Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

IV. A titán-csoport Gyakoriságuk A titán a földkéreg gyakori eleme: 9. az összes elem és második az átmenetifémek között (Fe, Ti, Mn, Zr), a cirkónium.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "IV. A titán-csoport Gyakoriságuk A titán a földkéreg gyakori eleme: 9. az összes elem és második az átmenetifémek között (Fe, Ti, Mn, Zr), a cirkónium."— Előadás másolata:

1 IV. A titán-csoport Gyakoriságuk A titán a földkéreg gyakori eleme: 9. az összes elem és második az átmenetifémek között (Fe, Ti, Mn, Zr), a cirkónium a negyedik; a hafnium gyakorisága a céziuméhoz és a bróméhoz hasonló. Koncentrációjuk azonban kicsi, szétszórtan találhatók meg. Előfordulásuk, ásványaik Ti: TiO 2 rutil (anatáz, brucit), FeTiO 3 ilmenit, CaTiO 3 perovszkit Zr: ZrSiO 4 cirkon, ZrO 2 baddeleyit Hf: MSiO 4 (M=Hf,Zr,Th,U,Y) hafnon Előállításuk általánosan: Kroll-eljárással TiCl Mg  Ti + 2 MgCl 2 van Arkel – de Boer: TiI 4  Ti + 2 I 2 Ti: (C, N, Al-mal ötvöződik) 2 FeTiO C + 7 Cl 2  2 TiCl FeCl CO, majd TiCl Ca  Ti + 2 CaCl 2 Zr: K 2 [ZrF 6 ] + 4 Na  Zr + 2 KF + 4 NaF (a Zr általában 1-3 % Hf-ot is tartalmaz; eá. hasonlóan) 104 Rf rutherfordium, régen Ku=kurcsatóvium, szisztematikus Unq=Unnilkvadium

2 IV. A titán-csoport Kémiai tulajdonságaik Kevésbé reakcióképek, mint a Sc-csoport elemei. A legtöbb nemfémes elemmel (oxigénnel, hidrogénnel) magas hőmérsékleten reagálnak. A finom eloszlású fémek pirofórosak. A „tömbfémek” korrózióval szemben ellenállóak (tömör védő-oxidréteg M 2 O 3, MO 2 ). Az ásványi savak csak forrón támadják meg ezeket a fémeket; legjobb oldószerük a HF. Lúgokkal szemben ellenállóak, még forró oldataikkal sem reagálnak. Komplexképző elemek. Jellemzően: M 4+ : d 0  1 S 0 színtelenek, diamágnesesek M 3+ redukálószerek, d 1  2 D 3/2, paramágnesesek, [Ti(H 2 O) 6 ] 3+ ibolya színű (d-d elektronátmenet) M 2+ ionos jellegűek, erősen redukálnak (a vizet is bontják), d 2  3 F 2 paramágnesesek (sói feketék) Felhasználásuk Ti: ötvözőelem, ötvözetei korrózióállóak, hőállóan szilárd (tisztán is)  reaktorbélés, turbinák, rakétatechnikák; TiCl 3 Ziegler-Natta katalizátor poliolefinek előállítására; TiO 2 félvezető fotokatalizátor Zr: vízhűtéses atomreaktorokban uránium-dioxid fűtőelemek fémbevonata. (Hf szennyezés káros, mert a hafnium neutronbefogási hatáskeresztmetszete 600-szor nagyobb, mint a cirkóniumé). Fizikai tulajdonságaik Ti ezüstösen fémes, Zr ezüstösen szürkés-fehér, Hf acélosan szürke. Hexagonális rácsot (A3) alkotnak, de a Ti és a Zr ~900 o C-on, a Hf 1760 o C-on térben centrált köbös (A2) ráccsá alakul. Elektromos vezetőképességük a valódi fémekénél kisebb, de a Sc-csoport elemeinél sokkal jobb. Mechanikai tulajdonságaik: nemfémes szennyezések (H, O, N, C) hatására rideggé válnak. Ti + 6 HF = H 2 [TiF 6 ] + 2 H 2

3 IV. A titán-csoport elemeinek vegyületei 1) Hidridek: MH x (x≤2), Ti: 293 K-en x=1,75; 773 K-en 1,56; 1273K 0,25. 2) Halogenidek: a) MX 4 : előállításuk: (TiF 4 ) 3 : TiCl HF  TiF HCl (vízmentes közeg!) (tetraéder  trigonális-bipiramisos trimer, egy-egy fluoro- hídon keresztül) TiCl 4 és TiBr 4 : redukáló halogénezéssel (halogén-metallurgia) TiO X C  TiX CO TiI 4 : 3TiO AlI 3  3 TiI Al 2 O 3 (labilis  van Arkel – de Boer eljárás) b) MX 3 : redukálók (perklorátot is), paramágnesesek, de a TiF 3 kivételével mágneses momentumuk kisebb, mint a várt érték, a M-M antiferromágneses kölcsönhatás miatt. Előállításuk: (HfF 3 kivételével) 3 MX 4 + M  4 MX 3 c) MX 2 (X=Cl, Br, I): ZrX 2 = Zr 6 X 12 klaszterekből épül fel. Előállításuk: MX 4 + M  2 MX 2 d) oxohalogenidek: ZrOCl 2.8H 2 O=[Zr 4 (OH) 8 (H 2 O) 16 ]Cl 8 csak formális 3) Nitridek: MN, intersticiálisak, fémrácsos jellegűek, OP-juk, keménységük, termikus és kémiai stabilitásuk nagy 4) Karbidok: MC, a C a fémrács hézagaiba befér, oda be tud épülni→ a rácsszerkezet nem változik, a C atomok külső elektronjai hozzájárulnak a kötésrendszer kialakulásához – atomrácsos jelleg: olvadáspont jelentősen nő (Ti: 1940 K, TiC: 3414 K), kemények, kémiailag ellenállóak, tűzállóak titán(IV)-fluorid

4 IV. A titán-csoport elemeinek vegyületei 5) Oxidok: a) Biner oxidok: MO 2 atomrácsos óriásmolekulák, fehérek; Ti 2 O 3 lila, TiO fekete (sárga), vegyes Ti 3 O 5. Nemsztöchiometrikusak: oxigén oldódik a fém titánban: Ti n O 2n-1 (n=4-9), TiO x (x=0,5-1,3), Ti x O (x=2,3,6 fázisok, szuboxidok). Peroxidok: [Ti IV (O 2 )] 2+ (pontosabban [Ti IV (O 2 )(OH)(H 2 O) 4 ] + ) narancssárga (pl. TiO 2 SO 4 ). b) Összetett: Kettős oxidok: A II M III 2 O 4 (A=Mg, Fe, Co, Ni, Zn; M=Al,Fe,Ti,Cr,Sb,Ge,V) spinell (MgAl 2 O 4 ) szerkezetű (köbös rács, de A tetraéderes, M oktaéderes). Oxoanionjaik: Na x TiO 2 (x=0,2-0,25) titánbronz; kékesfekete, nagy elektromos vezetőképességű és kémiailag inert anyag. meta- M IV O 3 2- (lúgos közegben) M=Ti titanát, Zr cirkonát, Hf hafnát A II TiO 3 (meta)titanátok; A=Mg, Fe, Co, Ni: a fémion mérete a Ti 4+ -éhoz hasonló; A=Ca, Sr, Ba: a fémion nagyobb. orto- M IV O 4 4- M≠Ti nem jellemző, M=Zr, Hf Oxokationjaik: erősen savas közegben (pl. 2 M HClO 4 oldatban) TiO 2+ =[TiO(H 2 O) 4 ] 2+ titanil- ionok mutathatók ki. Oxoanionokkal képzett vegyületeik: a Ti 4+ szabályos sóit vizes oldatban nem lehet előállítani, a vegyületek hidrolizálnak, pl. TiOSO 4. Zr(NO 3 ) 4.5H 2 O, Zr(SO 4 ) 2.4H 2 O, Zr(HPO 4 ) 2.xH 2 O vegyületek savas oldatokból kikristályosíthatók. A I Ti III (SO 4 ) 2.12H 2 O (A=Rb, Cs) 6) Szulfidok: M IV S 2 (tiosavanhidrid), de Ti III 2 S 3 és Ti II S (tiobázisanhidrid) Szelenidek: M IV Se 2 M=Zr,Hf

5 IV. A titán-csoport elemeinek vegyületei 7) Komplexek: változatosak, fémorganikus vegyületek is (M-C kötés, pl. MEt 4 ) M 4+ : elleniontól függően K 2 [M IV F 6 ], (NH 4 ) 3 [M IV F 7 ] M=Zr,Hf: A I 2 [M IV F 6 ]: A=Li,Na  tényleges OC-6, diszkrét ion A=K  DD-8-as egységekből (két-két hídon) lineáris óriásmolekula Zn 2 [M IV F 8 ] (diszkrét DD-8 egységek) Ti 3+ : [Ti III F 6 ] 3- OC-6, ([Ti III F 5 ] 2- ) n láncszerűen óriás (egy-egy hídon), [Ti III 2 Cl 9 ] 3- dimer (három hídon) [Ti III X 6 ] 3- : X=F  bíborvörös, X=Cl narancssárga, X=SCN sötétibolya Ciano- és karbonil-komplexeik: viszontkoordináció révén alacsony oxidációfokok stabilizása K 3 [Ti III (CN) 6 ], K 2 [Ti II (CN) 4 ], K 4 [Ti 0 (CN) 4 ] [Ti 0 (CO) 6 ] (nem érvényesül a 18 elektronszabály) [M 0 (CO) 7 ] M=Zr,Hf Titanocén: Ti(η 5 -C 5 H 5 ) 2 (CO) 2 Ziegler-Natta katalizátor: Nobel-díj 1963 Al(Et 3 ) + TiCl 4 (TiCl 3 ) n CH 2 =CHR → -[-CH 2 -CHR-] n - sztereoreguláris polimerizáció jobb mechanikai tulajdonságok

6 IV. A titán-csoport elemeinek vegyületei Gyakorlás: 1)Adja meg a titán-csoportbeli elemeknek, illetve ionoknak az alaptermjét! 2)Mi az oka annak, hogy a titán(IV)-halogenidek olvadáspontjai az alábbi sorban követik egymást Cl


Letölteni ppt "IV. A titán-csoport Gyakoriságuk A titán a földkéreg gyakori eleme: 9. az összes elem és második az átmenetifémek között (Fe, Ti, Mn, Zr), a cirkónium."

Hasonló előadás


Google Hirdetések