Тетрахлорид титана - Titanium tetrachloride
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Хлорид титана (IV) | |
| Другие имена Тетрахлорид титана Тетрахлоротитан | |
| Идентификаторы | |
3D модель (JSmol ) | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.028.584  |
| Номер ЕС |
|
| MeSH | Титан + тетрахлорид |
PubChem CID | |
| Номер RTECS |
|
| UNII | |
| Номер ООН | 1838 |
| |
| |
| Характеристики | |
| TiCl 4 | |
| Молярная масса | 189,679 г / моль |
| Внешность | Бесцветная жидкость |
| Запах | резкий кислотный запах |
| Плотность | 1,726 г / см3 |
| Температура плавления | -24,1 ° С (-11,4 ° F, 249,1 К) |
| Точка кипения | 136,4 ° С (277,5 ° F, 409,5 К) |
| реагирует (экзотермический гидролиз)[1] | |
| Растворимость | растворим в дихлорметан,[2] толуол,[3] пентан[4] |
| Давление газа | 1,3 кПа (20 ° C) |
| −54.0·10−6 см3/ моль | |
| 1,61 (10,5 ° С) | |
| Вязкость | 827 мкПа с |
| Структура | |
| Тетрагональный | |
| Тетраэдр | |
| 0 Д | |
| Термохимия | |
Стандартный моляр энтропия (S | 355 Дж · моль−1· K−1[5] |
Станд. Энтальпия формирование (ΔжЧАС⦵298) | −763 кДж · моль−1[5] |
| Опасности[6] | |
| Паспорт безопасности | MSDS |
| Пиктограммы GHS |    |
| Сигнальное слово GHS | Опасность |
| H314, H317, H318, H330, H335, H370, H372 | |
| P280, P301 + 330 + 331, P304 + 340, P305 + 351 + 338, P308 + 310 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| Родственные соединения | |
Другой анионы | Бромид титана (IV) Фторид титана (IV) Иодид титана (IV) |
Другой катионы | Хлорид гафния (IV) Хлорид циркония (IV) |
Родственные соединения | Хлорид титана (II) Хлорид титана (III) |
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 проверять (что   ?) | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Тетрахлорид титана это неорганическое соединение с формула TiCl4. Это важный промежуточный продукт в производстве титан металл и пигмент оксид титана. TiCl4 это летучий жидкость. При контакте с влажным воздухом образует эффектные непрозрачные облака оксид титана (TiO2) и гидратированный хлористый водород. Его иногда называют «щекотать» или «щекотать 4» из-за фонетического сходства его молекулярной формулы (TiCl4) к слову.[7][8]
Свойства и структура
TiCl4 плотный, бесцветный дистиллируемый жидкость, хотя неочищенные образцы могут быть желтыми или даже красно-коричневыми. Это один из редких галогенидов переходных металлов, который при комнатной температуре является жидкостью. VCl4 еще один пример. Это свойство отражает тот факт, что молекулы TiCl4 слабая самооценка. Большинство хлоридов металлов полимеры, в котором атомы хлорида соединяют металлы. Его таяние и точки кипения похожи на CCl4.
Ti4+ имеет "закрытую" электронную оболочку с тем же количеством электронов, что и инертный газ аргон. В четырехгранный структура для TiCl4 согласуется с его описанием как d0 металлический центр (Ti4+) в окружении четырех одинаковых лигандов. Эта конфигурация приводит к высокому симметричный структур, следовательно, тетраэдрическая форма молекулы. TiCl4 принимает аналогичные структуры TiBr4 и TiI4; эти три соединения имеют много общего. TiCl4 и TiBr4 реагируют с образованием смешанных галогенидов TiCl4−ИксBrИкс, куда Икс = 0, 1, 2, 3, 4. Измерения магнитного резонанса также показывают, что обмен галогенидами между TiCl4 и VCl4.[9]
TiCl4 растворим в толуол и хлороуглероды. Определенный арены образуют комплексы типа [(C6р6) TiCl3]+. TiCl4 реагирует экзотермически с донором растворители Такие как THF дать гексакоординированный аддукты.[10] Более объемный лиганды (L) дать пентакоординированный аддукты TiCl4Л.
Производство
TiCl4 производится хлоридный процесс, который включает снижение оксидных руд титана, обычно ильменит (FeTiO3), с углерод под течением хлор при 900 ° С. Примеси удаляются дистилляция.
- 2 FeTiO3 + 7 Cl2 + 6 С → 2 TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 СО
Совместное производство FeCl3 нежелательно, что мотивировало развитие альтернативных технологий. Вместо прямого использования ильменита используется «рутиловый шлак». Этот материал, нечистая форма TiO2, получают из ильменита путем удаления железа либо восстановлением углерода, либо экстракцией серная кислота. Неочищенный TiCl4 содержит множество других летучих галогенидов, в том числе ванадилхлорид (VOCl3), тетрахлорид кремния (SiCl4), и тетрахлорид олова (SnCl4), которые необходимо разделить.
Приложения
Производство металлического титана
Мировые поставки металлического титана, около 250 000 тонн в год, производятся из TiCl.4. Превращение включает восстановление тетрахлорида с магний металл. Эта процедура известна как Кролл процесс:[11]
- 2 Mg + TiCl4 → 2 MgCl2 + Ti
в Охотничий процесс, жидкость натрий это Восстановитель вместо магния.
Производство диоксида титана
Около 90% TiCl4 продукция используется для изготовления пигмента оксид титана (TiO2). Конверсия включает гидролиз TiCl4, процесс, который формирует хлористый водород:[11]
- TiCl4 + 2 часа2O → TiO2 + 4 HCl
В некоторых случаях TiCl4 окисляется непосредственно с кислород:
- TiCl4 + O2 → TiO2 + 2 кл2
Дымовые завесы
Он был использован для производства дымовые завесы так как при этом образуется густой белый дым, который почти не поднимается.[12]
Химические реакции
Тетрахлорид титана - это универсальный реагент, который образует различные производные, включая те, которые показаны ниже.
Самая примечательная реакция TiCl4 это легко гидролиз, сигнализируемый выпуском хлористый водород и формирование оксиды титана и оксихлориды, как описано выше для производства TiO2. Тетрахлорид титана использовался для создания военно-морского флота. дымовые завесы. Хлороводород немедленно поглощает воду, образуя аэрозоль соляная кислота которые эффективно рассеивают свет. Кроме того, диоксид титана с высокой рефракцией также является эффективным светорассеивателем. Однако этот дым вызывает коррозию.
Реакция взаимодействия спиртов и TiCl4 чтобы получить соответствующие алкоксиды с формулой [Ti (OR)4]п (R = алкил, n = 1, 2, 4). Как указано в их формуле, эти алкоксиды могут принимать сложные структуры от мономеров до тетрамеров. Такие соединения полезны в материаловедение а также органический синтез. Хорошо известной производной является изопропоксид титана, который является мономером.
Органический амины реагировать с TiCl4 давать комплексы, содержащие амидо (R2N−-содержащий) и имидо (RN2−-содержащие) комплексы. С аммиаком, нитрид титана сформирован. Наглядная реакция - синтез тетракис (диметиламидо) титан Ti (NMe2)4, желтая, растворимая в бензоле жидкость:[13] Эта молекула тетраэдрическая, с плоскими азотными центрами.[14]
- 4 LiNMe2 + TiCl4 → 4 LiCl + Ti (NMe2)4
Комплексы с простыми лигандами
TiCl4 это Кислота Льюиса как подразумевается его склонностью к гидролизовать. С эфир THF, TiCl4 реагирует с образованием желтых кристаллов TiCl4(THF)2. С хлоридными солями TiCl4 реагирует с образованием последовательно [Ti2Cl9]−, [Ti2Cl10]2− (см. рисунок выше) и [TiCl6]2−.[15] Реакция хлорид-ионов с TiCl4 зависит от противоиона. НБУ4Cl и TiCl4 дает пятикоординатный комплекс NBu4TiCl5, тогда как меньшие Сеть+
4 дает (NEt4)2Ti2Cl10. Эти реакции подчеркивают влияние электростатики на структуру соединений с высокой ионной связью.
Редокс
Восстановление TiCl4 с алюминий приводит к одноэлектронному восстановлению. Трихлорид (TiCl3 ) и тетрахлорид обладают противоположными свойствами: трихлорид - твердое вещество, являющееся координационный полимер, и является парамагнитный. Когда сокращение проводится в THF раствор продукт Ti (III) превращается в голубой аддукт TiCl3(THF)3.
Металлоорганическая химия
В металлоорганическая химия титана обычно начинается с TiCl4. Важная реакция включает натрий циклопентадиенил давать дихлорид титаноцена, TiCl2(C5ЧАС5)2. Это соединение и многие его производные являются предшественниками Катализаторы Циглера – Натта. Реактив Теббе, полезный в органической химии, представляет собой алюминийсодержащее производное титаноцена, которое образуется в результате реакции дихлорида титаноцена с триметилалюминий. Он используется для реакций «олефинирования».
Arenes, например C6(CH3)6 реагировать, чтобы дать фортепиано-табуреточные комплексы [Ti (C6р6) Cl3]+ (R = H, CH3; см. рисунок выше).[16] Эта реакция демонстрирует высокую кислотность Льюиса TiCl+
3 сущность, которая создается путем абстракции хлористый из TiCl4 к AlCl3.
Реагент в органическом синтезе
TiCl4 время от времени находит применение в органический синтез, используя свои Кислотность Льюиса, это оксофильность, и свойства переноса электронов его восстановленных галогенидов титана[17] Он используется в Катализируемая кислотой Льюиса добавление альдола[18] Ключом к этому применению является склонность TiCl4 активировать альдегиды (RCHO) путем формирования аддукты такие как (RCHO) TiCl4OC (H) R.
Соображения по поводу токсичности и безопасности
Опасности, связанные с тетрахлоридом титана, обычно возникают в результате высвобождения хлористый водород (HCl). TiCl4 сильный Кислота Льюиса, экзотермически образующие аддукты даже с слабыми основаниями, такими как THF и взрывоопасно с водой, выделяя HCl.
Рекомендации
- ^ Еременко, Б. В .; Безуглая, Т. Н .; Савицкая, А. Н .; Малышева, М.Л .; Козлов, И. С .; Богодист, Л. Г. (2001). «Стабильность водных дисперсий гидратированного диоксида титана, полученных гидролизом тетрахлорида титана». Коллоидный журнал. 63 (2): 173–178. Дои:10.1023 / А: 1016673605744. S2CID 93971747.
- ^ «хлорид титана (IV), 1M раствор в дихлорметане». Альфа Эзар. Альфа Эзар. Получено 7 марта 2018.
- ^ «Раствор хлорида титана (IV) 1,0 М в толуоле». Сигма-Олдрич. Получено 7 марта 2018.
- ^ Баттс, Эдвард Х. Де. "патент US3021349A".
- ^ а б Зумдал, Стивен С. (2009). Химические принципы (6-е изд.). Houghton-Mifflin. п. A23. ISBN 978-0-618-94690-7.
- ^ «Классификации - инвентарь CL». echa.europa.eu.
- ^ [1] Американский химический совет - «Тетрахлорид титана: ступенька к удивительной технологии»
- ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал в 2014-03-19. Получено 2013-04-10.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь) Государственный университет Айовы - «Паспорта безопасности химических материалов»
- ^ Webb, S.P .; Гордон, М. С. (1999). «Межмолекулярные самовзаимодействия тетрагалогенидов титана TiX.4 (X = F, Cl, Br) ". Варенье. Chem. Soc. 121 (11): 2552–2560. Дои:10.1021 / ja983339i.
- ^ Манзер, Л. Э. (1982). Тетрагидрофурановые комплексы отдельных металлов с ранним переходом. Неорганические синтезы. 21. С. 135–40. Дои:10.1002 / 9780470132524.ch31. ISBN 978-0-470-13252-4.
- ^ а б Völz, Hans G .; и другие. (2006). «Пигменты неорганические». Неорганические пигменты. Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a20_243.pub2. ISBN 978-3527306732.
- ^ Королевский флот в состоянии войны (DVD). Лондон: Имперский военный музей. 2005.
- ^ Bradey, D.C .; Томас, М. (1960). «Некоторые диалкиламинопроизводные титана и циркония». J. Chem. Soc.: 3857–3861. Дои:10.1039 / JR9600003857.
- ^ М. Э. Дэви; Т. Ферстер; С. Парсонс; К. Пулхэм; Д. В. Х. Ранкин; Б. А. Смарт (2006). «Кристаллическая структура тетракис (диметиламино) титана (IV)». Многогранник. 25 (4): 923–929. Дои:10.1016 / j.poly.2005.10.019.
- ^ Creaser, C. S .; Крейтон, Дж. А. (1975). «Пентахлор- и пентабромотитанат (IV) ионы». Dalton Trans. (14): 1402–1405. Дои:10.1039 / DT9750001402.
- ^ Calderazzo, F .; Ferri, I .; Pampaloni, G .; Троянов, С. (1996). "η6-Ареновые производные титана (IV), циркония (IV) и гафния (IV) ». J. Organomet. Chem. 518 (1–2): 189–196. Дои:10.1016 / 0022-328X (96) 06194-3.
- ^ Gundersen, L.-L .; Rise, F .; Ундхейм, К. (2004). «Хлорид титана (IV)». В пакете, Л. (ред.). Энциклопедия реагентов для органического синтеза. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: J. Wiley & Sons.
- ^ Мариаппан Периасами (2002): «Новые методы синтеза с использованием системы реагентов TiCl4-NR3», АРКИВОК, п. 151–166.
Общее чтение
- Холлеман, А. Ф .; Виберг, Э. (2001). Неорганическая химия. Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9.
- Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-08-037941-8.