锌\(\rm Ti\),元素周期表22号,四周期IVB族。
\(\rm Part\ I.\ 钛的存在\)
钛的存在相当稀少,在自然界中主要以钛铁矿\(\rm FeTiO_3\)以及金红石(比较纯的二氧化钛\(\rm TiO_2\))存在
\(\rm Part\ II.\ 理化性质\)
\(\rm \large I.\ 物理性质\)
锌是一种银白色金属,密度为\(\rm 4.506g/cm^3\),熔点为\(\rm 1668℃\)。相当低的密度和相当大的熔点使得钛成为应用很广的金属
高纯度的钛是银灰色的金属,且几乎具有理想金属材料的全部特性——密度小,强度高,硬度高,韧性强
\(\large \rm II. \text{化学性质}\)
$ \rm \alpha :Ti(O)$
\(\rm Ti\)与\(\rm HF\)的反应极其剧烈,生成一种黄绿色溶液
\[\rm Ti+4HF\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }Ti[TiF6]+3H_2\uparrow
\]
这时候,我们就可以去看看+2价的Ti了
\(\rm \beta : Ti(II),\ Ti(III),\ Ti(IV)\)
常见的二价钛\(TiO\)还原性很强:
\[\rm TiO+H_2O\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }H_2\uparrow + TiO_2
\]
所以,如果我们让其与盐酸反应,得到的并不是\(\rm TiCl_2\),而是\(\rm TiCl_3\):
\[\rm 2TiO+6HCl\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }2TiCl_3+2H_2O+H_2\uparrow
\]
与氧气反应:
\[\rm Ti + O_2 \xlongequal{\ \ \ \ 点燃\ \ \ \ }TiO_2
\]
特别的,块状钛的表面的二氧化钛使得钛具有极强的耐腐蚀能力(比如抗海水腐蚀)和一定反应惰性
如果温度稍稍热那么一点点,就会出现+3价态:
\[\rm 4TiO+O_2\xlongequal{\ \ \ \triangle \ \ \ }2Ti_2O_3
\]
反应物从土豪金变为基佬紫(?)
但是,如果你继续加热……
\[\rm 6Ti_2O_3+O_2\xlongequal{\ \ \ \triangle \ \ \ }4Ti_3O_5
\]
三氧化二钛比较稳定,除了\(\rm HF/HNO_3(con.)\)这样的强酸整,其他的酸碱几乎没有和他贴贴的可能。
三氯化钛具有极其美丽而罕见的紫色。然而,可溶性钛III在空气中暴露时间如果过长会被氧化:
\[\rm 4TiCl_3+O_2+6H_2O\xlongequal{\ \ \ \triangle \ \ \ }4TiO_2\downarrow+12HCl
\]
那么,四价钛也出现了
四价Ti相当稳定,当然还是拿\(\rm HF\)没办法:
\[\rm TiO_2+6HF\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }H2[TiF_6]
\]
氟钛酸是一种强酸,其对应的盐的溶解度比较奇葩,比如冷水中:
\[\rm H_2[TiF_6]+2KOH\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }K_2[TiF_6]\downarrow +2H_2O
\]
接下来能够和二氧化钛贴贴的,常见的也只有熔融态的焦硫酸钾or热浓硫酸:
\[\rm TiO_2+2K_2S_2O_7\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }Ti(SO_4)_2+2K_2SO_4
\]
\(\rm Ti^{+4}\)具有极强的水解能力,例如:
\[\rm Ti(SO_4)_2+H_2O\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }TiOSO_4+H_2SO_4
\]
\(\rm TiOSO_4\)溶液呈现出酸性,可以和小苏打反应制取二氧化碳(?),也可以和过氧化氢反应,生成橘黄色的化合物:
\[\rm TiOSO_4+H_2O_2\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }[TiO(H_2O_2)SO_4]
\]
如果我们加入强碱:
\[\rm TiOSO_4+4NaOH+H_2SO_4\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }Ti(OH)_4\downarrow+2Na_2SO_4+H_2O
\]
或者,直接加以强热:
\[\rm TiOSO_4+2H_2O\xlongequal{\ \ \ \triangle \ \ \ }H_2TiO_3\downarrow +H_2SO_4
\]
扯远了,我们回到二氧化钛上来。作为一种偏酸性的氧化物,我们有如下反应:
\[\rm TiO_2+2KOH\xlongequal{\ \ \ \triangle\ \ \ }K_2TiO_3+H_2O\uparrow
\]
在众多化合物中,偏偏四氯化钛是一种无色液体,且密度很大。如果你不小心在超时的空气中打开了该试剂瓶,你会看到白雾冒出,因为:
\[\rm TiCl_4+3H_2O\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }H_2TiO_3+4HCl
\]
加入稀盐酸中,则会出现:
\[\rm TiCl_4+H_2O\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }TiOCl_2\downarrow+2HCl
\]
如果是浓盐酸,则会:
\[\rm TiCl_4+2HCl\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }H_2[TiCl_6]
\]