Disulfură de titan
| Disulfură de titan | |
|---|---|
| General | |
Nume sistematic |
sulfură de titan (IV). |
| Nume tradiționale | Disulfură de titan, sulfură de titan, sulfură de titan |
| Chim. formulă | TiS 2 |
| Şobolan. formulă | S=Ti=S |
| Proprietăți fizice | |
| Stat | cristale galbene aurii |
| Masă molară | 111,997 [1] ; 112,01 g/ mol |
| Densitate | 3,37 [1] ; 3,22 g/cm³ |
| Proprietati termice | |
| Mol. capacitate termică | 55,4 J/(mol K) |
| Entalpie | |
| • educaţie | 335,2 kJ/mol |
| Proprietăți chimice | |
| Solubilitate | |
| • in apa | insolubil reacţionează cu apa fierbinte pentru a elibera hidrogen sulfurat |
| Structura | |
| Structură cristalină | sistem trigonal , grup spațial P 3 m 1, parametrii celulei a = 0,3397 nm , c = 0,5691 nm , Z = 1 |
| Clasificare | |
| Reg. numar CAS | 12039-13-3 |
| PubChem | 61544 |
| Reg. numărul EINECS | 232-223-6 |
| ZÂMBETE | S={Ti]=S |
| InChI | InChI=1S/2S.TiCFJRPNFOLVDFMJ-UHFFFAOYSA-N |
| ChemSpider | 55461 |
| Siguranță | |
| NFPA 704 |
2
unu
3[2] |
| Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel. | |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
Disulfura de titan este un compus anorganic , o sare a metalului de tranziție, titanul și acidul hidrosulfurat cu formula TiS2 , aparține grupului de dicalcogenuri ale metalelor tranziționale .
În condiții normale, cristalele de culoare galben-aurie cu un miros slab de hidrogen sulfurat , insolubile în apă, reacţionează cu apa fierbinte pentru a elibera hidrogen sulfurat.
Este folosit ca o masă catodică a surselor de curent electrochimic și a bateriilor și ca lubrifiant solid .
Obținerea
Sinteza din elemente:
.![{\displaystyle {\ce {Ti + 2S ->[{\ce {T)}] TiS2 + 335 kJ))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/11586a4586696e3aaee8970c96723bd42464a921)
Prin încălzirea unui amestec de tetraclorură de titan și vapori de hidrogen sulfurat la o temperatură ridicată, această reacție este potrivită pentru formarea de pelicule subțiri ale unei substanțe pe orice substrat, reacția se desfășoară în două etape:
![{\displaystyle {\ce {TiCl4 + H2S ->[800-850\ {\ce {^{o}C})]TiCl2S + 2HCl,))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/49a93862c8f760b22d22d52dcf856257be637289)
![{\displaystyle {\ce {TiCl2S + H2S ->[800-850\ {\ce {^{o}C)}]TiS2 + 2HCl,))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a366154485db965133c65019fa53319d320037f3)
reactie generala:
.![{\displaystyle {\ce {TiCl4 + 2H2S ->[800-850\ {\ce {^{o}C))] TiS2 + 4HCl))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ea4fcf52c8c6205d4b472efcceed98c9b1c822a5)
Acțiunea hidrogenului sulfurat asupra titanului elementar la temperatură ridicată:
.![{\displaystyle {\ce {Ti + 2H2S ->[{\ce {T)}] TiS2 + 2H2))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bcd7bb4d861e5a1adfd87ec52eb0f1df3727e6d0)
Disulfura de titan se formează și prin acțiunea sulfului topit asupra diclorurii de titan la 120°C:
.![{\displaystyle {\ce {TiOCl2 + 2S ->[120\ {\ce {^{o}C))]TiS2{}+Cl2O))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e648ff4b950288921ee95d404a97c0dfd6b47783)
Acțiunea hidrogenului sulfurat asupra tetrafluorurii de titan la o temperatură de căldură roșie:
.![{\displaystyle {\ce {TiF4 + 2H2S ->[{\ce {T)}] TiS2{}+ 4HF))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f41f3a351eec4039b731d678912ee5d5aa14d744)
Disulfura de titan se formează prin reducerea sulfatului de titan (IV) cu hidrogen :
.
Împreună cu impuritățile, disulfura de titan se obține prin trecerea unui curent foarte lent de vapori de disulfură de carbon peste dioxid de titan comprimat și uscat încălzit :
.
Disulfura de titan se formează și în timpul reducerii sulfatului de titan (IV) cu hidrogen:
.
Proprietăți chimice
Se descompune la încălzire puternică fără acces de aer:
.![{\displaystyle {\ce {2TiS2 ->[1000\ {\ce {^{o}C}}]Ti2S3 + S}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/50273632f69f9616ef102b11d1be514685f20eb1)
Se reduce atunci când este încălzit într-o atmosferă de hidrogen, mai întâi la o stare de oxidare de +3 și apoi la o stare de oxidare de +2:
.![{\displaystyle {\ce {2TiS2 + H2 ->[1000\ {\ce {^{o}C))]Ti2S3 {+}H2S,))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7e80753d968910c9983c622694765feab55c5698)
![{\displaystyle {\ce {TiS2 + H2 ->[>1000\ {\ce {^{o}C))]TiS + H2S))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9eb48e3755848e3ce6635ffe203f1b6fb3a03e2b)
Reacționează cu alcalii topiți , un exemplu de reacție cu hidroxid de potasiu pentru a forma titanat de potasiu și sulfură de potasiu :
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 6KOH ->[{\ce {T)}] K2TiO3 + 2K2S + 3H2O))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e4ac1b5f8634fc29be3e395dca84af80a7c9bcd8)
Când este încălzit, reacţionează cu dioxidul de carbon :
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 2CO2 ->[{\ce {T)}] TiO2 + 2S + 2CO))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/59b535c60a60315fc20d12e203128b4083925171)
La temperatura camerei, dioxidul de titan este rezistent la intemperii, dar cu o încălzire moderată în aer, începe să se oxideze la dioxid de titan și dioxid de sulf . Cand se incalzeste se aprinde:
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 3 O2 ->[{\ce {T)}] TiO2 + 2 SO2))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dfbd9e078dde4f865c60a9940471f391b59d3fdc)
Când reacţionează cu acid sulfuric concentrat fierbinte, se formează sulfat de titanil , sulf elementar, dioxid de sulf şi apă:
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 3 H2SO4 ->[{\ce {T)}] TiOSO4 + 2 S + 2 SO2 + 3 H2O))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c5153d8a8e05eddfd67022d64fa247dea365dd8f)
Când reacţionează cu acid azotic concentrat la rece, formează dinitrat de dihidroxid de titan , sulf, dioxid de azot şi apă:
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 6HNO3 ->[0\ {\ce {^{o}C))]Ti(NO3)2(OH)2 + 2S + 4 NO2 + 2 H2O))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c0eb21e952c353157de51f9c9ba3b1fb26599509)
Reacția de interacțiune cu acidul clorhidric concentrat formează tetraclorodiacuatitan și hidrogen sulfurat:
.
Reducerea cu un metal activ la titan elementar într-o atmosferă inertă, cum ar fi argonul , metalul activ este oxidat la sulfura corespunzătoare:
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 2 Ca ->[1000\ {\ce {^{o}C))] 2 CaS + Ti,))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/87fc96a999f5227c721c3401cd669076d1990601)
Proprietăți fizice
Disulfura de titan în condiții normale este de culoare galben-aurie, de culoare „bronz”, cristale mici solzoase, cristalele mari au o culoare aurie cu o tentă verzuie, în formă fină după sublimare - pulbere maro [3] [4] . Diamagnetic .
Datorită interacțiunii cu vaporii de apă, aerul are un ușor miros de hidrogen sulfurat. Nu se dizolvă în apă rece. Reactioneaza lent cu apa fierbinte. Inflamabil, cu încălzire puternică în aer, se aprinde, eliberând dioxid de sulf [5] .
Cristalizează în sistemul trigonal , grupa spațială P 3 m 1, parametrii celulei a = 0,3397 nm , c = 0,5691 nm , Z = 1 . Are o structură cristalină stratificată de tip iodură de cadmiu .
La 1470 °C, disulfura suferă o transformare polimorfă [6] .
Atomii de sulf sunt aranjați spațial într-o împachetare strânsă hexagonală . La fiecare 2 straturi plate de atomi de sulf există un strat plat de atomi de titan situat în cavitățile octaedrice . Forțele de coeziune Van der Waals dintre două straturi adiacente de atomi de sulf sunt mici, iar între straturi poate apărea o alunecare ușoară, similară cu alunecarea straturilor de atomi de carbon dintr-un cristal de grafit .
Capacitatea termică a disulfurei de titan la 25 °C este de 16,23 cal/(K mol) sau 55,4 J/(K mol).
Căldura standard de formare a disulfurei de titan este de 80 kcal/mol.
Densitatea disulfurei de titan la 25 °C este de 3,22 g/cm3 .
Disulfura de titan este un semiconductor cu o conductivitate de tip electronic cu o concentrație de purtător de sarcină de ~10 21 cm 3 [7] și are o conductivitate electrică ridicată caracteristică semimetalelor .
Conductivitatea electrică ridicată, împreună cu celelalte proprietăți ale sale, determină utilizarea substanței în masele catodice ale bateriilor litiu-ion . Pentru a crește conductivitatea electrică a masei catodului din baterii, acesta este amestecat cu funingine sau grafit [8] .
Disulfura de titan, ca și grafitul, poate intercala și deintercala reversibil în structura sa cristalină unii atomi și molecule între straturi de atomi de sulf, deoarece aceste straturi sunt slab legate de forțele van der Waals , de exemplu, atomii de metale alcaline , amoniac , hidrazină , amide acide . [9] , în timp ce există o „umflare” a rețelei cristaline cu o creștere a distanței dintre straturile cristaline ale atomilor. Disulfura de titan este adesea folosită ca masă catodică în bateriile litiu-ion, iar intercalarea litiului în acest compus este cea mai studiată.
Intercalarea litiului poate fi descrisă simplist ca o reacție redox :
unde pot lua valori de la 0 la 1.
Compusul este de obicei scris sub formă ionică . Această proprietate a substanței stă la baza utilizării sale ca masă catodică a unei baterii ca dispozitiv de stocare pentru ioni de litiu. Când bateria este descărcată, ionii sunt introduși în cristalul de disulfură de titan. La descărcare, are loc procesul invers.
Aplicație
Este folosit ca o masă catodică a surselor de curent electrochimic și a bateriilor și ca lubrifiant solid .
Securitate
Conform GOST 12.1.005-88, disulfura de titan aparține clasei de pericol III - substanțe cu un grad moderat de pericol. Concentrația maximă admisă a unei substanțe sub formă de aerosol în aerul spațiilor industriale este de 6 mg/m 3 [10] . Este necesară depozitarea cu precauții, deoarece substanța este capabilă de ardere spontană.
Note
- ↑ 1 2 Volkov A.I., Zharsky I.M. Big chemical reference book / A.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Minsk: Şcoala modernă, 2005. - 608 cu ISBN 985-6751-04-7.
- ↑ Datenblatt Titan(IV)-sulfid bei AlfaAesar, abgerufen am 23. August 2011 ( PDF ).
- ↑ Dioxid de titan
- ↑ Holleman AF, Wiberg E., Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91-100, verbesserte und stark erweiterte Auflage. de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3 , S. 1065.
- ↑ Eintrag zu Titan(IV)-sulfid bei ChemicalBook, abgerufen am 19. septembrie 2011.
- ↑ Dioxid de titan TiO2
- ↑ Merentsov A.I.Structura și proprietățile soluțiilor solide de substituție CrxTi1-xX2 Cr x Ti 1-x X 2 (X = S, Se, Te).
- ↑ Bateriile cu litiu și materialele catodice Whittingham MS . Chim. Rev. 104 (2004) 4273
- ↑ Brauer Georg (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler ua: Handbuch der Praparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band II, Ferdinand Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3 , S. 1371.
- ↑ http://www.engineeringresurs.ru/sites/default/files/gost_12_1_005_88.pdf GOST 12.1.005-88. Sistemul standardelor de securitate a muncii. Cerințe generale sanitare și igienice pentru aerul din zona de lucru.
Literatură
- Enciclopedia chimică / Colegiul editorial: Knunyants I. L. și colab. - M . : Enciclopedia sovietică, 1995. - T. 4. - 639 p. — ISBN 5-82270-092-4 .
- Manualul unui chimist / Colegiul editorial: Nikolsky B.P. et al. - Ed. a II-a, corectat. - M. - L .: Chimie, 1966. - T. 1. - 1072 p.
- Manualul unui chimist / Colegiul editorial: Nikolsky B.P. și alții. - Ed. a III-a, Rev. - L . : Chimie, 1971. - T. 2. - 1168 p.
- Ripan R., Chetyanu I. Chimie anorganică. Chimia metalelor. - M . : Mir, 1972. - T. 2. - 871 p.
- Tao, Y.; Wu, X.; Zhang, Y.; Dong, L.; Zhu, J.; Hu, Z. (2008). „Sinteza asistată de suprafață a plăcilor hexagonale la scară micro și a modelelor asemănătoare unei flori ale disulfurei de titan monocristalin și proprietățile lor de emisie în câmp”. Creșterea și designul cristalului . 8 (8): 2990-2994. DOI : 10.1021/cg800113n .
- Zhang, Y.; Li, Z.; Jia, H.; Luo, X.; Xu, J.; Zhang, X.; Yu, DJ (2006). „Creșterea mustaților TiS 2 printr-o metodă simplă de depunere chimică-vapor”. Journal of Crystal Growth . 293 (1): 124-127. DOI : 10.1016/j.jcrysgro.2006.03.063 .