Tetracloruro de titanio
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| Nombres | |
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| Nombre IUPAC Cloruro de titanio (IV) | |
| Otros nombres Tetracloruro de titanio Tetraclorotitanio | |
| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) |
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| EBICh |
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| Araña química |
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| Tarjeta informativa de la ECHA | 100.028.584 |
| Número CE |
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| Malla | Tetracloruro de titanio |
Identificador de centro de PubChem |
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| Número RTECS |
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| UNIVERSIDAD |
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| Número de la ONU | 1838 |
Panel de control CompTox ( EPA ) |
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| Propiedades | |
| TiCl4 | |
| Masa molar | 189,679 g/mol |
| Apariencia | Líquido incoloro |
| Olor | olor ácido penetrante |
| Densidad | 1,726 g/ cm3 |
| Punto de fusión | -24,1 °C (-11,4 °F; 249,1 K) |
| Punto de ebullición | 136,4 °C (277,5 °F; 409,5 K) |
| reacciona (hidrólisis exotérmica) [1] | |
| Solubilidad | soluble en diclorometano , [2] tolueno , [3] pentano [4] |
| Presión de vapor | 1,3 kPa (20 °C) |
| −54,0·10 −6 cm3 / mol | |
Índice de refracción ( n D ) | 1,61 (10,5 °C) |
| Viscosidad | 827 μPa·s |
| Estructura | |
| Tetragonal | |
| Tetraédrico | |
| 0 D | |
| Termoquímica | |
Entropía molar estándar ( S ⦵ 298 ) | 355 J·mol −1 ·K −1 [5] |
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | −763 kJ·mol −1 [5] |
| Peligros [6] | |
| Seguridad y salud en el trabajo (SST/OHS): | |
Principales peligros | Tóxico, corrosivo, reacciona con el agua para liberar HCl. |
| Etiquetado SGA : | |
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| Peligro | |
| H314 , H317 , H330 , H335 , H370 , H372 | |
| P280 , P301+P330+P331 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P308+P310 | |
| NFPA 704 (rombo cortafuegos) | |
| Ficha de datos de seguridad (FDS) | Hoja de datos de seguridad del material (MSDS) |
| Compuestos relacionados | |
Otros aniones | Bromuro de titanio (IV) Fluoruro de titanio (IV) Yoduro de titanio (IV) |
Otros cationes | Cloruro de hafnio (IV) Cloruro de circonio (IV) |
Compuestos relacionados | Cloruro de titanio (II) Cloruro de titanio (III) |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa). | |
El tetracloruro de titanio es un compuesto inorgánico con la fórmula TiCl 4 . Es un intermediario importante en la producción de titanio metálico y del pigmento dióxido de titanio . El TiCl 4 es un líquido volátil . Al entrar en contacto con el aire húmedo, forma nubes espesas de dióxido de titanio ( TiO 2 ) y ácido clorhídrico , una reacción que antiguamente se explotaba para su uso en máquinas de humo. A veces se le denomina "cosquilleo" o "cosquilleo 4", como representación fonética de los símbolos de su fórmula molecular ( TiCl 4 ). [7] [8]
Propiedades y estructura
El TiCl 4 es un líquido denso e incoloro, aunque las muestras crudas pueden ser amarillas o incluso de color marrón rojizo. Es uno de los raros haluros de metales de transición que es líquido a temperatura ambiente, siendo otro ejemplo el VCl 4 . Esta propiedad refleja el hecho de que las moléculas de TiCl 4 se autoasocian débilmente. La mayoría de los cloruros metálicos son polímeros , en los que los átomos de cloruro forman puentes entre los metales. Su punto de fusión es similar al del CCl 4 . [9] [10]
El Ti 4+ tiene una capa electrónica "cerrada", con el mismo número de electrones que el gas noble argón . La estructura tetraédrica del TiCl 4 es consistente con su descripción como un centro metálico ad 0 ( Ti 4+ ) rodeado por cuatro ligandos idénticos. Esta configuración conduce a estructuras altamente simétricas , de ahí la forma tetraédrica de la molécula. El TiCl 4 adopta estructuras similares a las del TiBr 4 y el TiI 4 ; los tres compuestos comparten muchas similitudes. El TiCl 4 y el TiBr 4 reaccionan para dar haluros mixtos TiCl 4− x Br x , donde x = 0, 1, 2, 3, 4. Las mediciones de resonancia magnética también indican que el intercambio de haluros también es rápido entre el TiCl 4 y el VCl 4 . [11]
El TiCl 4 es soluble en tolueno y clorocarbonos . Ciertos arenos forman complejos del tipo [(C 6 R 6 )TiCl 3 ] + . [12] El TiCl 4 reacciona exotérmicamente con disolventes donantes como el THF para dar aductos hexacoordinados . [13] Los ligandos más voluminosos (L) dan aductos pentacoordinados TiCl 4 L .
Producción
El TiCl 4 se produce mediante el proceso de cloruro , que implica la reducción de minerales de óxido de titanio, típicamente ilmenita ( FeTiO 3 ), con carbono bajo cloro circulante a 900 °C. Las impurezas se eliminan por destilación . [10]
- 2 FeTiO 3 + 7 Cl 2 + 6 C → 2 TiCl 4 + 2 FeCl 3 + 6 CO
La coproducción de FeCl 3 es indeseable, lo que ha motivado el desarrollo de tecnologías alternativas. En lugar de utilizar directamente la ilmenita, se utiliza "escoria de rutilo". Este material, una forma impura de TiO 2 , se deriva de la ilmenita mediante la eliminación del hierro, ya sea mediante reducción con carbón o extracción con ácido sulfúrico . El TiCl 4 crudo contiene una variedad de otros haluros volátiles, incluido el cloruro de vanadilo ( VOCl 3 ), el tetracloruro de silicio ( SiCl 4 ) y el tetracloruro de estaño ( SnCl 4 ), que deben separarse. [10]
Aplicaciones
Producción de metal de titanio
El suministro mundial de titanio metálico, unas 250.000 toneladas al año, se realiza a partir de TiCl4 . La conversión implica la reducción del tetracloruro con magnesio metálico. Este procedimiento se conoce como proceso Kroll : [14]
- 2 Mg + TiCl 4 → 2 MgCl 2 + Ti
En el proceso Hunter , el agente reductor es el sodio líquido en lugar del magnesio. [15]
Producción de dióxido de titanio
Alrededor del 90% de la producción de TiCl 4 se utiliza para fabricar el pigmento dióxido de titanio ( TiO 2 ). La conversión implica la hidrólisis de TiCl 4 , un proceso que forma cloruro de hidrógeno : [14]
- TiCl 4 + 2 H 2 O → TiO 2 + 4 HCl
En algunos casos, el TiCl 4 se oxida directamente con oxígeno :
- TiCl 4 + O 2 → TiO 2 + 2 Cl 2
Cortinas de humo
Se ha utilizado para producir cortinas de humo, ya que produce un humo blanco denso que tiene poca tendencia a elevarse. El "tickle" era el método estándar para producir efectos de humo en el plató de películas, antes de dejar de utilizarse en los años 80 debido a las preocupaciones sobre los efectos del HCl hidratado en el sistema respiratorio. [16]
Reacciones químicas
El tetracloruro de titanio es un reactivo versátil que forma diversos derivados, incluidos los que se ilustran a continuación. [17]
Alcoholisis y reacciones relacionadas
Una reacción característica del TiCl 4 es su fácil hidrólisis , que se manifiesta por la liberación de vapores de HCl y óxidos y oxicloruros de titanio . El tetracloruro de titanio se ha utilizado para crear cortinas de humo navales , ya que el aerosol de ácido clorhídrico y el dióxido de titanio que se forman dispersan la luz de manera muy eficiente. Sin embargo, este humo es corrosivo. [10]
Los alcoholes reaccionan con TiCl 4 para dar alcóxidos con la fórmula [Ti(OR) 4 ] n (R = alquilo , n = 1, 2, 4). Como lo indica su fórmula, estos alcóxidos pueden adoptar estructuras complejas que van desde monómeros a tetrámeros. Dichos compuestos son útiles en la ciencia de los materiales , así como en la síntesis orgánica . Un derivado bien conocido es el isopropóxido de titanio , que es un monómero. El bis(acetilacetonato)dicloruro de titanio resulta del tratamiento del tetracloruro de titanio con un exceso de acetilacetona : [18]
Las aminas orgánicas reaccionan con TiCl 4 para formar complejos que contienen complejos amido ( que contienen R 2 N − ) e imido ( que contienen RN 2− ). Con amoníaco se forma nitruro de titanio . Una reacción ilustrativa es la síntesis de tetrakis(dimetilamido)titanio Ti(N(CH 3 ) 2 ) 4 , un líquido amarillo soluble en benceno: [19] Esta molécula es tetraédrica, con centros de nitrógeno planos. [20]
- 4 LiN(CH 3 ) 2 + TiCl 4 → 4 LiCl + Ti(N(CH 3 ) 2 ) 4
Complejos con ligandos simples
El TiCl 4 es un ácido de Lewis , como lo implica su tendencia a hidrolizarse . Con el éter THF , el TiCl 4 reacciona para dar cristales amarillos de TiCl 4 (THF) 2 . Con sales de cloruro, el TiCl 4 reacciona para formar secuencialmente [Ti 2 Cl 9 ] − , [Ti 2 Cl 10 ] 2− (ver la figura anterior) y [TiCl 6 ] 2− . [21] La reacción de los iones de cloruro con TiCl 4 depende del contraión. [N(CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) 4 ]Cl y TiCl 4 dan el complejo pentacoordinado [N(CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) 4 ][TiCl 5 ] , mientras que un complejo más pequeño, [N(CH 2 CH 3 ) 4 ] +, da [N(CH 2 CH 3 ) 4 ] 2 [Ti 2 Cl 10 ] . Estas reacciones resaltan la influencia de la electrostática en las estructuras de compuestos con enlaces altamente iónicos.
Redox
La reducción de TiCl 4 con aluminio da como resultado una reducción de un electrón. El tricloruro ( TiCl 3 ) y el tetracloruro tienen propiedades contrastantes: el tricloruro es un sólido coloreado, al ser un polímero de coordinación , y es paramagnético . Cuando la reducción se lleva a cabo en una solución de THF , el producto Ti(III) se convierte en el aducto azul claro TiCl 3 (THF) 3 .
Química organometálica
La química organometálica del titanio comienza típicamente a partir de TiCl 4 . Una reacción importante involucra al ciclopentadienilo sódico para dar dicloruro de titanoceno , TiCl 2 (C 5 H 5 ) 2 . Este compuesto y muchos de sus derivados son precursores de los catalizadores de Ziegler-Natta . El reactivo de Tebbe , útil en química orgánica, es un derivado del titanoceno que contiene aluminio y que surge de la reacción del dicloruro de titanoceno con trimetilaluminio . Se utiliza para las reacciones de "olefinación". [17]
Los arenos , como el C 6 (CH 3 ) 6, reaccionan para formar los complejos de taburete de piano [Ti(C 6 R 6 )Cl 3 ] + (R = H, CH 3 ; véase la figura anterior). Esta reacción ilustra la alta acidez de Lewis del TiCl +3entidad, que se genera por abstracción de cloruro de TiCl 4 por AlCl 3 . [12]
Reactivo en síntesis orgánica
El TiCl 4 se utiliza ocasionalmente en síntesis orgánica , aprovechando su acidez de Lewis , su oxofilia y las propiedades de transferencia de electrones de sus haluros de titanio reducidos. Se utiliza en la adición aldólica catalizada por ácido de Lewis [22]. La clave para esta aplicación es la tendencia del TiCl 4 a activar aldehídos (RCHO) mediante la formación de aductos como (RCHO)TiCl 4 OC(H)R . [23]
Consideraciones de toxicidad y seguridad
Los peligros que presenta el tetracloruro de titanio surgen generalmente de su reacción con el agua, que libera ácido clorhídrico , que es muy corrosivo en sí mismo y cuyos vapores también son extremadamente irritantes. El TiCl 4 es un ácido de Lewis fuerte , que forma aductos exotérmicamente incluso con bases débiles como el THF y el agua.
Referencias
- ^ Eremenko, BV; Bezuglaya, TN; Savitskaya, AN; Malysheva, ML; Kozlov, IS; Bogodist, LG (2001). "Estabilidad de las dispersiones acuosas de dióxido de titanio hidratado preparado por hidrólisis de tetracloruro de titanio". Colloid Journal . 63 (2): 173–178. doi :10.1023/A:1016673605744. S2CID 93971747.
- ^ "cloruro de titanio(IV), solución 1M en diclorometano". Alfa Aesar . Consultado el 7 de marzo de 2018 .
- ^ "Solución de cloruro de titanio (IV) 1,0 M en tolueno". Sigma-Aldrich . Consultado el 7 de marzo de 2018 .
- ^ Butts, Edward H De. "patente US3021349A".
- ^ de Zumdahl, Steven S. (2009). Principios químicos (6.ª ed.). Houghton-Mifflin. pág. A23. ISBN 978-0-618-94690-7.
- ^ "Clasificaciones - Inventario CL". echa.europa.eu .
- ^ [1] Archivado el 17 de febrero de 2013 en Wayback Machine. American Chemistry Council – "Tetracloruro de titanio: un trampolín hacia una tecnología asombrosa"
- ^ "Copia archivada". Archivado desde el original el 19-03-2014 . Consultado el 10-04-2013 .
{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace ) Universidad Estatal de Iowa – “Hojas de datos de seguridad de materiales químicos” - ^ Earnshaw, A.; Greenwood, N. (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann .
- ^ abcd Heinz Sibum; Volker Güther; Oskar Roidl; Fathi Habashi; Hans Uwe Wolf; Carsten Siemers (2017). "Titanio, aleaciones de titanio y compuestos de titanio". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . Weinheim: Wiley-VCH. págs. 1–35. doi :10.1002/14356007.a27_095.pub2. ISBN 978-3-527-30673-2.
- ^ Webb, SP; Gordon, MS (1999). "Autointeracciones intermoleculares de los tetrahaluros de titanio TiX4 (X = F, Cl, Br)". J. Am. Chem. Soc. 121 (11): 2552–2560. doi :10.1021/ja983339i.
- ^ ab Calderazzo, F.; Ferri, I.; Pampaloni, G.; Troyanov, S. (1996). " Derivados de η 6 -areno de titanio (IV), circonio (IV) y hafnio (IV)". J. Organomet. Chem . 518 (1–2): 189–196. doi :10.1016/0022-328X(96)06194-3.
- ^ Manzer, LE (1982). "31. Complejos de tetra-hidroxifurano de metales de transición tempranos seleccionados". Síntesis inorgánica . Vol. 21. págs. 135-40. doi :10.1002/9780470132524.ch31. ISBN . 978-0-470-13252-4.
- ^ ab Völz, Hans G.; et al. (2006). "Pigmentos inorgánicos". Pigmentos Inorgánicos . Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.n20_n04. ISBN 978-3-527-30673-2.
- ^ Schaschke, Carl (2014). "Proceso Hunter". Diccionario de ingeniería química . Oxford University Press. doi :10.1093/acref/9780199651450.001.0001. ISBN 978-0-19-965145-0.
- ^ La Marina Real en guerra (DVD). Londres: Imperial War Museum . 2005.
- ^ ab "Reactivos de organotitanio en síntesis orgánica (Conceptos de reactividad y estructura en química orgánica, vol. 24)" Manfred T. Reetz 1986 ISBN 0-387-15784-0
- ^ Wilkie, CA; Lin, G.; Haworth, DT (1979). " Complejos de cis- [dihalobis(2,4-pentaedionato)titanio(IV)]". Síntesis inorgánicas . Vol. 19. págs. 145-148. doi :10.1002/9780470132500.ch33. ISBN . 978-0-470-13250-0.
{{cite book}}:|journal=ignorado ( ayuda ) - ^ Bradey, DC; Thomas, M. (1960). "Algunos derivados de dialquilamino de titanio y circonio". J. Chem. Soc. : 3857–3861. doi :10.1039/JR9600003857.
- ^ ME Davie; T. Foerster; S. Parsons; C. Pulham; DWH Rankin; BA Smart (2006). "La estructura cristalina del tetrakis(dimetilamino)titanio(IV)". Poliedro . 25 (4): 923–929. doi :10.1016/j.poly.2005.10.019.
- ^ Creaser, CS; Creighton, JA (1975). "Iones de pentacloro y pentabromotitanato(IV)". Dalton Trans. (14): 1402–1405. doi :10.1039/DT9750001402.
- ^ Mariappan Periasamy (2002): "Nuevos métodos sintéticos utilizando el sistema de reactivo TiCl4-NR3", Arkivoc , p. 151-166.
- ^ Gundersen, L.-L.; Rise, F.; Undheim, K. (2004). "Cloruro de titanio (IV)". En Paquette, L. (ed.). Enciclopedia de reactivos para síntesis orgánica . Nueva York, NY: J. Wiley & Sons.
Lectura general
- Holleman, AF; Wiberg, E. (2001). Química inorgánica . San Diego, CA: Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9.
- Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
Enlaces externos
- Tetracloruro de titanio: información sobre riesgos para la salud
- Base de datos de referencia estándar del NIST
- ChemSub Online: Tetracloruro de titanio
