1.2 Химические свойства титана

При обычной температуре титан в компактном виде (т.е. в форме слитков, толстой проволоки и т.д.) на воздухе коррозионно-устойчив. Титан химически устойчив во многих агрессивных средах. В частности, титан устойчив против действия растворов сульфатов, хлоридов, морской воды. В НNO₃ он пассивируются.

Это объясняется образованием на поверхности гонкой, но сплошной и плотной защитной пленки оксида TiO₂. В порошкообразном состоянии металл пирофорный (пирофорность — способность твёрдого материала в мелкораздробленном состоянии к самовоспламенению на воздухе при отсутствии нагрева).

При нагревании пленка разрушается, и активность металлов заметно возрастает. Так, в атмосфере кислорода металл загорается лишь при температуре белого каления (1000 °С), превращаясь в порошок оксида ТiО₂.

Реакции с азотом и водородом протекают примерно при тех же температурах, но гораздо медленнее, при этом образуются нитрил TiN и гидриды TiH_x (х=1 - 4)

Ti + N₂ →TiN

Ti + H₂ → TiH₄

Площадь поверхности металла существенно влияет на скорость реакций окисления: тонкие стружки титана ярко вспыхивают яри внесении в пламя, а очень мелкие порошки пирофорны и на воздухе самовоспламеняются.

Реакция с галогенами начинается при слабом нагревании и, как правило, сопровождаетея выделением значительного количества теплоты, при этом всегда образуются тетрагалогениды TiГ₄. Лишь взаимодействие с йодом требует более высоких (200 °С) температур.

Металл имеет отрицательный стандартный электродный потенциал и должен выделять водород из волы поскольку Е°₂₉₈ (Н⁺/H₂) при рН 7 равен - 0,414 В. Однако образование защитного оксидного слоя кине­тически тормозит реакцию:

Ti + 2H₂О → ТiO₂+ 2Н₂

которая с заметной скоростью протекает лишь при высоких (более 800°С) температурах.

Титан при нагревании реагирует с соляной и разбавленной серной кислотами с выделением водорода и образованием солей титана (III) (Е°₂₉₈(Ti^3+/Ti⁰) = = -1,21 В):

2Ti + 6НС1→2TiCl₃ + ЗН₂

Титан при нагревании растворяется в соляной кислоте, образуя в восстановительной атмосфере аквакомплексы:

2Ti + 6H₃O⁺ + 6Н₂O = 2[Тi(H₂O)₆]³⁺ + ЗН₂

Ti3+ + Зе = Ti, φ°298 = - 1,23 В

Мелкораздробленный Ti относительно легко растворяется во фтороводородной кислоте:

Ti + 6HF = H₂[TiF₆] + 2Н₂

Взаимодействие с соляной кислотой протекает гораздо энергичнее, чем с серной кислотой такой же концентрации, что объясняется образованием растворимых хлоридных комплексов.

Титан растворяется также в концентрированной плавиковой кислоте с образованием зеленых растворов. Высказано предположение, что ионы Ti под действием фторид-ионов диспропорционируют:

2Ti³⁺ + 6F^- = [TiF₆] + Ti²⁺

а зеленая окраска обусловлена неустойчивыми аквакомплексами титана (II):

2Ti + 6HF = [TiF₆]^2- + Ti²⁺ + ЗН2

На воздухе раствор медленно окисляется, становясь сначала красно-бурым (Ti(III)), а затем обесцвечиваясь (Ti(IV)). Суммарная реакция, таким образом, имеет вид:

Ti + 6HF + O₂ = H₂[TiF₆] + 2H₂O

При взаимодействии с олеумом образуется сульфат титана(IV) и выделяется сернистый газ:

Ti + 4H₂S₂O₇ = Ti(SO₄)₂ + 2SO₂ + 4H₂SO₄

При нагревании порошок титана медленно растворяется в концентрированных расгворах и расплавах щелочей:

Ti + 2NaOH + Н₂O = Na₂TiO₃ + 2Н₂

Концентрированная HNO₃ повышает коррозионную стойкость металлов, способствуя образованию защитной пленки.

При средних температурах (до 35 °С) титан стоек в растворах фосфорной кислоты концентрации до 30%. При 100 °С титан начинает корродировать в Н₃PO₄ 3%-й концентрации.

Характер зависимости скорости растворения титана oт концентрации серной кислоты имеет сложный характер. Отмечается два максимума скорости растворения при концентрациях 40% и 75%. Исследователи связывают гакое явление с изменением физико-химическич свойств и злектропроволности в системе H₂SO₄ – Н₂О.

Сухой газообразный хлор вызывает сильную коррозию титана, так что возникает опасноть воспламенения. При наличии в хлоре даже незначительных следов влаги порядка 0,005%, коррозия титана в хлоре прекращается.