protonové číslo 22
relativní atomová hmotnost 47.88
elektronegativita 1.5
elektronová konfigurace [Ar]4s23d2
hustota (g·cm-3) 4.50
teplota tání (°C) 1667.0
teplota varu (°C) 3285.0

Titan (22Ti)

historie

  • V roce 1791 W. Gregor připravil oxid titaničitý
    V roce 1825 J. J. Berzélius připravil titan.

výskyt

  • ilmenit - FeTiO3 (Kanada, USA)
  • rutil - TiO2 (Austrálie)

průmyslová výroba

  • Výroba kovu z oxidických rud naráží na problémy.
    Nelze redukovat uhlíkem (C), protože s titanem reaguje na karbid,
    nelze užít ani sodík (Na), vápník (Ca) nebo hořčík (Mg), protože se neodstraní veškerý kyslík.
    Výroba je založena na redukci rutilu nebo ilmenitu uhlíkem v proudu chloru (Cl2. Vzniklý chlorid titaničitý (TiCl4) se oddestiluje od chloridu železitého (FeCl3).
    Poté se redukuje v argonové atmosféře roztaveným hořčíkem nebo vápníkem. Chlorid hořečnatý se odstraňuje vyluhováním vodou rozpouštěním ve zředěné kyselině chlorovodíkové (HCl) případně destilací (Krollova metoda):
    2FeTiO3+7Cl2+6C → 2TiCl4+2FeCl3+6CO (t = 900 °C)
    TiCl4+2Mg → Ti+2MgCl2 (t = 900-1150 °C)

fyzikální vlastnosti

  • stříbrolesklý kov
  • vysoká teplota tání
  • mechanické vlastnosti závislé na přítomnosti nečistot (O, N, C)
  • jemně práškový je samozápalný

chemické vlastnosti

  • za vyšší teploty reaguje s většinou nekovů
  • slučuje se s dusíkem (N2odolný vůči korozi (vrstva oxidu)
  • nerozpouští se v kyselinách ani za tepla s výjimkou kyseliny fluorovodíkové (HF) - vzniká rozpustný fluorokomplex
  • nereaguje ani s horkými roztoky hydroxidů
  • oxidační činidla (např.: kyselina dusičná (HNO3)) kov pasivují - ochranná vrstva oxidu

užití

  • slitiny s malým obsahem hliníku (Al) nebo cínu (Sn) - výroba plynových turbínových motorů (značná pevnost)
  • letecký průmysl - konstrukční materiál, výroba motorů
  • námořní zařízení
  • konstrukce v chemickém průmyslu

sloučeniny

  • halogenidy titaničité (TiX4)
    • fluorid titaničitý (TiF4)
      • příprava - působení bezvodého fluorovodíku (HF) na chlorid titaničitý (TiCl4)
      • 4HF + TiCl4 → TiF4 + HCl
      • bílá netěkavá látka
      • hygroskopická látka
    • chlorid titaničitý (TiCl4)
      • příprava – působením chloru (Cl2) na zahřátý oxid titaničitý (TiO2) v přítomnosti redukčního činidla (např. uhlík)
        TiO2 + 2Cl2 + 2C → TiCl4 + 2CO
      • bezbarvá kapalina
      • při teplotě t = 320 - 340 ºC sublimuje
      • hygroskopická a hydrolyzovatelná látka
        TiCl4 + 2H2O → TiO2 + 4HCl
      • tvoří komplexy s kyselinou chlorovodíkovou (HCl)
      • užití – meziprodukt při výrobě oxidu titaničitého (TiO2)
      • příprava Zieglerových – Nattových katalyzátorů (polymerace ethenu)
      • výchozí látka pro přípravu organických sloučenin
    • bromid titaničitý (TiBr4)
      • příprava a vlastnosti stejné jako u chloridu titaničitého (TiCl4)
      • oranžová látka
    • Jodid titaničitý (TiI4)
      • příprava – působením jodidu hlinitého (AlI3) na oxid titaničitý (TiO2) při teplotě t = 130 - 400 ºC
        4 AlI3 + 3TiO2 → 3TiI4 + 2Al2O3
      • tmavě hnědá látka
      • užití – výroba čistého kovu – van Arkelova–de Boerova metoda (surový kov se zahřívá s malým množstvím jodu v evakuované nádobě na teplotu asi 200 ºC při níž přechází vzniklý jodid (MI4) do plynné fáze. Současně se elektricky vyhřívá wolframové nebo zirkoniové vlákno na 1300 ºC, na kterém se MI4 rozkládá a čistý kov (M) se vylučuje na vlákně.
  • halogenidy titanité (TiX3)
    • příprava – redukcí halogenidů titaničitých titanem za vysoké teploty
    • barevné látky polymerní povahy
    • vodné roztoky jsou za nepřístupu vzduchu (v inertní atmosféře) stálé
    • redukční účinky až na fluorid titanitý (TiF3)
    • z roztoků krystalizují jako hexahydráty TiX3 · 6H2O
      • chlorid titanitý (TiCl3)
        • vykazuje hydrátovou izomerii
          fialový [Ti(H2O)6]Cl3 - chlorid hexaaquatitanitý
          zelený [Ti(H2O)4Cl2]Cl · 2H2O - dihydrát chloridu tetraaqua–dichlorotitanitého
  • halogenidy titanaté (TiX2) (X = Cl, Br, I)
    • připravují se obtížně, protože při vyšších teplotách jeví sklon k disproporcionaci
    • černé pevné látky
    • rozkládají vodu
    • mimořádně silné redukční schopnosti
  • oxid titaničitý (TiO2)
    • nejedovatý
    • bílý pigment (titanová běloba)
    • vysoký index lomu – velké krystaly jsou průhledné, jemné částice rozptylují světlo tak silně, že mohou být využity k vytváření vysoce neprůhledných vrstev
    • chemicky odolný (nečerná působením atmosféry jako olověná běloba (2PbCO3 · Pb(OH)2)
    • výroba křídového papíru a nátěrových hmot
    • plnidlo kaučuku a plastů
    • oxid titaničitý (TiO2) nacházející se v přírodě je zbarven nečistotami, aby se získal kvalitní bílý pigment musí se čistit
    • čištění TiO2 pro výrobu pigmentu:
      2TiO2 + 3C + 4Cl2 → 2TiCl4 + CO2 + 2CO
      TiCl4 + O2 → TiO2 + 2Cl2
    • spalováním se stechiometrickým množstvím příslušného oxidu při vysokých teplotách někdy až (2500 ºC) tvoří "titaničitany"
      CaO + TiO2 → CaTiO3
      2CaO + TiO2 → Ca2TiO4
  • dva typy titaničitanů
    • (TiO4)4- - tetraoxotitaničitany
    • (TiO3)2- - trioxotitaničitany
  • titaničitan barnatý (BaTiO3)
    • feroelektrické a piezoelektrické vlastnosti
    • tepelně stálá látka
    • pevností se podobá křemeni
    • užití
      • výroba kompaktních kondenzátorů (vysoká permitivita)
      • keramické snímače v mikrofonech
  • „titanový bronz“
    • příprava - redukcí titaničitanu sodného (Na2TiO3) vodíkem za vysoké teploty – NaxTiO2 (x = 0,2 až 0,25)
    • modročerný kovový vzhled
    • vynikající elektrická vodivost
    • inertní vůči chemickým činidlům (odolávají dokonce kyselině fluorovodíkové)