Elementos del grupo 4. Ti

Elementos del grupo 4.
Titanio
Ti
Descubrimiento:
1791 W. Gregor
Abundancia:
6329 ppm(0.63%)
9ºElemento
Materias Primas
Utilización
• Aleaciones de gran dureza y
Ilmenita FeTiO3
resistencia
Rutilo TiO2
• Pinturas
Canadá, USA, Australia
• Como es menos denso que el
acero, hace las estructuras mas
Producción :120.000 Tm/año
ligeras
Preparación:
Método de Kroll
Mg y Cl2 se regeneran por electrolisis del MgCl2
Alternativa: Reducción electrolítica de TiO2 fundido con CaCl2.
Más económico que Kroll
Evita el uso de Cl2
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Elementos del grupo 4.
Circonio
Zr
Descubrimiento:
1789 Klaproth
Hafnio
Hf
Descubrimiento:
1911 G.Urbain
1922 Urbain y Dauvillier
Abundancia:
162 ppm(0.016%)
Abundancia:
2,8 ppm
1922/23Coster yVon
Hevesy
Materias Primas
Circón: ZrSiO4
Baddelita: ZrO2
África del Sur, USA,
Australia
Utilización
• Aleaciones de gran dureza y
resistencia.
• Junto a niobio superconductores.
• Catalizadores
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Síntesis
Circonio
o Método de Kroll
o Purificación por el método de Van Arkel- de Boer
Zr + I2
ZrI4
Hafnio
o Se obtiene junto con el circonio y no resulta un problema grave
o Las sales de circonio y hafnio se pueden separar con mucho
trabajo
o El hafnio también se obtiene por el método de Kroll.
Purificación de los metales Ti, Zr, Hf.
Propiedades de los elementos: Reactividad química
Ti, Zr, Hf Son elementos electropositivos
o Hidrógeno
M Reacciona
a altas temperaturas con: o Oxígeno
Finamente
divididos son
pirofóricos
o Nitrógeno
o Casi con todos
los no metales
En forma masiva, lingotes o trozos de metal, resisten a la
corrosión, debido a la formación de una capa de óxido que queda
retenido sobre la superficie del metal
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OXIDOS Y SULFUROS
TiO2
ZrO2
HfO2
TiO2 Se encuentra en la naturaleza [rutilo (más habitual), anatasa y
brookita] coloreado debido a impurezas.
Para sus aplicaciones hace falta sintetizarlo
Semiconductor. Aplicación en la fabricación de sensores de
gases
Fotocatalizador en la purificación de aguas con radiación UV
Diversas aplicaciones en cosmética.
o Las cremas solares contienen TiO2 como base de la
protección solar. Absorbe la radiación UV
o Barra de labios (10% TiO2). Los brillos metálicos
aumentan con la concentración de TiO2
El uso más importante es en la industria de las pinturas por sus
propiedades ópticas : PIGMENTO BLANCO
o Rutilo
o Anatasa
Estructuras
Hexagonal compacta
Cúbica compacta
(a) Rutilo
(b) Baddelita
MO2 (M= Circonio y hafnio) cristalizan en la forma de la baddelita
Los sulfuros son menos conocidos pero mantienen la misma
estequiometría MS2
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Óxidos mixtos
o M2TiO4 Ortotitanatos
MO2 + MO
o MTiO3 Metatitanatos
o MTiO3 Metatitanatos
M= Mg, Mn, Fe, Co, Ni
estructura de la Ilmenita FeTiO3
M= Ca, Sr, Ba
estructura de la Perovskita CaTiO3
Estructura de la Perovskita
o M2TiO4 Ortotitanatos
M= Mg, Zn, Mn, Fe, Co
estructura de espinela como MgAl2O4
M= Tetraedricos , Ti= octaedricos
BaTiO4
[TiO4]-4
o M2ZrO4 Espinela
o MZrO3 Perovskita
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Haluros
Fórmula general MX4
Síntesis
TiO2 + X2 + C
Cl, Br
TiCl4
+
HF
3TiO2 + 4 AlI3
TiX4
TiF4
3TiI4 + Al2O3
Son haluros covalentes que se hidrolizan con facilidad.
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Formula general MX3
Se conocen todos excepto HfF3
Síntesis
MX4 + M
MX3
d1 μ= 1.85MB el resto tienen enlace M-M y en general
TiF3
son tan reductores que pueden reducir al agua
Fórmula general MX2
Son menos conocidos
TiX4 + 2Ti
“TiX2”
Tiene momento magnético bajo M-M
ZrX4
+ 2Zr
“[Zr6X12]”(se estudiaran mas adelante)
“ [M Zr6X12]” M= metal alcalino
Compuestos con oxoaniones
• Cationes “sencillos” M+4
Zr(SO4)2.4H2O
Zr(NO3)4.5H2O
En disoluciones ácidas
• Oxocationes MO+2
Titanilos y circonilos se obtienen en medio más básicos.
TiO(SO4)H2O
ZrO(NO3)2
Ti-O-Ti-O
En disolución de HClO4 2M la especie predominante es [TiO]+2 ó
[Ti(OH)2]+2
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Compuestos de coordinación en disolución.
Estado de oxidación IV (d0)
MX4 + 2L
MX4L2 octaédricos
MX4 + 4L
MX4L4 ic
MX4 + L
halógeno
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MX4L octaedros unidos por doble puente de
L= Ligando neutro
o aniónico;
monodentados o
bidentados
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Estado de oxidación (III) d1
Se reduce a la química de titanio
TiCl4 + Redúctor
[TiL6]X3
TiCl3
[TiL4X2]X
[TiL3X3]
M3[TiX6]
[Ti(H2O)6]+3 3X[Ti(H2O)5Cl]+2 2Xy sus correspondiente isómeros de ionización
Los compuestos de coordinación en estados de oxidación más bajos
no se han caracterizado perfectamente
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