Titan

Titan objevil v roce 1791 farář a amatérský chemik William Gregor v minerálu ilmenitu. Izolován v čistém stavu byl až v roce 1910 redukcí TiCl4 pomocí sodíku. Patří mezi hojně rozšířené prvky v zemské kůře, jeho obsah je cca 0,63 %. Kovový titan má dobré mechanické vlastnosti při malé hustotě, zároveň je i odolný vůči korozi, toho se využívá v letectví a také při výrobě námořních zařízení.

Výroba je založena na redukci ilmenitu nebo rutilu uhlíkem v proudu chloru. Následně se vzniklý TiCl4 redukuje hořčíkem na titan.

Vlastnosti titanu
Atomové číslo 22 Počet přírodních izotopů 5
Atomová hmotnost 47,88 Elektronová konfigurace [Ar] 3d2 4s2
Teplota tání [°C] 1667 Teplota varu [°C] 3285
Hustota 4,50

Podobně jako hořčík nebo hliník se titan pasivuje vznikem oxidu na povrchu. Podobně se chová i v atmosféře dusíku, kdy vzniká povrchová vrstva nitridu, za vyšší teploty v dusíkové atmosféře i hoří. Nereaguje s bázemi, ani za zvýšené teploty a nerozpouští se v minerálních kyselinách za pokojové teploty. S horkou HCl reaguje na TiCl3 za uvolňování vodíku. S kyselinou dusičnou reaguje až na TiO2.

Nejdůležitější sloučeninou je oxid titaničitý, TiO2, který existuje ve třech modifikacích. První je anatas, čteverečný minerál. Brookit krystaluje jako kosočtverečný minerál a nejdůležitější modifikací je čtverečný rutil, který je využíván jako zdroj titanu a také jako součást tavidel pro svařování.

Vyrábí se dvěma způsoby:

1. síranovým zůsobem, ten byl využíván především v minulosti, dnes se od něj pomalu upouští. Surovinou je ilmenit, FeTiO3, který se reakcí s kyselinou sírovou převede na směs síranů – železnatého, železitého a titanylu (TiOSO4). Ten se po separaci ze směsi hydrolyzuje vodou a vzniklý hydrát oxidu titaničitého se kalcinuje na čistý TiO2. Kyselina sírová vzniklá po hydrolýze se neutralizuje vápencem. Oxid titaničitý vzniká jako anatas, ale lze získat i rutil, přídavkem krystalizačních jader v poslední fází výroby.

TiOSO4 + H2O → TiO2.nH2O + H2SO4
TiO2.nH2O → TiO2 + H2O
2. chloridový způsob, zde je výchozí surovinou přírodní rutil, který se nejprve nechá reagovat s chlorem a uhlím při teplotě 1200 °C za vzniku TiCl4. Ten se spaluje v kyslíku při 1500 °C na TiO2. V druhém kroku se uvolňuje chlor, který se vrací zpět do prvního kroku.

TiO2 + 2 Cl2 + C → TiCl4 + CO2
TiCl4 + O2 → TiO2 + 2 Cl2

Vytváří sloučeniny v oxidačních stavech II, III a IV a vyjímečně i v oxidačním stavu 0. Stabilnější jsou titaničité sloučeniny. V organické chemii jsou důležité organotitaničité sloučeniny, které se využívají např. jako katalyzátory v Ziegler-Nattových reakcí.

Oxid titaničitý

Oxid titaničitý je sloučeninou titanu s největším průmyslovým významem. Zhruba polovina se používá jako pigment – titanová běloba. Je to také polovodič a fotokatalyzátor, využívá se i v kosmetice, např. v opalovacích krémech.

Sendvičové komplexy

Titan byl prvním kovem, u kterého se povedla příprava sendvičového komplexu s čistě anorganickými ligandy.[5] Reakcí chloridu titaničitého s bílým fosforem se povedlo připravit a izolovat sendvičový aniontový komplex, kde je titan obklopen obklopen dvěma cyklickými anionty P5. Průměrná délka vazby P-P je 2,154(9) Å, což ji řadí mezi jednoduchou a dvojnou P-P vazbu. Tato sloučenina se jeví jako první dostupný zdroj aniontu P5 pro další reakce.

Anion [Ti(P5)2]2-

Anion [Ti(P5)2]2-

NMR

Titan má dva NMR aktivní izotopy. Oba mají nízkou citlivost, zajímavostí je velmi malý rozdíl rezonančních frekvencí obou jader, proto je při měření pozorujeme obě naráz. Sloučeniny titaničité poskytují poměrně úzké signály, titanité sloučeniny jsou paramagnetické a proto není možné jejich měření. Standardem je většinou TiCl4.

47Ti 49Ti
Jaderný spin 5/2 7/2
Přírodní zastoupení [%] 7,44 5,41
Rezonanční frekvence při B=1 T 2,4041 2,4045
Citlivost vůči 1H 0,000156 0,000205
Citlivost vůči 13C 0,918 1,2
Rozsah chemických posunů -1400 – +1400 ppm
Jaderný magnetický moment -0,78848 -1,10417

Chemické posuny

Roztok TiI4 1400-1200 Methyltrihalogenidy 800-600
TiBr4 480 TiCl4 0
Roztok TiCl4 0-(-300) N-komplexy (-150)-(-350)
Cyklopentadienyl trihalogenidy -50-(-450) Cyklopentadienyl dihalogenidy -400-(-900)
O-komplexy -800-(-950) TiF62- -1150-(-1300)
Ti(CO)62- -1300-(-1450)

Odkazy

  1. Titan na české wikipedii
  2. Titan na anglické wikipedii
  3. Titanium NMR
  4. 47Ti a 49Ti NMR reference
  5. Urnius, E., Brennessel, W. W., Cramer, C. J., Ellis, J. E. & Schleyer, P. von R. A carbon-free sandwich complex [(P5)2Ti]2-. Science 295, 832–4 (2002). DOI: 10.1126/science.1067325.

Navigace

H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Napsat komentář