Титанаты
Титана́ты, соединения высших оксидов титана Ti с более основными оксидами. Большее число относится к сложным оксидам, т. к. в их структуре, как правило, отсутствуют анионные группировки. Титанаты(IV) можно рассматривать как соли несуществующих титановых кислот: метатитановой Н2 ТiO3 , ортотитановой Н4 ТiO4 , полититановых H2n Tim O2m+n . Существуют также оксотитанаты. Особенно разнообразны титанаты щелочных и щёлочноземельных металлов. Так, для Na описано 9 титанатов (от Na4 TiO4 до Na2 Ti6 O13 ), для К – 7, для Ва – 10 (от Ва2 ТiO4 до BaTi5 O13 ), для Са и Sr – пo 7. Из прочих металлов большое число титанатов известно у Bi (от Bi12 TiO20 до Bi2 Ti4 O11 ). Некоторые металлы образуют по одному титанату, например Са – только СdTiО3 . Для металлов в степенях окисления +1 и +2 характерно образование мета- и ортотитанатов наряду с полититанатами. Титанаты MII TiO3 имеют главным образом структуры ильменита FeTiO3 или перовскита CaTiO3 . M2 TiO4 имеют кубическую структуру типа обратной шпинели. Металлы в степени окисления +3, в частности редкоземельные элементы (РЗЭ), образуют оксотитанаты Мe2 ТiO5 и дититанаты Me2 Ti2 O7 (со структурой типа пирохлора), в степени окисления +4 – ортотитанаты MTiO4 .
Известны многочисленные двойные титанаты, например NaBiTi2 O6 . Многие титанаты являются фазами переменного состава.
Титанаты щелочных металлов растворяются в разбавленных кислотах, водой гидролизуются. Остальные титанаты не растворяются в воде и разбавляются в кислотах, при нагревании разлагаются концентрированной серной кислотой H2 SO4 . Титанаты имеют довольно высокие температуры плавления, являются диэлектриками, большинство из них отличается высокой диэлектрической проницаемостью. Титанаты металлов в степенях окисления +2 и +3, а также многие двойные титанаты – сегнетоэлектрики. Важнейшие из них – титанат бария, титанат свинца, титанат стронция.
Титанаты встречаются в природе в виде минералов, например ильменит, перовскит, гейкилит MgTiO3 , лопарит NaCeTi2 O6 и др. Являются компонентами титанистых шлаков – полупродуктов при переработке некоторых типов титановых руд. Получают титанаты спеканием или сплавлением ТiO2 с оксидами, карбонатами или гидроксидами соответствующих металлов, нагреванием совместно осаждённых гидроксидов, карбонатов, оксалатов. Свойства некоторых титанатов даны в таблице.
Свойства некоторых титанатов
| Соединение | Параметры решётки, нм | tпл , °C | Плотность, г/см3 | Энтальпия образования, кДж/моль | ε | ||
| a | b | c | |||||
| Li2 TiO3 | 0,4136а | – | – | 1210б | 3,418 | –1669,1 | 18,2 |
| Na2 TiO3 | 0,760 | – | – | 1030 | 3,195 | – | 12,2 |
| K2 TiO3 | 0,547 | – | 1,1660 | 816 | 3,58 | –1607,6 | 16,5 |
| Mg2 TiO4 | 0,842 | – | – | 1732 | 3,52 | –2161,1 | – |
| MgTiO3 | 0,545в | – | – | 1630 | 3,91 | –1569,6 | 14–17 |
| CaTiO3 | 0,7629 | – | – | 1980г | 4,02 | –1654,9 | 115–165 |
| Zn2 TiO4 | 0,846 | – | – | 1549 | 5,12 | –1636,9 | 26 |
| ZnTiO3 | 0,508 | – | – | 1392 | 3,17 | –1292,0 | 30 |
| Ai2 O2 (TiO3 ) | 0,940 | 0,336 | 0,995 | 1860 | 3,67 | – | – |
| ZrTiO4 | 0,4806 | 0,5032 | 0,5447 | 1820 | – | – | – |
| Mn2 TiO4 д | 0,8679 | – | – | 1455 | 4,49 | – | – |
| Fe2 TiO4 | 0,85 | – | – | 1375 | 4,37 | – | – |
| FeTiO3 | 0,5082 | – | 1,4027 | 1365 | 4,75 | –1235,4 | – |
| CoTiO3 ж | 0,5485е | – | – | 1470 | 5,4 | –1205,9 | – |
а Для неупорядоченной структуры, для упорядоченной a = 0,8285 нм. 'б Температура полиморфного перехода. 'в α = 55°. 'г Температура полиморфного перехода 1260 °C. 'д Для MnTiO3 tпл 1360 °C, плотность 4,54 г/см'3 . 'е α = 55°. 'ж Для Co2 TiO4 tпл 1575 °C, плотность 5,07 г/см'3 .
Титанаты(III) (устаревшее – титаниты) изучены гораздо меньше. Для щелочных металлов известны МeТiO2 , для щёлочноземельных – MeTi2 O4 , для РЗЭ – МeТiO3 (со структурой типа перовскита). Все они не растворяются в воде, разлагаются минеральными кислотами. При натрировании на воздухе они окисляются до титанатов(IV).
Литература
- Лимарь Т. Ф. Химия редких элементов. Учебное пособие. Ч. 2. Титанаты, цирконаты, гафнаты / Т. Ф. Лимарь, М. В. Мохосоев, В. И. Кривобок. – Донецк : [б. и.], 1973.
- Резниченко В. А. Искусственные титанаты / В. А. Резниченко, Г. А. Меняйлова. – Москва : Наука, 1977.