Titandisulfid
| Titandisulfid | |
|---|---|
| Allmän | |
| Systematiskt namn |
Titansulfid (IV). |
| Traditionella namn | Titandisulfid, titandisulfid, titandisulfid |
| Chem. formel | TiS 2 |
| Råtta. formel | S=Ti=S |
| Fysikaliska egenskaper | |
| stat | guldgula kristaller |
| Molar massa | 111.997 [1] ; 112,01 g/ mol |
| Densitet | 3,37 [1] ; 3,22 g/cm³ |
| Termiska egenskaper | |
| Mol. värmekapacitet | 55,4 J/(mol K) |
| Entalpi | |
| • utbildning | 335,2 kJ/mol |
| Kemiska egenskaper | |
| Löslighet | |
| • i vatten | olösligt reagerar med varmt vatten för att frigöra vätesulfid |
| Strukturera | |
| Kristallstruktur | trigonalt system , rymdgrupp P 3 m 1, cellparametrar a = 0,3397 nm , c = 0,5691 nm , Z = 1 |
| Klassificering | |
| Reg. CAS-nummer | 12039-13-3 |
| PubChem | 61544 |
| Reg. EINECS-nummer | 232-223-6 |
| LEDER | S={Ti]=S |
| InChI | InChI=1S/2S.TiCFJRPNFOLVDFMJ-UHFFFAOYSA-N |
| ChemSpider | 55461 |
| Säkerhet | |
| NFPA 704 |
2
ett
3[2] |
| Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges. | |
| Mediafiler på Wikimedia Commons | |
Titandisulfid är en oorganisk förening , ett salt av övergångsmetallen titan och hydrosulfidsyra med formeln TiS 2 , tillhör gruppen övergångsmetalldikalkogenider .
Under normala förhållanden reagerar guldgula kristaller med en svag lukt av svavelväte , olösliga i vatten, med varmt vatten för att frigöra svavelväte.
Det används som en katodmassa av elektrokemiska strömkällor och batterier och som ett fast smörjmedel .
Får
Syntes från element:
.![{\displaystyle {\ce {Ti + 2S ->[{\ce {T))] TiS2 + 335 kJ))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/11586a4586696e3aaee8970c96723bd42464a921)
Genom att värma en blandning av titantetraklorid och vätesulfidångor vid en hög temperatur, är denna reaktion lämplig för bildandet av tunna filmer av ett ämne på vilket substrat som helst, reaktionen fortskrider i två steg:
![{\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)
övergripande reaktion:
.![{\displaystyle {\ce {TiCl4 + 2H2S ->[800-850\ {\ce {^{o}C))] TiS2 + 4HCl))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ea4fcf52c8c6205d4b472efcceed98c9b1c822a5)
Vätesulfids verkan på elementärt titan vid hög temperatur:
.![{\displaystyle {\ce {Ti + 2H2S ->[{\ce {T))] TiS2 + 2H2))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bcd7bb4d861e5a1adfd87ec52eb0f1df3727e6d0)
Titandisulfid bildas också genom verkan av smält svavel på titandiklorid vid 120°C:
.![{\displaystyle {\ce {TiOCl2 + 2S ->[120\ {\ce {^{o}C))]TiS2{}+Cl2O))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e648ff4b950288921ee95d404a97c0dfd6b47783)
Effekten av svavelväte på titantetrafluorid vid en röd värmetemperatur:
.![{\displaystyle {\ce {TiF4 + 2H2S ->[{\ce {T))] TiS2{}+ 4HF))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f41f3a351eec4039b731d678912ee5d5aa14d744)
Titandisulfid bildas genom reduktion av titan(IV)sulfat med väte :
.
Tillsammans med föroreningar erhålls titandisulfid genom att leda en mycket långsam ström av koldisulfidånga över upphettad komprimerad och torkad titandioxid :
.
Titandisulfid bildas också under reduktionen av titan(IV)sulfat med väte:
.
Kemiska egenskaper
Bryts ner vid stark uppvärmning utan tillgång till luft:
.![{\displaystyle {\ce {2TiS2 ->[1000\ {\ce {^{o}C}}]Ti2S3 + S}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/50273632f69f9616ef102b11d1be514685f20eb1)
Den reduceras när den värms upp i en väteatmosfär, först till ett oxidationstillstånd av +3 och sedan till ett oxidationstillstånd av +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)
Reagerar med smälta alkalier , ett exempel på en reaktion med kaliumhydroxid för att bilda kaliumtitanat och kaliumsulfid :
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 6KOH ->[{\ce {T))] K2TiO3 + 2K2S + 3H2O))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e4ac1b5f8634fc29be3e395dca84af80a7c9bcd8)
Vid upphettning reagerar den med koldioxid :
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 2CO2 ->[{\ce {T))] TiO2 + 2S + 2CO))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/59b535c60a60315fc20d12e203128b4083925171)
Vid rumstemperatur är titandioxid väderbeständig, men vid måttlig uppvärmning i luft börjar den oxideras till titandioxid och svaveldioxid . När det blir varmt lyser det:
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 3 O2 ->[{\ce {T))] TiO2 + 2 SO2))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dfbd9e078dde4f865c60a9940471f391b59d3fdc)
När de reageras med varm koncentrerad svavelsyra bildas titanylsulfat , elementärt svavel, svaveldioxid och vatten:
.![{\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)
När den reageras med kall koncentrerad salpetersyra bildar den titandihydroxiddinitrat , svavel, kvävedioxid och vatten:
.![{\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)
Reaktionen av interaktion med koncentrerad saltsyra bildar tetraklordiakvatitan och vätesulfid:
.
Reduktion med en aktiv metall till elementärt titan i en inert atmosfär, såsom argon , den aktiva metallen oxideras till motsvarande sulfid:
.![{\displaystyle {\ce {TiS2 + 2 Ca ->[1000\ {\ce {^{o}C))] 2 CaS + Ti,))}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/87fc96a999f5227c721c3401cd669076d1990601)
Fysiska egenskaper
Titandisulfid under normala förhållanden är en guldgul, "brons" färg fjällande små kristaller, stora kristaller har en gyllene färg med en grönaktig nyans, i fin form efter sublimering - brunt pulver [3] [4] . Diamagnetisk .
På grund av interaktionen med vattenånga luktar luften lätt av svavelväte. Löser sig inte i kallt vatten. Reagerar långsamt med varmt vatten. Brandfarligt, med stark uppvärmning i luft, det antänds och frigör svaveldioxid [5] .
Kristalliserar i det trigonala systemet , rymdgrupp P 3 m 1, cellparametrar a = 0,3397 nm , c = 0,5691 nm , Z = 1 . Den har en skiktad kristallstruktur av kadmiumjodidtyp .
Vid 1470 °C genomgår disulfid en polymorf omvandling [6] .
Svavelatomer är spatialt ordnade i en sexkantig tät packning . Vartannat platta lager av svavelatomer finns det ett plant lager av titanatomer i oktaedriska håligheter. Van der Waals kohesiva krafter mellan två intilliggande lager av svavelatomer är små och lätt glidning kan förekomma mellan lagren, liknande glidningen av lager av kolatomer i en grafitkristall .
Värmekapaciteten för titandisulfid vid 25 °C är 16,23 cal/(K mol) eller 55,4 J/(K mol).
Standardvärmen för bildning av titandisulfid är 80 kcal/mol.
Densiteten för titandisulfid vid 25 °C är 3,22 g/cm3 .
Titandisulfid är en halvledare med en elektronisk typ av konduktivitet med en laddningsbärarkoncentration på ~10 21 cm 3 [7] och har en hög elektrisk konduktivitet som är karakteristisk för halvmetaller .
Hög elektrisk ledningsförmåga, tillsammans med dess andra egenskaper, bestämmer användningen av ämnet i katodmassorna hos litiumjonbatterier . För att öka den elektriska ledningsförmågan hos katodmassan i batterier blandas den med sot eller grafit [8] .
Titandisulfid, som grafit, kan reversibelt interkalera och deinterkalera in i sin kristallstruktur vissa atomer och molekyler mellan lager av svavelatomer, eftersom dessa lager är svagt förbundna av van der Waals krafter , till exempel alkalimetallatomer , ammoniak , hydrazin , syraamider [9] , medan det finns en "svällning" av kristallgittret med en ökning av avståndet mellan kristallskikten av atomer. Titandisulfid används ofta som katodmassa i litiumjonbatterier och interkaleringen av litium i denna förening är den mest studerade.
Litiuminterkalering kan förenklat beskrivas som en redoxreaktion :
där kan ta värden från 0 till 1.
Föreningen skrivs vanligtvis i jonform . Denna egenskap hos ämnet är grunden för dess användning som en katodmassa av ett batteri som en lagringsenhet för litiumjoner. När batteriet är urladdat införs jonerna i titandisulfidkristallen. Vid urladdning sker den omvända processen.
Applikation
Det används som en katodmassa av elektrokemiska strömkällor och batterier och som ett fast smörjmedel .
Säkerhet
Enligt GOST 12.1.005-88 tillhör titandisulfid faroklass III - ämnen med en måttlig grad av fara. Den högsta tillåtna koncentrationen av ett ämne i form av en aerosol i luften i industrilokaler är 6 mg/m 3 [10] . Förvaring med försiktighetsåtgärder krävs, eftersom ämnet kan självantända.
Anteckningar
- ↑ 1 2 Volkov A.I., Zharsky I.M. Stor kemisk referensbok / A.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Minsk: Modern skola, 2005. - 608 med ISBN 985-6751-04-7.
- ↑ Databladt Titan(IV)-sulfid bei AlfaAesar, abgerufen den 23 augusti 2011 ( PDF ).
- ↑ Titandioxid
- ↑ Holleman AF, Wiberg E., Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91-100, förbättrade und stark erweiterte Auflage. de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3 , S. 1065.
- ↑ Eintrag zu Titan(IV)-sulfid vid ChemicalBook, abgerufen den 19 september 2011.
- ↑ Titandioxid TiO 2
- ↑ Merentsov A.I. Struktur och egenskaper hos fasta substitutionslösningar CrxTi1-xX2 Cr x Ti 1-x X 2 (X = S, Se, Te).
- ↑ Whittingham MS litiumbatterier och katodmaterial. Chem. Varv. 104 (2004) 4273
- ↑ Brauer Georg (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler ua: Handbuch der Praparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band 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. System för arbetssäkerhetsstandarder. Allmänna sanitära och hygieniska krav för luften i arbetsområdet.
Litteratur
- Chemical Encyclopedia / Editorial Board: Knunyants I. L. et al. - M . : Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - 639 sid. — ISBN 5-82270-092-4 .
- Handbook of a chemist / Editorial board: Nikolsky B.P. et al. - 2nd ed., corrected. - M. - L .: Kemi, 1966. - T. 1. - 1072 sid.
- Handbok för en kemist/redaktion: Nikolsky B.P. och andra. - 3:e upplagan, Rev. - L . : Chemistry, 1971. - T. 2. - 1168 sid.
- Ripan R., Chetyanu I. Oorganisk kemi. Kemi av metaller. - M . : Mir, 1972. - T. 2. - 871 sid.
- Tao, Y.; Wu, X.; Zhang, Y.; Dong, L.; Zhu, J.; Hu, Z. (2008). "Ytassisterad syntes av hexagonala plattor i mikroskala och blomliknande mönster av enkristallin titandisulfid och deras fältemissionsegenskaper". Kristalltillväxt & Design . 8 (8): 2990-2994. DOI : 10.1021/cg800113n .
- Zhang, Y.; Li, Z.; Jia, H.; Luo, X.; Xu, J.; Zhang, X.; Yu, DJ (2006). "TiS 2 morrhårstillväxt med en enkel metod för kemisk ångavsättning". Journal of Crystal Growth . 293 (1): 124-127. DOI : 10.1016/j.jcrysgro.2006.03.063 .