氯化钛
钛的主要化合物之一
氯化钛( tetrachloride)又称四氯化钛,是钛的主要化合物之一,是具有刺鼻酸臭味的无色至淡黄色发烟液体,摩尔质量为189.7g/摩尔,密度为1.726g/cm3,熔点为-24℃,沸点为136.4℃。氯化钛遇水或高温发生分解,并且其很活泼,可与许多元素和化合物发生反应,如与碱金属钠、硫化氢以及甲烷等反应。
氯化钛通常是由二氧化钛和碳在高温下进行氯化的方法而制得。在工业方面,其可用于合成原料、溶剂以及催化剂,另外可用于制造虹彩膜和在皮革染色过程中做媒染剂等。由于四氯化钛生产的发展和成本的降低,在建筑工程中可把它用作装饰材料;在军事上,可用于制造烟雾剂以及照明弹等。
氯化钛属于高等毒类,具有强腐蚀性和强刺激性,可引起局部灼伤、化学性结膜炎、角膜炎、角膜混浊,亦可引起上呼吸道炎症及肺炎
相关历史
1887年,瑞典化学家尼尔森(Lars Nilson)和彼特森(Peterson)设法制取了氯化钛,并在一个密封的钢瓶中,用还原四氯化钛,得到了一种含钛约95%的物质。由于四氯化钛的分子式TiCl4与英语单词“tickle”发音类似,西方人常将四氯化钛称为tickle(挠痒痒)。
1910年,美国化学家亨特(Matthew Hunter)借鉴尼尔森和彼特森的方法,在尽可能净化四氯化钛和金属钠的方法下制成了纯度高达99.9%的钛粉。后来1925年,荷兰科学家范阿克尔(A.E.Van Arkel)和德博尔(J.H.De Boer)在一根加热的钨丝上还原四氯化钛,得到了高纯度的钛。但是,在工业生产中,因四氯化钛导致的人员伤亡事件也时有发生。如1992年,英国学者奇特卡拉(DK Chitkara)和麦克尼拉(BJ McNeela)曾报道8例四氯化钛导致的烧伤病例。
理化性质
物理性质
氯化钛摩尔质量为189.7g/摩尔,是具有刺鼻酸臭味的无色至淡黄色发烟液体,密度为1.726g/cm3(液体),熔点为-24℃,沸点为136.4℃,折射率为1.61(10.5℃),蒸气压为1.33kPa(21.3℃),黏度为0.079cP,具有腐蚀性,溶于冷水,大多数有机溶剂稀盐酸
化学性质
氯化钛对热稳定性很好,加热到2300℃以上才部分分解,加热到4700℃以上才能完全分解。但是,TiCl4是很活泼的化合物,它可与许多元素和化合物发生反应。
水解
氯化钛的蒸汽在湿空气中水解并生成浓厚的白烟。
如果在较高温度下,氯化钛则和水生成二氧化钛
热分解
氯化钛对热稳定性很好,加热到2300℃以上才部分分解,加热到4700℃以上才能完全分解。
与非金属单质反应
在灼热的情况下干燥的气态TiCl4可与氢气反应。
在600~1000℃下,氯化钛可被氧气氧化成
与氯化钛发生取代反应
与金属反应
可以从氯化钛中置换出钛粉
铝粉活化研磨后,在136℃的温度下雨氯化钛反应生成三氯化钛
将氯化钛通过用电极加热的粉末钛床生成二氯化钛,二氯化钛与过量的氯化钛反应生成三氯化钛。
与氧化物及硫化物反应
氯化钛与赤热的金属氧化物发生交换反应,生成TiO2和相应的金属氯化物
气体TiCl4与加热的TiO2反应可生成氯二氧化钛
氯化钛与加热的金属硫化物生成TiS2。
与氢化物反应
在420℃时氢化钠可将TiCl4还原为钛粉
液体TiCl4与液体H2S混合生成褐色2TiCl4·H2S沉淀,在低温反应生成黄色化合物TiCl4·H2S 和 TiCl4·2H2S沉淀。
在加热条件下,氯化钛可被硫化氢还原为三氯化钛二氯化钛
沸腾的氯化钛与硫化氢反应生成硫氯化钛。
氯化钛与浓硫酸反应生成硫酸氯钛。
氯化钛与稀硫酸反应时,生成硫酸氧钛
与有机物反应
氯化钛与甲烷乙烷、丙)在常温下不发生反应,在800~1400℃下并有催化剂存在时,反应生成TiC。
液体氯化钛可溶解烃类化合物,但不发生反应。
TiCI4与乙烯在100℃发生聚合,也可与丙烯、丁烯、氯乙烯发生聚合反应;与1-氯丙烯开始反应生成沉淀,当TiCl4浓度提高时沉淀消失,呈黄色溶液。TiCl4与环烷烃可混合,不发生反应,但可与环戊烷发生激烈的反应。
氯化钛与醇类化合物(如甲醇乙醇丙醇、丁醇等)开始反应生成分子化合物,然后氯化钛中的三个氯原子逐渐被烷氧基所取代,其过程顺序如下:
氯化钛与甲酸发生取代反应,其中氯化钛中的三个Cl-逐渐被甲酰氧基所取代。
氯化钛也可与冰醋食用醋酸)反应:
TiCl4与丙酸反应时,开始生成黄色溶液,然后出现油层,同时生成1-氯丙烯,并析出氯化氢
除上述反应,氯化钛还可与苯酚发生激烈反应,生成栗色产物,并析出氯化氢;其与芳香醇也有类似反应;与二甲醚乙醚等反应生成分子化合物TiCl4·OR和TiCl4·2OR2;与丙酮二酮及其他发生激烈反应,生成化合产物,与芳香酮反应则生成分子化合物,如与乙苯酮生成红色化合物TiCl4·CH3COC6H5。
应用领域
工业领域
氯化钛是钛及其化合物生产过程中的重要中间产品,为钛工业生产的重要原料,并有着广泛的用途。如它是生产钛粉二氧化钛三氯化钛、钛酸及其衍生物等钛有机化合物的原料。其中用四氯化钛制取金属钛要比还原氧化钛制取金属钛简单,用四氯化钛可以制得杂质含量最少的可煅钛,制取方法有镁热法(用镁还原四氯化钛)、钠热法(用钠还原四氯化钛)和电化学法,在工业生产上最成熟和应用最广的是镁热还原四氯化钛的方法。
氯化钛也是溶解合成树脂、橡胶、塑料等多种有机物的良好溶剂,同时还可用作乙烯聚合催化剂的重要组分以及用于制造颜料。如在油漆颜料工业中利用四氯化钛制取二氧化钛。当四氯化钛溶液与氨和硫酸作用时生成复盐(NH4)2SO4·TiOSO4·2H2O,由此复盐能制得适于合成宝石的轻质二氧化钛。此外,其还可在纺织工业和皮革染色中作为媒染剂,以及用于制造装饰玻璃和人造珍珠用的虹彩膜等。
建筑领域
由于氯化钛生产的发展和成本的降低,在建筑工程中可把它用作装饰材料。可以采用机械抛光、阳极氧化、热浸蚀以及镀等等的方法来改进装饰物表面及造型和使色调多样化。
军事领域
氯化钛可用于制造国防上用的烟雾剂。烟雾病的生成是由于氯化钛被空气中的蒸汽水合和水解的结果,并且有氨存在时能大大强化烟雾的生成过程。其也可以用于照明弹的生产。
毒性
氯化钛属高毒类。
对动物的影响
氯化钛粉尘在潮湿空气中水解形成TiCI(OH)3和TiCl2(OH)2,能深入肺深部进一步水解为HCI而产生有害作用。小鼠吸入2小时最低致死量为10mg/m3。肺是主要滞留器官,狗吸入四氯化钛粉尘后数小时由于严重支气管炎肺气肿而致呼吸困难,并可引起虚脱死亡。
对人类的影响
氯化钛毒性高,具有强腐蚀性和强刺激性。皮肤直接接触液态四氯化钛可引起不同程度的灼伤,其烟尘对呼吸道黏膜有强烈刺激作用。轻度中毒有喘证性支气管炎,严重者出现呼吸困难、呼吸脉搏加快、体温升高、咳嗽等,可发展成肺水肿。此外,其还可引起化学性结膜炎角膜炎、角膜混浊,长期吸入钛及其化合物粉尘能否引起肺尘病(又称肺尘埃沉着病),尚无定论。
制备
氯化钛通常是由二氧化钛和碳在高温下进行氯化的方法而制得。其过程为将高钛渣与石油焦按一定比例配料,粉碎,通入氯气进行反应,生成四氯化钛气体,经过冷凝,得到液化的四氯化钛液体,过滤、蒸馏,得到四氯化钛成品。
结构
氯化钛分子为正四面体结构,具有高度的对称性,其中钛原子位于正四面体的中心,顶端为氯原子。Ti-CI间距为0.219nm,Cl-CI间距为0.358nm。TiCl4呈单分子存在,偶极距为0,不导电。TiCl4不能离解为Ti4+离子,在含有CI-离子的溶液中可形成[TiCl6]2-络阴离子,这说明TiCl4是共价键化合物。
安全事宜
安全标识象形图
GHS分类
急救措施
针对不同情况应采取相应措施:若受害者不慎吸入,应使其迅速脱离现场至空气新鲜处,并保持呼吸道通畅,呼吸困难时给输氧,给予2%~4%碳酸氢钠溶液雾化吸入,然后就医;若皮肤接触,应脱去污染的衣服,并用大量水冲洗皮肤或淋浴,再涂敷氧化镁丙三醇软膏,然后就医;若眼睛接触,先用大量水冲洗几分钟,然后就医;若食入,受害者清醒时立即漱口(不要催吐),给饮牛奶或蛋清,然后立即就医。 
泄漏处置
若发生泄漏,应疏散泄漏污染区人员至安全区,禁止无关人员进入污染区,建议应急处理人员戴正压自给式呼吸器,穿化学防护服。不要直接接触泄漏物,在确保安全情况下堵漏,并喷水雾减慢其挥发(或扩散),但不要对泄漏物或泄漏点直接喷水。将地面洒上碳酸钠灰,然后用大量水冲洗,然后将经稀释的洗水放入废水系统。如果大量泄漏,最好不用水处理,在技术人员指导下清除。
消防
氯化钛不可燃,但在火焰中释放出刺激性或有毒烟雾(或气体)。若发生火灾,不能直接用水灭火,可用二氧化碳灭火剂或沙土。
储存
氯化钛需储存在密封、干燥的条件下,可用玻璃瓶、大玻瓶或金属桶盛装,放置容器时须防破损,最好在户外存放,并与食品、饲料等分开。
参考资料
Titanium tetrachloride.pubchem.2024-05-08
四氯化钛.国际化学品安全卡.2024-05-08
四氯化钛.中国大百科全书.2024-05-09
目录
概述
相关历史
理化性质
物理性质
化学性质
水解
热分解
与非金属单质反应
与金属反应
与氧化物及硫化物反应
与氢化物反应
与有机物反应
应用领域
工业领域
建筑领域
军事领域
毒性
对动物的影响
对人类的影响
制备
结构
安全事宜
安全标识象形图
GHS分类
急救措施
泄漏处置
消防
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