиду титана (IV) добавляли концентрированную серную кислоту и цинковую пыль:

При добавлении щелочи должен выпасть осадок гидроксида титана (III) серо- фиолетового цвета: Ti₂(SO₄₎₃ + 6NaOH= 2Ti(OH)₃↓ +3Na₂SO₄.

Однако выпал белый осадок, т.е. образуется гидроксид титана (IV). Это объясняется тем, что соединения Ti (III) неустойчивы, являются восстановителями и быстро окисляются на воздухе. Опытным путем доказано, что гидроксиды титана в низших степенях окисления в водных растворах неустойчивы, и в присутствии кислорода невозможно получить гидроксиды титана (III) и (II) из соединений титана (IV).

Неорганическая химия: в 3 т. / Под ред. Ю. Д. Третьякова. Т. 3: Химия переходных элементов. Кн. 1: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ [А. А. Дроздов, В. П. Зломанов, Г. Н. Мазо, Ф. М. Спиридонов]. – М.: Издательский центр «Академия». 2008. – 352 с.

Источник

Свойства соединений титана.

Общая характеристика. История открытия

Титан (Titanium), Ti,— химический элемент IV группы периодической системы элементов Д. И. Мен­делеева. Порядковый номер 22, атомный вес 47,90. Состоит из 5 устойчивых изотопов; получены также искус­ственно радиоактивные изотопы.

В 1791 году английский химик У. Грегор нашёл в песке из местечка Менакан (Англия, Корнуолл) новую «зем­лю», названную им менакановой. В 1795 году немецкий хи­мик М. Клаирот открыл в минерале рутиле неиз­вестную еще землю, металл которой он назвал Титан [в греч. мифологии титаны — дети Урана (Неба) и Геи (Земли)]. В 1797 году Клапрот доказал тождество этой земли с открытой У. Грегором. Чистый титан выде­лен в 1910 году американским химиком Хантером посредством восстановления четырёххлористого титана натрием в же­лезной бомбе.

Нахождение в природе

Титан относится к числу наиболее распространённых в природе элементов, его содержание в земной коре составляет 0,6% (весовых). Встречается главным образом в ви­де двуокиси TiO₂ или её соединений — титанатов. Известно свыше 60 минералов, в состав которых входит титан Он содержится также в поч­ве, в животных и растительных организмах. Ильме­нит FeTiO₃ и рутил TiO₂ служат основным сырьём для получения титана. В качестве источника титана приобретают значение шлаки от плавки титано-магнетитов и ильменита.

Физические и химические свойства

Титан существует в двух состояниях: аморфный — темносерый порошок, плотность 3,392—3,395г/см 3 , и кристаллический, плотность 4,5 г/см 3 . Для кристаллического титана известны две модификации с точкой перехода при 885° (ниже 885° устойчивая гексагональная фор­ма, выше — кубическая); t°_пл около 1680°; t°_кип выше 3000°. Титан активно поглощает газы (водород, кислород, азот), которые делают его очень хрупким. Технический металл поддаётся горячей обработ­ке давлением. Совершенно чистый металл может быть прокатан на холоду. На воздухе при обыкновенной температуре титан не изменяется, при накаливании образует смесь окиси Ti₂O₃ и нитрида TiN. В токе кислорода при красном калении окисляется до двуокиси TiO₂. При высоких температурах реаги­рует с углеродом, кремнием, фосфором, серой и др. Устойчив к морской воде, азотной кислоте, влажному хлору, органическим кислотам и сильным щелочам. Рас­творяется в серной, соляной и плавиковой кислотах, лучше всего — в смеси HF и HNO₃. Добавление к кислотам окислителя предохраняет металл от кор­розии при комнатной температуре. Галогениды четырёхвалентного титана, за исключением TiCl₄ — кристаллические тела, легкоплавкие и летучие в водном растворе гидрализованы, склонны к образованию комплексных соединений, из которых в технологии и аналитической практике имеет значение фтортитанат калия K₂TiF₆. Важное значение имеют карбид TiC и нитрид TiN— металлоподобные вещества, отличающиеся большой твёрдостью (карбид титан тверже карборунда), туго­плавкостью (TiC, t°_пл = 3140°; TiN, t°_пл = 3200°) и хо­рошей электропроводностью.

Химический элемент №22. Титан.

Электронная формула титана имеет вид: 1s 2 |2s 2 2p 6 |3s 2 3p 6 3d 2 |4s 2 .

Порядковый номер титана в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева – 22. Номер элемента обозначает заряд ярда, следовательно у титана заряд ядра — +22, масса ядра – 47,87. Титан находится в четвертом периоде, в побочной подгруппе. Номер периода указывает на количество электронных слоев. Номер группы обозначает количество валентных электронов. Побочная подгруппа указывает на то, что титан относится к d-элементам.

Титан имеет два валентных электрона на s-орбитали внешнего слоя и два валентных электрона на d-орбитали предвнешнего слоя.

Квантовые числа для каждого валентного электрона:

3d 1	3d 2	4s 1	4s 2
N
l
ml	-2	-1
ms	+1/2	+1/2	+1/2	-1/2

Распределение валентных электронов по энергетическим уровням:

Источник

Соли титана

На странице «Оксиды титана» было сказано об амфотерном характере свежеосажденных гидроксидов TiO₂·xH₂O, которые при растворении в кислотах и расплавленных щелочах образуют соли.

При взаимодействии гидроксидов металлов четвертой группы с кислотами образуются не средние соли, а оксо- и гидроксопроизводыне металлов (или их кристаллогидраты), что объясняется образованием гидролизованных катионных форм, когда по причине высокого заряда и малого радиуса ионы металла не могут существовать в водном растворе даже в среде концентрированной серной кислоты.

Соли оксо-титана или титанила образуются кристаллизацией из растворов, образованных при взаимодействии гидроксида титана с серной кислотой. Соли титанила в твердом виде не содержат отдельных оксоионов, а состоят только из цепей, в которых атомы титана связываются друг с другом кислородными мостиками.

В водных растворах солей титана (IV) присутствуют оксокатионы и гидроксокатионы даже в сильнокислой среде. Негидрализованные катионные формы титана (IV) простого состава можно получить только в неводных средах, например, сульфат титана получают в ходе реакции тетрахлорида титана с серным ангидридом:

Комплексные соли образуются сплавлением диоксида титана с пиросульфата калия:

Нитрат титана получают действием азотного ангидрида на охлажденный безводный тетрахлорид с последующей возгонкой продуктов реакции в вакууме:

Аналогично синтезируют перхлорат титана:

Соли циркония и гафния

ОснОвность гидроксидов и устойчивость средних солей к гидролизу возрастают в значительной степени в ряду от титана к гафнию.

Соли циркония и гафния имеют много схожего — их сульфаты и нитраты, полученные по вышеописанным методам для титана, растворяясь в серной кислоте, не гидролизуются, при их упаривании кристаллизуются гидраты, имеющие полимерное строение по причине образования мостиковых сульфатных групп.

Подавление гидролиза объясняется наличием в растворе избытка анионов кислотных остатков. При температуре 100°C тетрагидрат Zr(SO₄)₂·4H₂O переходит в моногидрат с потерей воды, при 380°C полностью обезвоживается.

Аналогичные процессы протекают для солей гафния при температуре 215°C и 490°C соответственно. При дальнейшем нагревании средние сульфаты последовательно переходят к фазе оксосолей (HfOSO₄ при 500..650°C) и оксидов (HfO₂ выше 650°C).

При кипячении более разбавленных растворов кристаллизуются гидроксосоли, в которых каждый из атомов металла связывается с двумя соседними четырьмя мостиковыми OH-группами, окруженными четырьмя молекулами воды. В таких веществах нет, как отдельных ионов ZrO 2+ , так и оксомостиков, которые имеются в аналогичных соединениях титана. В соединениях циркония и гафния роль мостиков играют гидроксильные группы и анионы кислотных остатков.

Титанаты, цирконаты, гафнаты

Соединения, содержащие металлы в анионной форме, получают сплавлением соответствующих оксидов с щелочами или карбонатами:

Титанаты, цирконаты и гафнаты щелочных металлов растворимы в воде, их водные растворы неустойчивы, разлагаясь со временем вследствие гидролиза, катализатором процесса является углекислый газ:

Соединения двухвалентных и трехвалентных металлов в воде нерастворимы, для их разложения используют кислоты.

Соли титана в низких степенях окисления

Гидроксиды и соли циркония и гафния в низших степенях окисления являются неустойчивыми соединениями.

Наиболее устойчивы гидроксиды и соли титана в низших степенях окисления.

При действии щелочей на соли титана (III) происходит образование осадка гидроксида титана Ti(OH)₃ темно-фиолетового цвета, нерастворимого в щелочах. Гидроксид титана (III) является сильным восстановителем, восстанавливая нитрат-ион до аммиака и легко окисляясь на воздухе:

Соли титана (III) получают в ходе восстановления растворов титанила цинком, железом, дитионитом или электрохимическим методом:

Соли титана (III) проявляют восстановительные свойства, обесцвечивая раствор перманганата калия малинового цвета, переводя Fe3+ в Fe2+:

Соединения титана (II) обладают высокой восстановительной активностью и способны разлагать воду с выделением водорода.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

Источник