Электрохимические свойства титана

Координационное число - число ближайших к данному атому соседних атомов в кристаллической решётке (атомной структуре кристалла) или молекул в молекулярных кристаллах. Если центры этих ближайших соседей соединить друг с другом прямыми линиями, то получится плоская фигура или многогранник, называемые координационными. Координационное число, главным образом, определяется электронным строением центрального атома (числом свободных орбиталей, участвующих в комплексообразовании), но иногда зависит и от природы лиганда. Лиганд – нейтральная молекула или отрицательно заряженный анион (ацидолиганд), имеющие неподеленную электронную пару. У титана координационное число может быть 12, 6 , 6.

Потенциал ионизации - величина, определяемая отношением энергии, необходимой для отрыва электрона от атома (молекулы, иона), к заряду электрона. Характеризует прочность связи электрона в атомной системе. Чтобы перевести Ti⁰ в Ti⁺¹ требуется потенциал ионизации 6,83 эВ, и электронная конфигурация титана из 1s ²2s ²2p ⁶3s ²3p⁶ 3d² 4s² преобразуется в 1s ²2s ²2p ⁶3s ²3p⁶3d²4s¹, а чтобы перевести Ti⁺² в Ti⁺³ требуется потенциал ионизации 28,14 эВ, и электронная конфигурация изменяется с 1s ²2s ²2p ⁶3s ²3p⁶3d¹ на 1s ²2s ²2p ⁶3s ²3p⁶, чтобы перевести Ti⁺³ в Ti⁺⁴ требуется потенциал ионизации 43,24 эВ, и электронная конфигурация изменяется с 1s ²2s ²2p ⁶3s ²3p⁵ на 1s ²2s ²2p ⁶3s ². Таким образом, общий потенциал ионизации титана будет 6,83+28,14+43,24=78,21 эВ.

По строению атома Ti ближе к Fe, чем к Si и А1, в ионизированном состоянии (без d -электронов) - к Mg²⁺ и А1³⁺; сходную сферическую конфигурацию имеют также d⁵ и d¹⁰-металлы. Химически Ti сходен с Fe³⁺, А1³⁺ и другими элементами гидролизатами (Zr, Nb, Та и др.). Титан является амфотерным элементом переменной вален­тности в природе (в основном Ti³⁺, Ti⁴⁺), комплексообразующим силикатофильным металлом. В корах выветривания типично образование гелей гидроксида титана.

В обычных земных условиях Ti может считаться элементом пос­тоянной валентности. Наиболее распространен в земной коре Ti⁴⁺ из-за легкого окисления Ti³⁺ и Ti²⁺.

Основные минералы титана

В эндогенных процессах Ti образует собственные минералы и примесь в породообразующих оксидах и оксосолях, а в экзогенных процессах встречается главным образом в виде собственных минера­лов. Общее число установленных титановых минералов (на 1990 г.) превысило 150, из них 72 силиката, 55 оксидов, в том числе 21 титанат. Остальные минералы Ti гораздо менее распространены. Наиболее часто встречаются ильменит FeTiO₃ (чистый содержит 52,66 % TiO₂) с разновидностями: Mn-пиромофанит (NnTiO₃, Mg-гейкилит (MgTiO₃), изоструктурными с FeTiO₂ и промежуточными членами (манганильменит, прикроильменит и др.); известны разновидности, содержащие уран, - давидит, Fe-Pb-пирофанит и др.

В настоящее время известно 214 минералов титана, в которых он является одним из главных компонентов; из них 85 относятся к оксидным титановым минералам, около 100 составляют группу силикатов, два – нитрида, четыре – бората, один – карбонат, четыре – фосфата и три – арсената.

В породообразующих минералах титан концентрируется в основном в темноцветных силикатах. К минералам титана, образующим месторождения, относятся ильменит (FeTiO3)- (43,7—52,8 % TiO2), рутил(TiO2)-(94,2-99,0 %), анатаз-, лейкоксен-(56,3-96,4 %), сфен, лопарит-(38,3-41,0 %), сфен, титанит-(CaTi(SiO4)(O,OH,F)-(33,7-40,8 %), перовскит и другие, но главное промышленное значение имеют первые четыре минерала. Наиболее перспективны высокотитанистые титаномагнетиты, содержащие более 16% TiO_2.