Материал: Неорганическая химия - курс лекций-презентаций

Подгруппа титана

В подгруппу титана входят элементы побочной подгруппы IV группы – титан, цирконий, гафний и искусственно полученный

курчатовий.

Металлические свойства выражены у этих элементов сильнее, чем у металлов главной подгруппы четвертой группы – олова и свинца.

Атомы элементов подгруппы титана имеют в наружном слое по два электрона, а во втором снаружи слое – по 10 электронов, из которых два – на d-подуровне.

Поэтому наиболее характерная степень окисленности металлов подгруппы титана равна +4.

В свободном состоянии титан и его аналоги – типичные металлы, по внешнему виду похожие на сталь.

Все они тугоплавки, устойчивы по отношению к воздуху и к воде.

Титан

Титан очень распространен в природе.

Его содержание в земной коре составляет 0,6% (масс), т.е. выше, чем содержание таких широко

используемых в технике металлов, как медь,

свинец и цинк.

Важнейшими из них являются:

титаномагнетиты FeTi03·nFe304,

ильменит FeTi03,

сфен CaTiSi05,

рутил ТiO2.

При промышленном получении титана руду или

концентрат переводят в диоксид титана ТiO2, который затем подвергают хлорированию. Однако даже при 800 –1000°С хлорирование протекает медленно.

Титан

С достаточной для практических целей скоростью хлорирование происходит в присутствии углерода, связывающего кислород в основном в СО:

2+2Cl2 +2C = TiCl4 +2CO ↑.

Получающийся хлорид титана (IV) восстанавливают

магнием:TiCl4 +2Mg = Ti +2MgCl2.

Образующуюся смесь подвергают нагреванию в вакууме.

При этом магний и его хлорид испаряются и осаждаются в конденсаторе.

Остаток – губчатый титан – переплавляют, получая компактный ковкий металл.

Примеси кислорода, азота, углерода резко ухудшают механические свойства титана.

Титан

Поскольку при высоких температурах титан реагирует с

данными неметаллами, его восстановление проводят в

герметичной аппаратуре в атмосфере аргона, а

очистку и переплавку – в высоком вакууме.

Для получения небольших количеств титана высокой

чистоты применяют йодидный метод.

Металлический титан плавится при 1665°С; плотность его равна 4,505 г/см3.

Титан – довольно активный металл; стандартный электродный потенциал системы Ti/Ti2+ равен –1,63 В.

Однако благодаря образованию на поверхности

металла плотной защитной пленки титан обладает исключительно высокой стойкостью против коррозии,

превышающей стойкость нержавеющей стали.

Титан

Он не окисляется на воздухе, в морской воде и не

изменяется в ряде агрессивных химических сред, в

частности в разбавленной и концентрированной

азотной кислоте и даже в царской водке.

Благодаря исключительно высокому сопротивлению

коррозии титан прекрасный материал для изготовления химической аппаратуры.

Но главное свойство титана, способствующее все большему его применению в современной технике, – высокая жаростойкость как самого титана, так и его

сплавов с алюминием и другими металлами.