Презентация на тему: Изотопы

Химия элементов IV группы ДПВПС (побочная подгруппа КПВПС) 900igr.net

Ti, Zr, Hf, Rf (Th) Радиоактивные изотопы, Звара – отделение Rf от Ac Ti, Zr, Hf с большим периодом полураспада от 1015 до 1017 лет

Ti Zr Hf Число стабильных изотопов 5 5 6 Электронная конфигурация атома [Ar]3d24s2 [Kr] 4d25s2 [Xe]4f145d26s2 Сечение захвата тепловых нейтронов 4 0.18 105 Металлический радиус 0.146 0.160 0.159 ЭО 1.54 1.33 1.30 СО (-1), 0, (2), 3, 4 (-1), 0, (1), (2), (3), 4 (-1), 0, (1), (2), (3), 4

Природа сходства Zr и Hf (лантанидное сжатие) Устойчивость высших степеней окисления Ti Zr Hf TiO, Ti2O3, TiO2, но только ZrO2, HfO2 TiF2, TiF3, TiF4, но только ZrF4, HfF4 Координационные числа у Ti (6, реже 4), у Zr и Hf (6, 7, 8, 9)

СО ЭК КЧ соединения Ti Zr, Hf -1 d5 6 [M(bipy)3]- 0 d4 6 Ti(CO)6 +2 d2 6 TiO, TiCl2 +3 d1 6 [Ti(H2O)6]3+ ZrI3 +4 d0 4 TiCl4 ZrCl4 (г)

Природные формы, получение Ti (0.6 %), 10-й элемент по распространенности (7-ой среди металлов) FeTiO3 – ильменит TiO2 – рутил, анатаз, брукит CaTiO3 – перовскит

Природные формы, получение Zr (0.02%), 21-й элемент по распространенности ZrSiO4 – циркон ZrO2 – бадделит

Природные формы, получение Hf (4·10-4 %, сопутствует Zr), 52-й элемент по распространенности Th (2·10-3 %), 232Th имеет период полураспада ~ 14 млрд лет

TiO2 + 2C + 2Cl2 → TiCl4 + 2CO Дистилляция TiCl4 (283ºC) – FeCl3 (317 ºC) TiCl4 + 2Mg 900º 2MgCl2 + Ti (тоже Zr и Hf) K2[ZrF6] + 4Na → 4NaF + 2KF + Zr (тоже Hf) MI4 1000ºC 400 ºC M + 2I2 (очень чистый) ХТР

Производство 105/т Запасы 5· 108/т - + Графит, анод TiO2 Расплав CaCl2 C или Ti тигель (катод) Chen (Nature) TiO2 + 2Ca2+ + 4e- → Ti + 2CaO 4Cl- - 4e- → 2Cl2

Ti открыт в рутиле 200 лет назад Клапротом Zr открыт более 150 лет назад в цирконе Hf – открыт 75 лет назад, X-ray спектры Zr – малое сечение захвата нейтронов ТВЭЛы, контейнеры для U Hf – большое сечение захвата нейтронов Ti Zr Hf Th Тпл ºС 1668 1857 2227 1845

Механические свойства Ti чистого и загрязненного (Ti – роза и лопата) Удельный вес Ti → Zr → Hf 4.5 г/см3 6.5 г/см3 13.2 г/см3 Коррозийная стойкость, немагнитность E (Э4+/Э), В -1.17 -1.53 -1.70 α Ti 882 ºС β Ti ( тоже для Zr и Hf) ГПУ ОЦК

Ti легкий конструкционный материал ( в 3-5 раз прочнее Al и Mg) ферротитан ( 0,1% Ti к стали - эластичность) Ti – Al сплавы (интерметаллиды TiAl и TiAl3) подлодки – немагнитность (коррозия 20 мкм за 1000 лет) NiTi – nitinol – NiTi Navel Ordnance Lab. Zr сплавы, отражатель нейтронов Hf поглотитель нейтронов

Химические свойства Восстановители, пассивация С водородом МНх (обратимость, аккумуляторы, 1 г Ti → 2 л Н2)

с кислородом ЭО2 – фианиты TiO2 ZrO2 HfO2 ThO2 ΔΗf кДж/моль 944 1080 1136 1190 Tпл, ºС 1825 2680 2812 3050 Химическая инертность, Ti – белила, не взаимодействуют с H2O, HNO3(р), NaOH(р) МО2 + КОН (К2СО3) сплав К2МО3 К2TiO3 + H2O → TiO2·H2O + KOH

BaTiO3 – Вул, сагнетоэлектрик – спонтанная ассиметрия структуры перовскита PbTiO3 – PbZrO3 – ЦТС “smart”, “intelligent” materials Пьезо-, пироэлектрики BaZrO3, BaHfO3, BaThO3

M + N2 → MN “TiN” ~ Au (коронки) — MO2 + 6HF → H2[ЭF6] + 2H2O MO2 + 3 H2C2O4 → H2[M(C2O4)3] + 2H2O или M + 6HF → H2[ЭF6] + 2H2↑ M + 3 H2C2O4 → H2[M(C2O4)3] + 3H2O

M + 2Г2 → МГ4 МО2 + 2Г2 = МГ4 + О2 (ΔG>0) 2C + О2 = 2СО (ΔG

Фотокатализ (нанопроволока TiO2) Гидротермальная обработка геля TiO2·nH2O (T = 110 – 250 ºC; t = 20 ч) h+ e- Ti4+ OH

Фотонный кристалл TiO2

Мезопористая структура на основе анодированного титана

Наноолимпиада С 12 апреля 2008 г. Сайт www.nanometer.ru Конкурс эмблем

МГ4 – бесцветные, твердые вещества (исключение TiCl4) Молекулярные решетки TiCl4 ZrCl4 HfCl4 ThCl4 tпл ºC -23 437 432 770 Устойчивость в парах, КЧ = 4, ковалентная связь, в кристаллическом состоянии – бесконечные цепи октаэдров ЭХ6 π – связывание: вакантные d-АО металла + неподеленные электронные пары галогена Катализаторы Циглера – Натта (гигроскопичность) TiCl4 + H2O → TiO2· nH2O + HCl аэрозоль

3 TiCl4 + 4H2O → 2H2TiCl6 + Ti(OH)4 [TiCl6]2-+H2O→[TiCl5(H2O)]1- H2O [TiCl4(H2O)2] 2H2O [TiCl2(H2O)4]2+ → [Ti(OH)Cl2(H2O)3]1+ → → [Ti(OH)4(H2O)2]

H2O OH OH OH OH H2O Ti H2O H2O OH OH OH OH Ti -2H2O H2O H O O H Ti Ti H2O OH OH OH OH OH OH

Оловые мостики + 2H+ 2- Ti Ti OH OH OH OH O O OH OH HO HO Оксоловые мостики

Э4+ + H2O = ЭО2+ + 2H+ Солеобразующий характер МОГ2, МО(NO3)2 Соли титанила, цирконила TiOCl2, ZrOBr2 TiOSO4 + H2O2 + H2SO4 = H2[TiO2(SO4)3] + H2O пероксотитанил ион

Соединения М (+3) 2TiOSO4 + Zn + 2H2SO4 = Ti2(SO4)3 + ZnSO4 +2H2O [Ti(H2O)6]3+ [Ti(H2O)6]3+ Δ = 17·103 см-1 сиреневый [TiCl6]3- Δ = 21·103 см-1 фиолетовый Ti2(SO4)3 + KMnO4 + H2O → Ti(OH)2SO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2SO4

Ti + TiO2 = “TiO” Ti3O, Ti6O – связи М-М кластеры Для Zr, а тем более для Hf – не характерны низшие степени окисления “TiO” → Ti1-хO TiO1+y от Ti0.9O до TiO0.9

Дробная кристаллизация Экстрация трибутилфосфатом (ТБФ) Из нитратных растворов ZrO(NO3)2· xH2O Фракционная дистилляция Комплекс K2TiF6 K2ZrF6 K2HfF6 Растворимость, моль/л 0.05 0.07 0.10