Disulfuro de titanio
| disulfuro de titanio | |
|---|---|
| General | |
Nombre sistemático |
Sulfuro de titanio(IV) |
| nombres tradicionales | Disulfuro de titanio, sulfuro de titanio, sulfuro de titanio |
| química fórmula | TiS 2 |
| Rata. fórmula | S=Ti=S |
| Propiedades físicas | |
| Estado | cristales de color amarillo dorado |
| Masa molar | 111.997 [1] ; 112,01 g/ mol |
| Densidad | 3.37 [1] ; 3,22 g/cm³ |
| Propiedades termales | |
| mol. capacidad calorífica | 55,4 J/(mol·K) |
| entalpía | |
| • educación | 335,2 kJ/mol |
| Propiedades químicas | |
| Solubilidad | |
| • en agua | insoluble reacciona con agua caliente para liberar sulfuro de hidrógeno |
| Estructura | |
| Estructura cristalina | sistema trigonal , grupo espacial P 3 m 1, parámetros de celda a = 0,3397 nm , c = 0,5691 nm , Z = 1 |
| Clasificación | |
| registro número CAS | 12039-13-3 |
| PubChem | 61544 |
| registro Número EINECS | 232-223-6 |
| SONRISAS | S={Ti]=S |
| InChI | InChI=1S/2S.TiCFJRPNFOLVDFMJ-UHFFFAOYSA-N |
| ChemSpider | 55461 |
| La seguridad | |
| NFPA 704 |
2
una
3[2] |
| Los datos se basan en condiciones estándar (25 °C, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario. | |
| Archivos multimedia en Wikimedia Commons | |
El disulfuro de titanio es un compuesto inorgánico , una sal del metal de transición titanio y ácido hidrosulfuro con la fórmula TiS 2 , pertenece al grupo de los dicalcogenuros de metales de transición .
En condiciones normales, los cristales de color amarillo dorado con un ligero olor a sulfuro de hidrógeno , insolubles en agua, reaccionan con agua caliente para liberar sulfuro de hidrógeno.
Se utiliza como masa catódica de fuentes de corriente electroquímica y baterías y como lubricante sólido .
Conseguir
Síntesis a partir de elementos:
.![{\displaystyle {\ce {Ti + 2S ->[{\ce {T))] TiS2 + 335 kJ))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/11586a4586696e3aaee8970c96723bd42464a921)
Al calentar una mezcla de vapores de tetracloruro de titanio y sulfuro de hidrógeno a alta temperatura, esta reacción es adecuada para la formación de películas delgadas de una sustancia sobre cualquier sustrato, la reacción se desarrolla en dos etapas:
![{\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)
reacción general:
.![{\displaystyle {\ce {TiCl4 + 2H2S ->[800-850\ {\ce {^{o}C))] TiS2 + 4HCl))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ea4fcf52c8c6205d4b472efcceed98c9b1c822a5)
La acción del sulfuro de hidrógeno sobre el titanio elemental a alta temperatura:
.![{\displaystyle {\ce {Ti + 2H2S ->[{\ce {T))] TiS2 + 2H2))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bcd7bb4d861e5a1adfd87ec52eb0f1df3727e6d0)
El disulfuro de titanio también se forma por la acción del azufre fundido sobre el dicloruro de titanio a 120°C:
.![{\displaystyle {\ce {TiOCl2 + 2S ->[120\ {\ce {^{o}C))]TiS2{}+Cl2O))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e648ff4b950288921ee95d404a97c0dfd6b47783)
La acción del sulfuro de hidrógeno sobre el tetrafluoruro de titanio a una temperatura de calor rojo:
.![{\displaystyle {\ce {TiF4 + 2H2S ->[{\ce {T))] TiS2{}+ 4HF))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f41f3a351eec4039b731d678912ee5d5aa14d744)
El disulfuro de titanio se forma por la reducción de sulfato de titanio (IV) con hidrógeno :
.
Junto con las impurezas, el disulfuro de titanio se obtiene pasando una corriente muy lenta de vapor de disulfuro de carbono sobre dióxido de titanio seco, comprimido y calentado :
.
El disulfuro de titanio también se forma durante la reducción del sulfato de titanio (IV) con hidrógeno:
.
Propiedades químicas
Se descompone a un fuerte calentamiento sin acceso de aire:
.![{\displaystyle {\ce {2TiS2 ->[1000\ {\ce {^{o}C}}]Ti2S3 + S}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/50273632f69f9616ef102b11d1be514685f20eb1)
Se reduce cuando se calienta en una atmósfera de hidrógeno, primero a un estado de oxidación de +3 y luego a un estado de oxidación de +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)
Reacciona con álcalis fundidos , un ejemplo de una reacción con hidróxido de potasio para formar titanato de potasio y sulfuro de potasio :
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 6KOH ->[{\ce {T))] K2TiO3 + 2K2S + 3H2O))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e4ac1b5f8634fc29be3e395dca84af80a7c9bcd8)
Cuando se calienta, reacciona con el dióxido de carbono :
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 2CO2 ->[{\ce {T))] TiO2 + 2S + 2CO))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/59b535c60a60315fc20d12e203128b4083925171)
A temperatura ambiente, el dióxido de titanio es resistente a la intemperie, pero con un calentamiento moderado del aire, comienza a oxidarse a dióxido de titanio y dióxido de azufre . Cuando hace calor se enciende:
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 3 O2 ->[{\ce {T))] TiO2 + 2 SO2))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dfbd9e078dde4f865c60a9940471f391b59d3fdc)
Cuando reacciona con ácido sulfúrico concentrado caliente , se forman sulfato de titanilo , azufre elemental, dióxido de azufre y agua:
.![{\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)
Cuando reacciona con ácido nítrico concentrado frío, forma dinitrato de dihidróxido de titanio , azufre, dióxido de nitrógeno y agua:
.![{\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)
La reacción de interacción con ácido clorhídrico concentrado forma tetraclorodiacuatitanio y sulfuro de hidrógeno:
.
Reducción con un metal activo a titanio elemental en atmósfera inerte, como el argón , el metal activo se oxida al sulfuro correspondiente:
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 2 Ca ->[1000\ {\ce {^{o}C))] 2 CaS + Ti,))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/87fc96a999f5227c721c3401cd669076d1990601)
Propiedades físicas
El disulfuro de titanio en condiciones normales es un color amarillo dorado, "bronce" pequeños cristales escamosos, los cristales grandes tienen un color dorado con un tinte verdoso, en forma fina después de la sublimación: polvo marrón [3] [4] . Diamagnético .
Debido a la interacción con el vapor de agua, el aire tiene un ligero olor a sulfuro de hidrógeno. No se disuelve en agua fría. Reacciona lentamente con agua caliente. Inflamable, con fuerte calentamiento en el aire, se inflama liberando anhídrido sulfuroso [5] .
Cristaliza en el sistema trigonal , grupo espacial P 3 m 1, parámetros de celda a = 0.3397 nm , c = 0.5691 nm , Z = 1 . Tiene una estructura de cristal tipo yoduro de cadmio en capas .
A 1470 °C, el disulfuro sufre una transformación polimórfica [6] .
Los átomos de azufre se organizan espacialmente en un empaque cerrado hexagonal . Cada 2 capas planas de átomos de azufre hay una capa plana de átomos de titanio ubicados en cavidades octaédricas . Las fuerzas cohesivas de Van der Waals entre dos capas adyacentes de átomos de azufre son pequeñas y puede ocurrir un ligero deslizamiento entre las capas, similar al deslizamiento de las capas de átomos de carbono en un cristal de grafito .
La capacidad calorífica del disulfuro de titanio a 25 °C es 16,23 cal/(K mol) o 55,4 J/(K mol).
El calor estándar de formación del disulfuro de titanio es de 80 kcal/mol.
La densidad del disulfuro de titanio a 25 °C es de 3,22 g/cm3 .
El disulfuro de titanio es un semiconductor con un tipo de conductividad electrónica con una concentración de portadores de carga de ~10 21 cm 3 [7] y tiene una alta conductividad eléctrica característica de los semimetales .
La alta conductividad eléctrica, junto con sus otras propiedades, determina el uso de la sustancia en las masas catódicas de las baterías de iones de litio . Para aumentar la conductividad eléctrica de la masa catódica en las baterías, se mezcla con hollín o grafito [8] .
El disulfuro de titanio, como el grafito, puede intercalar y desintercalar reversiblemente en su estructura cristalina algunos átomos y moléculas entre capas de átomos de azufre, ya que estas capas están débilmente conectadas por fuerzas de van der Waals , por ejemplo, átomos de metales alcalinos , amoníaco , hidracina , amidas ácidas [9] , mientras que hay un "hinchamiento" de la red cristalina con un aumento en la distancia entre las capas cristalinas de los átomos. El disulfuro de titanio se usa a menudo como masa catódica en baterías de iones de litio y la intercalación de litio en este compuesto es la más estudiada.
La intercalación de litio se puede describir de manera simplista como una reacción redox :
donde puede tomar valores de 0 a 1.
El compuesto generalmente se escribe en forma iónica . Esta propiedad de la sustancia es la base para su uso como masa catódica de una batería como dispositivo de almacenamiento de iones de litio. Cuando la batería se descarga, los iones se introducen en el cristal de disulfuro de titanio. Al descargar, ocurre el proceso inverso.
Aplicación
Se utiliza como masa catódica de fuentes de corriente electroquímica y baterías y como lubricante sólido .
Seguridad
Según GOST 12.1.005-88, el disulfuro de titanio pertenece a la clase de peligro III: sustancias con un grado de peligro moderado. La concentración máxima permisible de una sustancia en forma de aerosol en el aire de locales industriales es de 6 mg/m 3 [10] . Se requiere un almacenamiento con precauciones, ya que la sustancia es capaz de combustión espontánea.
Notas
- ↑ 1 2 Volkov A.I., Zharsky I.M. Gran libro de referencia química / A.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Minsk: Escuela moderna, 2005. - 608 con ISBN 985-6751-04-7.
- ↑ Datenblatt Titan(IV)-sulfid bei AlfaAesar, abgerufen am 23. August 2011 ( PDF ).
- ↑ Dióxido de titanio
- ↑ Holleman AF, Wiberg E., Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91-100, verbesserte und stark erweiterte Auflage. de Gruyter, Berlín 1985, ISBN 3-11-007511-3 , S. 1065.
- ↑ Eintrag zu Titan(IV)-sulfid bei ChemicalBook, abgerufen am 19 de septiembre de 2011.
- ↑ Dióxido de titanio TiO 2
- ↑ Merentsov A.I. Estructura y propiedades de soluciones sólidas de sustitución CrxTi1-xX2 Cr x Ti 1-x X 2 (X = S, Se, Te).
- ↑ Baterías de litio y materiales de cátodo de Whittingham MS . química Rvdo. 104 (2004) 4273
- ↑ Brauer Georg (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler ua: Handbuch der Praparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Banda 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. Sistema de normas de seguridad laboral. Requisitos sanitarios e higiénicos generales para el aire del área de trabajo.
Literatura
- Enciclopedia química / Consejo editorial: Knunyants I. L. et al. - M . : Enciclopedia soviética, 1995. - T. 4. - 639 p. — ISBN 5-82270-092-4 .
- Manual de un químico / Consejo editorial: Nikolsky B.P. et al. - 2.ª ed., corregida. - M. - L .: Química, 1966. - T. 1. - 1072 p.
- Manual de un químico / Consejo editorial: Nikolsky B.P. y otros - 3ra ed., Rev. - L. : Química, 1971. - T. 2. - 1168 p.
- Ripan R., Chetyanu I. Química inorgánica. Química de los metales. - M. : Mir, 1972. - T. 2. - 871 p.
- Tao, Y.; Wu, X.; Zhang, Y.; Dong, L.; Zhu, J.; Hu, Z. (2008). "Síntesis asistida por superficie de placas hexagonales a microescala y patrones similares a flores de disulfuro de titanio monocristalino y sus propiedades de emisión de campo". Crecimiento y diseño de cristales . 8 (8): 2990-2994. DOI : 10.1021/cg800113n .
- Zhang, Y.; Li, Z.; Jia, H.; Luo, X.; Xu, J.; Zhang, X.; Yu, DJ (2006). “Crecimiento de bigotes de TiS 2 mediante un método simple de deposición de vapor químico”. Revista de crecimiento de cristales . 293 (1): 124-127. DOI : 10.1016/j.jcrysgro.2006.03.063 .