Tetracloruro di titanio | |||
Identificazione | |||
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Nome IUPAC | tetracloruro di titanio | ||
N o CAS | |||
N o ECHA | 100.028.584 | ||
N o CE | 231-441-9 | ||
PubChem | 24193 | ||
Aspetto | Liquido incolore con un forte odore (gas lacrimogeno) | ||
Proprietà chimiche | |||
Formula bruta | Ti Cl 4 | ||
Massa molare | 189,679 ± 0,009 g / mol Cl 74,76%, Ti 25,24%, |
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Proprietà fisiche | |||
T ° fusione | −24,8 ° C | ||
T ° bollitura | 136,4 ° C | ||
Massa volumica | 1.726 g · cm -3 | ||
punto d'infiammabilità | −18 ° C | ||
Pressione del vapore saturo | 16,5 hPa a 25 ° C | ||
Viscosità dinamica | 8.27 × 10 -4 Pa · s a 25 ° C | ||
Precauzioni | |||
NFPA 704 | |||
0 3 3 | |||
Direttiva 67/548 / CEE | |||
VS Numero indice : 022-001-00-5 Simboli : C : Corrosivo Frasi R : R14 : Reagisce violentemente con l'acqua. R34 : Provoca ustioni. Frasi S : S26 : In caso di contatto con gli occhi, lavare immediatamente e abbondantemente con acqua e consultare un medico. S45 : In caso di incidente o di malessere, consultare immediatamente un medico (se possibile, mostrare l'etichetta). S1 / 2 : Tenere sotto chiave e fuori dalla portata dei bambini. S7 / 8 : Tenere il recipiente ben chiuso e asciutto. S36 / 37/39 : Indossare indumenti protettivi e guanti adatti e proteggersi gli occhi / il viso. Frasi R : 14, 34, Frasi S : 1/2, 7/8, 26, 36/37/39, 45, |
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Trasporto | |||
X80 : sostanza corrosiva o sostanza che mostra un grado minore di corrosività che reagisce pericolosamente con l'acqua) Numero UN : 1838 : TETRACLORURO DI TITANIO Classe: 8 Etichetta: 8 : Materie corrosive |
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Unità di SI e STP se non diversamente specificato. | |||
Il tetracloruro di titanio è un composto inorganico di formula TiCl 4 . È un importante intermedio nella produzione di titanio metallico e pigmenti di biossido di titanio . Questo è un esempio di un alogenuro metallico insolito e particolarmente volatile . A contatto con l'aria umida forma spettacolari nubi opache di biossido di titanio e acido cloridrico .
TiCl 4 è un liquido denso, incolore e distillabile , ma i campioni grezzi possono avere sfumature gialle o rosso-marroni. È uno dei pochi alogenuri di metalli di transizione che sono liquidi a temperatura ambiente, un altro esempio è VCl 4 . Questa proprietà deriva dal fatto che TiCl 4 è molecolare, vale a dire che ogni molecola di TiCl 4 è relativamente debolmente associata alle molecole vicine. La maggior parte dei cloruri metallici sono polimeri , dove gli atomi di cloro agiscono come ponti tra gli atomi di metallo. L'attrazione tra le molecole di TiCl 4 è debole, costituita principalmente dalle forze di van der Waals , che si traducono in bassi punti di fusione e di ebollizione , vicini a quelli di CCl 4 .
Gli ioni Ti 4+ formano un guscio elettronico completo, con lo stesso numero di elettroni dell'argon , un gas inerte . Il tetracloruro di titanio adotta una struttura tetraedrica altamente simmetrica, coerente con la sua descrizione come centro metallico d 0 (Ti 4+ ) circondato da quattro ligandi identici (Cl - ). Questa struttura è molto vicina a quelle di TiBr 4 e TiI 4 , i tre composti che condividono anche determinate proprietà. TiCl 4 e TiBr 4 reagiscono insieme per dare alogenuri misti TiCl 4 -x Br x (x = 0, 1, 2, 3 o 4). Le misurazioni della risonanza magnetica hanno anche mostrato rapidi scambi di alogeni tra TiCl 4 e VCl 4 .
TiCl 4 è solubile in toluene e composti organoclorurati , come altre specie non polari . È stato dimostrato che certe arene formano complessi del tipo [(C 6 R 6 ) TiCl 3 ] + . TiCl 4 reagisce esotermicamente con i solventi donatori come il THF per formare addotti esacoordinati. Con ligandi più affollati (L), forma addotti TiCl 4 L pentacoordinati .
TiCl 4 può essere prodotto dal processo cloruro (in) che prevede la riduzione dei minerali di ossido di titanio, tipicamente l' ilmenite (FeTiO 3 ) da parte del carbonio in un flusso continuo di cloro a 900 ° C :
2 FeTiO 3 + 7 Cl 2 + 6 C → 2 TiCl 4 + 2 FeCl 3 + 6 COLe impurità vengono quindi rimosse per distillazione . La coproduzione di FeCl 3 è indesiderabile, il che ha motivato la ricerca di un'alternativa. Ad esempio, invece di utilizzare direttamente ilmenite, " rutilo scoria " è utilizzato, una forma impura di TiO 2 derivato da ilmenite rimuovendo ferro in esso, mediante riduzione con carbonio o mediante estrazione con carbone. Acido solforico . Il TiCl 4 grezzo può contenere vari altri alogenuri volatili, in particolare cloruro di vanadio (VOCl 3 ), tetracloruro di silicio (SiCl 4 ) o anche tetracloruro di stagno (SnCl 4 ), che richiede una fase di separazione aggiuntiva.
Il tetracloruro di titanio è un reagente versatile che forma molti derivati, come illustrato di seguito.
La reazione più notevole che coinvolge TiCl 4 è la sua idrolisi , una reazione facile segnalata dall'evoluzione corrosiva di acido cloridrico e dalla formazione di ossidi e ossicloruri di titanio. Questa reazione ha significato che TiCl 4 è stato utilizzato per un certo periodo nella produzione di fumo (vedi paragrafo seguente ).
Gli alcoli reagiscono con TiCl 4 dando i corrispondenti alcolati di formula [Ti (OR) 4 ] n (R = alchil , n = 1, 2, 4). Come indica la loro formula, questi alcolati possono adottare strutture complesse, che vanno dal monomero al tetramero. Tali composti sono utili nella scienza dei materiali e nella sintesi organica . Tra questi composti si può citare il noto isopropossido di titanio , presente sotto forma di monomero.
Le ammine reagiscono con TiCl 4 per formare composti contenenti complessi ammidici (contenenti R 2 N - ) e imido ( contenenti RN 2 ). Reagendo con l'ammoniaca, forma nitruro di titanio . Una reazione illustrativa di questa reattività è la sintesi del tetrakis (dimetilammido) titanio Ti (NMe 2 ) 4 , un liquido giallo solubile in benzene :
4 LiNMe 2 + TiCl 4 → 4 LiCl + Ti (NMe 2 ) 4TiCl 4 è un acido di Lewis , come suggerito dalla sua tendenza a idrolizzarsi. Con l' etere ciclico THF , TiCl 4 forma cristalli gialli di (THF) 2 . Con sali di cloruro, TiCl 4 forma sequenzialmente [Ti 2 Cl 9 ] - , [Ti 2 Cl 10 ] 2− e [TiCl 6 ] 2− . È interessante notare che la reazione con gli ioni cloruro dipende dal controione . NBU 4 Cl e TiCl 4 invia un pentacoordinate complesso nbu 4 TiCl 5 , mentre con rete 4 + , dà (NEt 4 ) 2 Ti 2 Cl 10 . Queste reazioni sottolineano l'influenza delle forze elettrostatiche sulle strutture di composti con forti legami ionici .
La riduzione di TiCl 4 da parte dell'alluminio è una riduzione monoelettronica . Il cloruro di smistamento (TiCl 3 ) e il tetracloruro hanno proprietà contrastanti: il tricloruro è un solido, essendo un polimero di coordinazione (in) , ed è paramagnetico . Quando si verifica una riduzione del THF , il prodotto (III) si converte in un addotto TiCl 3 (thf) 3 azzurro.
La maggior parte dei composti di organotitanio sono generalmente prodotti da TiCl 4 . Una reazione importante coinvolge il ciclopentadienuro di sodio per dare dicloruro di titanocene , TiCl 2 (C 5 H 5 ) 2 . Questo composto e molti dei suoi derivati sono precursori del catalizzatore Ziegler-Natta . Il reagente Tebbe , un composto utile in chimica organica e derivato del titanocene alluminizzato risultante dalla reazione di dicloruro di titanocene e trimetilalluminio . Viene utilizzato in particolare nelle reazioni di “ olefinazione ”.
Le arene , come C 6 (CH 3 ) 6 reagiscono per dare un complesso " piano sgabello " [Ti (C 6 R 6 ) Cl 3 ] + (R = H, CH 3 ; vedi il secondo diagramma della figura sotto). Questa reazione illustra l'elevato carattere dell'acido di Lewis della specie TiCl 3 + , prodotto dalla partenza di uno ione cloruro di TiCl 4 catturato da AlCl 3 .
TiCl 4 ha usi limitati ma diversificati nella sintesi organica , a causa della sua acidità di Lewis e della sua ossofilia . Ad esempio, è usato nell'aggiunta aldolica di Mukaiyama . Una capacità chiave in questa applicazione è la tendenza del TiCl 4 ad attivare le aldeidi (RCHO) mediante la formazione di addotti come (RCHO) TiCl 4 OC (H) R. Viene anche utilizzato nella reazione di McMurry in aggiunta a zinco e LiAlH 4 . Questi agenti riducenti producono derivati del Ti (III) che si accoppiano con i chetoni , producendo alcheni .
La produzione annua di titanio è di circa 250.000 tonnellate; ciò deriva principalmente dalla trasformazione di TiCl 4 . Questa conversione viene effettuata mediante riduzione del cloruro da parte del magnesio metallico, producendo titanio metallico e cloruro di magnesio :
2 Mg + TiCl 4 → 2 MgCl 2 + TiQuesto metodo è noto come metodo Kroll . Nel metodo Hunter (in) , utilizzando il liquido di sodio invece del magnesio come agente riducente.
Circa il 90% della produzione di TiCl 4 viene utilizzato per produrre il pigmento di biossido di titanio (TiO 2 ). La conversione prevede l' idrolisi del TiCl 4 , formando anche acido cloridrico :
TiCl 4 + 2 H 2 O → TiO 2 + 4 HClIn alcuni casi, TiCl 4 viene ossidato direttamente dall'ossigeno :
TiCl 4 + O 2 → TiO 2 + 2 Cl 2TiCl 4 è stato utilizzato nella produzione di bombe fumogene perché produce un fumo bianco pesante che sale poco nell'aria, TiCl 4 assorbe l'acqua dall'atmosfera e si idrolizza, formando acido cloridrico , facendolo - assorbendo anche più acqua per formare micro- goccioline di acido cloridrico , che, a seconda del livello di umidità, possono assorbire ancora più acqua. Inoltre, questa reazione produce biossido di titanio, un composto con un indice di rifrazione molto elevato che riflette quindi gran parte della luce. Tuttavia, a causa della corrosività di questo fumo, TiCl 4 non viene più utilizzato.
I principali rischi del tetracloruro di titanio derivano dalla sua capacità di rilasciare acido cloridrico (HCl). TiCl 4 è un acido di Lewis forte, che reagisce in modo esotermico formando addotti, anche con basi deboli come THF ed esplosivamente con acqua, emettono HCl.