1. Титан (Пособие)

Глава 1. Титан.1.1. Теоретическая часть.Титан входит в IVB (4) группу Периодической системы элементов. Валентная электроннаяконфигурация титана 3d24s2. Наиболее характерные степени окисления +4 и +3.Титан растворяется в кислотах–неокислителях (HCl, HBr и т. д.), образуя аквакомплекс[Ti (H2O)6]3+ светло–фиолетового цвета. Кислотами–окислителями титан окисляется до Ti (IV),например:Ti + 5H2SO4 = H2[Ti (SO4)3] + 2SO2↑ + 4H2OНаиболее известные оксиды титана – TiO2, Ti2O3. Оксид Ti (IV) с водой не взаимодействует,поэтому гидроксид Ti (OH)4 или титановую кислоту H2TiO3 получают косвенным путём,например:TiCl4 + 4NaOH = Ti (OH)4 + 4NaClK2TiO3 + 2HCl = H2TiO3 + 2KClГидроксид титана (IV) окрашен в белый цвет. Он амфотерен, причём и основные и кислотныеего свойства выражены очень слабо.Свежеосаждённый Ti (OH)4, α–форма, растворяется в кислотах (например, в H2SO4) собразованием титанил–иона TiO2+:Ti (OH)4 + H2SO4 = TiOSO4 + 3H2OЕсли концентрированная серная кислота берётся в избытке, образуется комплексныесоединения состава [TiO(SO4)2]2– или [Ti (SO4)3]2–:Ti (OH)4 + 2H2SO4 = H2[TiO(SO4)2] + 2H2OTi (OH)4 + 3H2SO4 = H2[Ti (SO4)3] + 4H2OПоскольку кислотные свойства Ti (OH)4 очень слабы, он реагирует только сконцентрированными растворами щелочей в свежеосаждённом состоянии (α–форма).

При этомобразуются гидроксокомплексы:2NaOH + Ti (OH)4 = Na2[Ti (OH)6]В условиях учебного лабораторного эксперимента не всегда удаётся обнаружитькислотные свойства даже у свежеосаждённого Ti (OH)4.Ti (OH)4 (α–форма) подвержен процессу старения , который происходит довольно быстро дажепри комнатной температуре. Конечным продуктом старения является гидратированный оксидTiO⋅x H2O (β–форма), которому приписывается условная формула H2TiO3.

Нагревание ускоряетпроцесс старения. Полностью состаренный Ti (OH)4 химически инертен и не взаимодействует срастворами кислот и щелочей.При прокаливании Ti (OH)4 претерпевает ряд превращений:–H2O– H2O–O2Ti (OH)4  → H2TiO3⋅  → TiO2  → Ti2O3α-формаβ-формабелыйфиолетовыйПоследний этап этой цепи, представляющий собой процесс внутримолекулярногоокисления–восстановления TiO2 в Ti2O3, требует длительного времени.Все растворимые соединения титана подвергаются сильному гидролизу:K2TiO3 + 2H2O ⇔ 2KOH + H2TiO3 (или Ti (OH)4)TiCl4 + H2O ⇔ TiOCl2 + 2HClПрисутствие в растворе анионов слабых кислот, например сульфид–иона (S2–), приводитк тому, что реакция гидролиза становится практически необратимой:TiCl4 + (NH4)2S + 4H2O = Ti (OH)4↓ + H2S↑ + 2NH4Cl + 2HClКачественной реакцией на ион Ti (IV) является реакция образования комплексныхпероксотитанатов, имеющих в своем составе лиганд (О22–).TiCl4 + 3H2O + H2O2 = H4TiO5 + 4HCl,илиTiOSO4 + H2O2 + H2SO4 = H2[Ti (O2)(SO4)2] + H2OВ сильнокислой среде пероксотитанаты имеют яркий оранжево–красный цвет.Соединения Ti (III) менее устойчивы, чем соединения Ti (IV).

Их можно получитьвосстановлением соединений Ti (IV) с помощью цинка в кислой среде:2TiCl4 + Zn = ZnCl2 + 2TiCl3Оксид титана (III) Ti2O3 не взаимодействует с водой, поэтому соответствующийгидроксид получают косвенным путём:TiCl3 + 3NaOH = Ti (OH)3↓ + 3NaClTi (OH)3 представляет собой осадок серо–фиолетового цвета.Гидроксид титана (III) обладает только основными свойствами. Он взаимодействует скислотами, образуя соответствующие соли:2Ti (OH)3 + 3H2SO4 = Ti2(SO4)3 + 6H2OВ водных растворах Ti (III) существует в виде аквакомплекса [Ti (H2O)6]3+фиолетового цвета.Соединения Ti (III) неустойчивы и являются восстановителями. Поэтому гидроксидтитана (III) и его соли постепенно окисляются кислородом воздуха:2Ti (OH)3 + O2 + 2H2O = 2Ti (OH)4 + H2O22TiCl3 + 3/2O2 = 3TiOCl2Если в качестве окислителей взять растворы KMnO4 или CuCl2, то окисление Ti (III) вTi (IV) происходит практически мгновенно:3Ti2(SO4)3 + 8H2O + 2KMnO4 = 6TiOSO4 + K2SO4 + 2H2SO4 + 2MnO2↓;TiCl3 + H2O + CuCl2 = CuCl↓ + TiOCl2 + 2HCl1.1.1.

Вопросы по теме.1.2.3.4.5.6.7.Какие степени окисления наиболее характерны для титана?В какой форме существует Ti (III):а) в кислой среде?б) в нейтральной среде?В какой форме существует Ti (IV):а) в кислой среде?б) в нейтральной среде?в) в сильнощелочной среде?г) в водном растворе в присутствии концентрированной H2SO4?Напишите формулы оксидов и гидроксидов титана.Охарактеризуйте кислотно–основные и свойства гидроксидов Ti (III) и Ti (IV)?Напишите реакции, характеризующие окислительно–восстановительные свойства:а) соединения Ti (III)?б) соединения Ti (IV)?Приведите примеры анионных и катионных комплексов.

Ti (IV). Напишите ихконстанты устойчивости..