Titaanidisulfidi
| Titaanidisulfidi | |
|---|---|
| Kenraali | |
| Systemaattinen nimi |
Titaanisulfidi (IV). |
| Perinteiset nimet | Titaanidisulfidi, titaanisulfidi, titaanisulfidi |
| Chem. kaava | TiS 2 |
| Rotta. kaava | S=Ti=S |
| Fyysiset ominaisuudet | |
| Osavaltio | kullankeltaisia kiteitä |
| Moolimassa | 111 997 [1] ; 112,01 g/ mol |
| Tiheys | 3,37 [1] ; 3,22 g/cm³ |
| Lämpöominaisuudet | |
| Mol. lämpökapasiteetti | 55,4 J/(mol K) |
| Entalpia | |
| • koulutus | 335,2 kJ/mol |
| Kemiallisia ominaisuuksia | |
| Liukoisuus | |
| • vedessä | liukenematon reagoi kuuman veden kanssa vapauttaen rikkivetyä |
| Rakenne | |
| Kristallirakenne | trigonaalijärjestelmä , avaruusryhmä P 3 m 1, kennoparametrit a = 0,3397 nm , c = 0,5691 nm , Z = 1 |
| Luokitus | |
| Reg. CAS-numero | 12039-13-3 |
| PubChem | 61544 |
| Reg. EINECS-numero | 232-223-6 |
| Hymyilee | S={Ti]=S |
| InChI | InChI = 1S/2S.TiCFJRPNFOLVDFMJ-UHFFFAOYSA-N |
| ChemSpider | 55461 |
| Turvallisuus | |
| NFPA 704 |
2
yksi
3[2] |
| Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita. | |
| Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa | |
Titaanidisulfidi on epäorgaaninen yhdiste , siirtymämetallititaanin ja vetysulfidihapon suola, jonka kaava on TiS2 , kuuluu siirtymämetallidikalkogenidien ryhmään .
Normaaleissa olosuhteissa kullankeltaiset kiteet, joissa on heikko rikkivedyn tuoksu , veteen liukenemattomat, reagoivat kuuman veden kanssa vapauttaen rikkivetyä.
Sitä käytetään sähkökemiallisten virtalähteiden ja akkujen katodimassana sekä kiinteänä voiteluaineena .
Haetaan
Synteesi alkuaineista:
.![{\displaystyle {\ce {Ti + 2S ->[{\ce {T))] TiS2 + 335 kJ))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/11586a4586696e3aaee8970c96723bd42464a921)
Kuumentamalla titaanitetrakloridin ja vetysulfidihöyryjen seosta korkeassa lämpötilassa tämä reaktio soveltuu aineen ohuiden kalvojen muodostamiseen mille tahansa alustalle, reaktio etenee kahdessa vaiheessa:
![{\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)
kokonaisreaktio:
.![{\displaystyle {\ce {TiCl4 + 2H2S ->[800-850\ {\ce {^{o}C))] TiS2 + 4HCl))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ea4fcf52c8c6205d4b472efcceed98c9b1c822a5)
Rikkivedyn vaikutus alkuainetitaaniin korkeassa lämpötilassa:
.![{\näyttötyyli {\ce {Ti + 2H2S ->[{\ce {T))] TiS2 + 2H2))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bcd7bb4d861e5a1adfd87ec52eb0f1df3727e6d0)
Titaanidisulfidia muodostuu myös sulan rikin vaikutuksesta titaanidikloridiin 120 °C:ssa:
.![{\displaystyle {\ce {TiOCl2 + 2S ->[120\ {\ce {^{o}C))]TiS2{}+Cl2O))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e648ff4b950288921ee95d404a97c0dfd6b47783)
Действием сероводорода на тетрафторид титана при температуре красного каления:
.![{\displaystyle {\ce {TiF4 + 2H2S ->[{\ce {T))] TiS2{}+ 4HF))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f41f3a351eec4039b731d678912ee5d5aa14d744)
Titaanidisulfidi muodostuu pelkistämällä titaani(IV)sulfaatti vedyllä :
.
Yhdessä epäpuhtauksien kanssa titaanidisulfidia saadaan johtamalla erittäin hidas hiilidisulfidihöyryn virta kuumennetun puristetun ja kuivatun titaanidioksidin yli :
.
Titaanidisulfidia muodostuu myös pelkistäessä titaani(IV)sulfaattia vedyllä:
.
Kemialliset ominaisuudet
Hajoaa voimakkaassa kuumennuksessa ilman pääsyä ilmaan:
.![{\displaystyle {\ce {2TiS2 ->[1000\ {\ce {^{o}C}}]Ti2S3 + S}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/50273632f69f9616ef102b11d1be514685f20eb1)
Se pelkistyy, kun sitä kuumennetaan vetyatmosfäärissä, ensin hapetustilaan +3 ja sitten hapetustilaan +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)
Reagoi sulaneiden alkalien kanssa, esimerkki reaktiosta kaliumhydroksidin kanssa muodostaen kaliumtitanaattia ja kaliumsulfidia :
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 6KOH ->[{\ce {T))] K2TiO3 + 2K2S + 3H2O))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e4ac1b5f8634fc29be3e395dca84af80a7c9bcd8)
Kuumennettaessa se reagoi hiilidioksidin kanssa :
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 2CO2 ->[{\ce {T))] TiO2 + 2S + 2CO))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/59b535c60a60315fc20d12e203128b4083925171)
Huoneenlämmössä titaanidioksidi on säänkestävää, mutta maltillisesti ilmassa kuumentuessaan se alkaa hapettua titaanidioksidiksi ja rikkidioksidiksi . Kun se lämpenee, se syttyy:
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 3 O2 ->[{\ce {T))] TiO2 + 2 SO2))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dfbd9e078dde4f865c60a9940471f391b59d3fdc)
Kun reagoidaan kuuman väkevän rikkihapon kanssa , muodostuu titanyylisulfaattia , alkuainerikkiä, rikkidioksidia ja vettä:
.![{\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)
Kun se reagoi kylmän väkevän typpihapon kanssa, se muodostaa titaanidihydroksididinitraattia , rikkiä, typpidioksidia ja vettä:
.![{\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)
Vuorovaikutusreaktio väkevän suolahapon kanssa muodostaa tetraklooridiakvatitaania ja rikkivetyä:
.
Pelkistys aktiivisella metallilla alkuainetitaaniksi inertissä ilmakehässä, kuten argonissa , aktiivinen metalli hapetetaan vastaavaksi sulfidiksi:
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 2 Ca ->[1000\ {\ce {^{o}C))] 2 CaS + Ti,))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/87fc96a999f5227c721c3401cd669076d1990601)
Fysikaaliset ominaisuudet
Titaanidisulfidi on normaaleissa olosuhteissa kullankeltaisia, "pronssia" väriltään hilseileviä pieniä kiteitä, suurilla kiteillä on kultainen väri vihertävällä sävyllä, hienossa muodossa sublimoinnin jälkeen - ruskea jauhe [3] [4] . Diamagneettinen .
Vuorovaikutuksesta vesihöyryn kanssa ilmassa on lievä rikkivedyn haju. Ei liukene kylmään veteen. Reagoi hitaasti kuuman veden kanssa. Syttyvä, kuumentuessaan voimakkaasti ilmassa, se syttyy ja vapauttaa rikkidioksidia [5] .
Kiteytyy trigonaalijärjestelmässä , avaruusryhmä P3 m1 , kennoparametrit a = 0,3397 nm , c = 0,5691 nm , Z = 1 . Siinä on kerrostettu kadmiumjodidityyppinen kiderakenne .
1470 °C:ssa disulfidi käy läpi polymorfisen muutoksen [6] .
Rikkiatomit ovat avaruudellisesti järjestetty kuusikulmaiseen tiiviiseen tiivisteeseen . Joka 2 tasaista rikkiatomikerrosta on tasainen kerros titaaniatomeja, jotka sijaitsevat oktaedrisissä onteloissa. Van der Waalsin koheesiovoimat kahden vierekkäisen rikkiatomikerroksen välillä ovat pieniä ja kerrosten välillä voi tapahtua kevyttä liukumista, joka on samanlainen kuin hiiliatomikerrosten liukuminen grafiittikiteessä .
Titaanidisulfidin lämpökapasiteetti 25 °C:ssa on 16,23 cal/(K mol) tai 55,4 J/(K mol).
Titaanidisulfidin normaali muodostumislämpö on 80 kcal/mol.
Titaanidisulfidin tiheys 25 °C:ssa on 3,22 g/cm3 .
Titaanidisulfidi on puolijohde , jonka johtavuus on elektroninen ja jonka varauksenkantajapitoisuus on ~10 21 cm 3 [7] ja jolla on korkea puolimetallien sähkönjohtavuus .
Korkea sähkönjohtavuus yhdessä muiden ominaisuuksiensa kanssa määrää aineen käytön litiumioniakkujen katodimassassa . Akkujen katodimassan sähkönjohtavuuden lisäämiseksi se sekoitetaan noen tai grafiitin kanssa [8] .
Titaanidisulfidi, kuten grafiitti, voi reversiibelisti interkaloida ja deinterkaloida kiderakenteeseensa joitain rikkiatomikerrosten välisiä atomeja ja molekyylejä, koska nämä kerrokset ovat heikosti yhteydessä van der Waalsin voimilla , esimerkiksi alkalimetalliatomit , ammoniakki , hydratsiini , happoamidit [9] , kun taas kidehila "turpoaa" atomikidekerrosten välisen etäisyyden kasvaessa. Titaanidisulfidia käytetään usein katodimassana litiumioniakuissa, ja litiumin interkaloituminen tähän yhdisteeseen on tutkituin.
Litiumin interkalaatio voidaan yksinkertaistetusti kuvata redox-reaktioksi :
missä voi saada arvot välillä 0 - 1.
Yhdiste kirjoitetaan yleensä ionisessa muodossa . Tämä aineen ominaisuus on perusta sen käytölle akun katodimassana litiumionien säilytyslaitteena. Kun akku on tyhjä, ionit syötetään titaanidisulfidikiteeseen. Purkattaessa tapahtuu käänteinen prosessi.
Sovellus
Sitä käytetään sähkökemiallisten virtalähteiden ja akkujen katodimassana sekä kiinteänä voiteluaineena .
Turvallisuus
GOST 12.1.005-88:n mukaan titaanidisulfidi kuuluu vaaraluokkaan III - aineisiin, joilla on kohtalainen vaara. Aerosolin muodossa olevan aineen suurin sallittu pitoisuus teollisuustilojen ilmassa on 6 mg/m 3 [10] . Varastointi vaaditaan varotoimia noudattaen, koska aine voi syttyä itsestään.
Muistiinpanot
- ↑ 1 2 Volkov A.I., Zharsky I.M. Suuri kemiallinen hakuteos / A.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Minsk: Moderni koulu, 2005. - 608, ISBN 985-6751-04-7.
- ↑ Datenblatt Titan(IV)-sulfid bei AlfaAesar, abgerufen 23. elokuuta 2011 ( PDF ).
- ↑ Titaanidioksidi
- ↑ Holleman AF, Wiberg E., Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91-100, verbesserte und stark erweiterte Auflage. de Gruyter, Berliini 1985, ISBN 3-11-007511-3 , S. 1065.
- ↑ Eintrag zu Titan(IV)-sulfid bei ChemicalBook, abgerufen 19. syyskuuta 2011.
- ↑ Titaanidioksidi TiO 2
- ↑ Merentsov A.I. Kiinteiden substituutioliuosten rakenne ja ominaisuudet CrxTi1-xX2 Cr x Ti 1-x X 2 (X = S, Se, Te).
- ↑ Whittingham MS -litiumparistot ja katodimateriaalit. Chem. Rev. 104 (2004) 4273
- ↑ Brauer Georg (Hrsg.), 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. Työturvallisuusstandardijärjestelmä. Yleiset saniteetti- ja hygieniavaatimukset työalueen ilmalle.
Kirjallisuus
- Chemical Encyclopedia / Toimituslautakunta: Knunyants I. L. et al. - M. : Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - 639 s. — ISBN 5-82270-092-4 .
- Kemistin käsikirja / Toimituslautakunta: Nikolsky B.P. et al. - 2. painos, korjattu. - M. - L .: Kemia, 1966. - T. 1. - 1072 s.
- Kemistin käsikirja / Toimituslautakunta: Nikolsky B.P. ja muut - 3. painos, Rev. - L .: Chemistry, 1971. - T. 2. - 1168 s.
- Ripan R., Chetyanu I. Epäorgaaninen kemia. Metallien kemia. - M . : Mir, 1972. - T. 2. - 871 s.
- Tao, Y.; Wu, X.; Zhang, Y.; Dong, L.; Zhu, J.; Hu, Z. (2008). "Yksikiteisen titaanidisulfidin mikromittakaavan kuusikulmaisten levyjen ja kukkamaisten kuvioiden pinta-avusteinen synteesi ja niiden kenttäpäästöominaisuudet". Crystal Growth & Design . 8 (8): 2990-2994. DOI : 10.1021/cg800113n .
- Zhang, Y.; Li, Z.; Jia, H.; Luo, X.; Xu, J.; Zhang, X.; Yu, DJ (2006). "TiS 2 -viskien kasvu yksinkertaisella kemiallisella höyrypinnoitusmenetelmällä". Journal of Crystal Growth . 293 (1): 124-127. DOI : 10.1016/j.jcrysgro.2006.03.063 .