Дисульфид титана (:nvrl,sn; mnmgug)
Дисульфид титана | |
---|---|
![]() | |
Общие | |
Систематическое наименование |
Сульфид титана(IV) |
Традиционные названия | Дисульфид титана, сульфид титана, сернистый титан |
Хим. формула | TiS2 |
Рац. формула | S=Ti=S |
Физические свойства | |
Состояние | золотисто-жёлтые кристаллы |
Молярная масса | 111,997[1]; 112,01 г/моль |
Плотность | 3,37[1]; 3,22 г/см³ |
Термические свойства | |
Мол. теплоёмк. | 55,4 Дж/(моль·К) |
Энтальпия | |
• образования | 335,2 кДж/моль |
Химические свойства | |
Растворимость | |
• в воде | не растворим реагирует с горячей водой с выделением сероводорода |
Структура | |
Кристаллическая структура | тригональной сингонии, пространственная группа P3m1, параметры ячейки a = 0,3397 нм, c = 0,5691 нм, Z = 1 |
Классификация | |
Рег. номер CAS | 12039-13-3 |
PubChem | 61544 |
Рег. номер EINECS | 232-223-6 |
SMILES | |
InChI | |
ChemSpider | 55461 |
Безопасность | |
NFPA 704 | |
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
![]() |
Дисульфи́д тита́на — неорганическое соединение, соль переходного металла титана и сероводородной кислоты с формулой TiS2, относится к группе дихалькогенидов переходных металлов.
При обычных условиях — золотисто-жёлтые кристаллы со слабым запахом сероводорода, не растворимые в воде, реагирует с горячей водой с выделением сероводорода.
Применяется в качестве катодной массы электрохимических источников тока и аккумуляторов и в качестве твёрдого смазочного материала.
Получение
[править | править код]Синтезом из элементов:
- .
Нагреванием смеси паров тетрахлорида титана и сероводорода при высокой температуре, эта реакция пригодна для формирования тонких плёнок вещества на какой-либо подложке, реакция протекает в две стадии:
суммарная реакция:
- .
Действием сероводорода на элементарный титан при высокой температуре:
- .
Дисульфид титана образуется также при действии расплавленной серы на дихлороксид титана при 120°С:
- .
Действием сероводорода на тетрафторид титана при температуре красного каления:
- .
Дисульфид титана образуется при восстановлении сульфата титана(IV) водородом:
- .
Вместе с примесями дисульфид титана получается при пропускании очень медленного тока паров сероуглерода над нагретым спрессованным и высушенным диоксидом титана:
- .
Дисульфид титана также образуется при восстановлении сульфата титана(IV) водородом:
- .
Химические свойства
[править | править код]Разлагается при сильном нагревании без доступа воздуха:
- .
Восстанавливается при нагревании в атмосфере водорода сначала до степени окисления +3, а затем до степени окисления +2:
- .
Реагирует с расплавленными щелочами, пример реакции с гидроксидом калия с образованием титаната калия и сульфида калия:
- .
При нагревании реагирует с углекислым газом:
- .
При комнатной температуре диоксид титана устойчив к атмосферным воздействиям, но при умеренном нагревании на воздухе начинает окисляться до диоксида титана и диоксида серы. При сильном нагреве загорается:
- .
При реакции с горячей концентрированной серной кислоты образуется сульфат титанила, элементарная сера, сернистый газ и вода:
- .
При взаимодействии с холодной концентрированной азотной кислотой образует дигидроксид-динитрат титана, серу, диоксид азота и воду:
- .
Реакция взаимодействия с концентрированной соляной кислотой образует тетрахлородиакватитана и сероводород:
- .
Воcстановление активным металлом до элементарного титана в инертной атмосфере, например, в аргоне, активный металл окисляется до соответствующего сульфида:
- .
Физические свойства
[править | править код]Дисульфид титана при обычных условиях представляет собой золотисто-жёлтые, «бронзового» цвета чешуйчатые мелкие кристаллы, крупные кристаллы имеют золотистый цвет с зеленоватым оттенком, в мелкодисперсном виде после возгонки — бурый порошок[3][4]. Диамагнетик.
Из-за взаимодействия с парами воды воздуха имеет слабый запах сероводорода. Не растворяется в холодной воде. Медленно реагирует с горячей водой. Огнеопасен, при сильном нагреве на воздухе загорается, выделяя диоксид серы[5].
Кристаллизуется в тригональной сингонии, пространственная группа P3m1, параметры ячейки a = 0,3397 нм, c = 0,5691 нм, Z = 1. Имеет слоистую кристаллическую структуру типа иодида кадмия.
При 1470 °C дисульфид претерпевает полиморфное превращение[6].
Атомы серы пространственно расположены в гексагональной плотной упаковке. Через каждые 2 плоских слоя атомов серы расположен плоский слой атомов титана, находящихся в октаэдрических полостях. Силы сцепления Ван-дер-Ваальса между двумя соседними слоями атомов серы малы и между слоями может происходить лёгкое скольжение, подобно скольжению слоёв атомов углерода в кристалле графита.
Теплоемкость дисульфида титана при 25 °C составляет 16,23 кал/(К·моль) или 55,4 Дж/(К·моль).
Стандартная теплота образования дисульфида титана составляет 80 ккал/моль.
Плотность дисульфида титана при 25 °C равна 3,22 г/см3.
Дисульфид титана является полупроводником с электронным типом проводимости c концентрацией носителей заряда ~1021 см3[7] и имеет высокую электропроводность характерную для полуметаллов.
Высокая электропроводность наряду с другими его свойствами обуславливает применение вещества в катодных массах литий-ионных аккумуляторов. Для увеличения электропроводности катодной массы в аккумуляторах его смешивают с сажей или графитом[8].
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/02/LiTiS2IntercalationCartoon-ru.svg/600px-LiTiS2IntercalationCartoon-ru.svg.png)
Дисульфид титана как и графит может обратимо интеркалировать и деинтеркалировать в свою кристаллическую структуру некоторые атомы и молекулы между слоями атомов серы так ка эти слои слабо связаны силами Ван-дер-Ваальса, например, атомыщелочных металлов, аммиак, гидразин, амиды кислот[9], при этом происходит «разбухание» кристаллической решётки с увеличением расстояния между кристаллическими слоями атомов. Дисульфид титана часто используется в качестве катодной массы в литий-ионных аккумуляторах и интеркаляция лития в это соединение изучена наиболее полно.
Интеркаляцию лития можно упрощённо описать в виде окислительно-восстановительной реакции:
- где может принимать значения от 0 до 1.
Соединение обычно записывают в ионной форме . На этом свойстве вещества основано его применение в качестве катодной массы аккумулятора как накопитель ионов лития. При разряде аккумулятора ионы внедряются в кристалл дисульфида титана. При разряде происходит обратный процесс.
Применение
[править | править код]Применяется в качестве катодной массы электрохимических источников тока и аккумуляторов и в качестве твёрдого смазочного материала.
Безопасность
[править | править код]Дисульфид титана относится согласно ГОСТ 12.1.005-88 к классу опасности III — вещества с умеренной степенью опасности. Предельно допустимая концентрация вещества в виде аэрозоля в воздухе производственных помещений 6 мг/м3[10]. Требуется хранение с предосторожностями, так как вещество способно самовозгораться.
Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 Волков А. И., Жарский И. М. Большой химический справочник / А. И. Волков, И. М. Жарский. — Мн.: Современная школа, 2005. — 608 с ISBN 985-6751-04-7.
- ↑ Datenblatt Titan(IV)-sulfid bei AlfaAesar, abgerufen am 23. August 2011 (PDF).
- ↑ Диоксид титана . Дата обращения: 11 августа 2022. Архивировано 11 августа 2022 года.
- ↑ Holleman A. F., Wiberg E., Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91-100, verbesserte und stark erweiterte Auflage. de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3, S. 1065.
- ↑ Eintrag zu Titan(IV)-sulfid bei ChemicalBook, abgerufen am 19. September 2011. Дата обращения: 11 августа 2022. Архивировано 22 июня 2022 года.
- ↑ Диоксид титана TiO2 . Дата обращения: 11 августа 2022. Архивировано 11 августа 2022 года.
- ↑ Меренцов А. И. Структура и свойства твёрдых растворов замещения CrxTi1-xX2 CrxTi1-xX2 (X = S, Se, Te). Дата обращения: 11 августа 2022. Архивировано 1 апреля 2022 года.
- ↑ Whittingham M. S. Lithium Batteries and Cathode Materials. Chem. Rev. 104 (2004) 4273
- ↑ Brauer Georg (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler u. a.: 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 Архивная копия от 10 января 2020 на Wayback Machine ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие cанитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
Литература
[править | править код]- Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И. Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4.
- Справочник химика / Редкол.: Никольский Б. П. и др.. — 2-е изд., испр. — М.—Л.: Химия, 1966. — Т. 1. — 1072 с.
- Справочник химика / Редкол.: Никольский Б. П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
- Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.
- Tao, Y.; Wu, X.; Zhang, Y.; Dong, L.; Zhu, J.; Hu, Z. (2008). "Surface-assisted synthesis of microscale hexagonal plates and flower-like patterns of single-crystalline titanium disulfide and their field-emission properties". Crystal Growth & Design. 8 (8): 2990—2994. doi:10.1021/cg800113n.
- Zhang, Y.; Li, Z.; Jia, H.; Luo, X.; Xu, J.; Zhang, X.; Yu, D.J. (2006). "TiS2 whisker growth by a simple chemical-vapor deposition method". Journal of Crystal Growth. 293 (1): 124—127. doi:10.1016/j.jcrysgro.2006.03.063.