Титановые сплавы перспективны для использования  во многих других применениях, но их распространение в технике сдерживается высокой стоимостью и дефицитностью титана.

     Соединения  титана также получили широкое применение в различных отраслях промышленности. Карбид титана обладает высокой твердостью и применяется в производстве режущих инструментов и абразивных материалов. Белый диоксид титана (TiO₂) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности. Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки. Диборид титана — важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов. Нитрид титана применяется для покрытия инструментов.  
 
 
 
 
 
 

     Соединения  титана 

     При высокой температуре титан соединяется  с галогенами, кислородом серой, азотом и другими элементами. На этом основано применение сплавов титана с железом (ферротитана) в качестве добавки к стали. Титан соединяется с находящимися в расплавленной стали азотом и кислородом и этим предотвращает выделение последних при затвердевании стали, - литье получается однородным и не содержит пустот.

     Соединяясь  с углеродом, титан образует карбид. Из карбидов титана и вольфрама с  добавкой кобальта получают сплавы, по твердости приближающиеся к алмазу.

     Диоксид титана TiO₂ – белое тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде и разбавленных кислотах. Это – амфотерный оксид, но как основные, так и кислотные свойства у него выражены слабо. [1,c.650]

     Встречается в природе как рутил (кубическая сингония), реже в виде анатаза (тетрагональная сингония) и брукита (ромбическая сингония). В рутиле каждый ион Ti⁴⁺ окружен шестью ионами О^2-, а каждый ион О^2- окружен тремя ионами Ti⁴⁺. В остальных двух кристаллических формах непосредственные соседи ионов те же.

     Совершенно  чистый диоксид титана бесцветен. В  природе он обычно загрязнен окисями  железа и поэтому окрашен.

     Совершенно  не растворяется в воде и в разбавленных кислотах. В теплой концентрированной  серной кислоте он растворяется медленно с возможным образованием сульфита титана Ti(SO₄)₂, который, однако, нельзя выделить в чистом виде из-за легкости его перехода вследствие гидролиза в сульфит титанила (TiO)SO₄. Эта растворимая в холодной воде соль при нагревании также гидролизуется с образованием H₂SO₄ и гидратированного диоксида титана, так называемой β-титановой или метатитановой кислоты. Легкость с которой происходит этот гидролиз, говорит о слабых основных свойствах гидроокиси титана. Сульфат титана дает с сульфатами щелочных металлов (которые добавляются к используемой для растворения диоксида титана серной кислоте) двойные соли, например K₂[Ti(SO₄)₃], более устойчивые к гидролизу, чем простые сульфаты.

     Гидроокиси  и карбонаты щелочных металлов осаждают из растворов сульфатов на холоду студенистый гидратированный диоксид титана, так называемую ά-титановую кислоту, отличающуюся от β-титановой более высокой реакционной способностью (так, например ά-титановая кислота растворяется в щелочах, в которых β-титановая нерастворима). Гидроокись четырехвалентного титана, или собственно титановую кислоту Ti(OH)₄, нельзя выделить, в этом она похожа на кремниевую и оловянную кислоты. ά- и β- титановые кислоты, представляющие собой более или менее дегидратированные производные гидроокиси титана(IV), полностью сравнимы с ά- и β-оловянными кислотами.

     Нейтральный или подкисленный раствор сульфата титанила, а также других солей титана окрашивается перекисью водорода в темно-оранжевый цвет (реакция обнаружения перекиси водорода). Аммиак осаждает из этих растворов пероксотитановую кислоту H₄TiO₅ желто-коричневого цвета, имеющую формулу Ti(OH)₃O-OH.[2,c.635]

     Применяется TiO₂ при изготовлении тугоплавких стекол, глазури, эмали, жароупорной лабораторной посуды, а также для приготовления белой масляной краски, обладающей высокой кроющей способностью (титановые белила).

     Сплавлением TiO₂ с BaCO₃ получают титанат бария BaTiO₃. Эта соль имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость и, кроме того, обладает способностью деформироваться под действием электрического поля. Кристаллы титаната бария применяются в электрических конденсаторах высокой емкости и малых размеров, в ультразвуковой аппаратуре, в звукоснимателях, в гидроакустических устройствах.[1,c.650]

     Хлорид  титана(IV) TiCl₄, получаемый тем же способом, что и SiCl₄, представляет собой бесцветную жидкость с температурой кипения 136˚C и температурой плавления -32˚С, гидролизующуюся водой с образованием TiO₂ и 4HCl. С галогенидами щелочных металлов хлорид титана(IV) дает двойные хлориды, содержащие комплексный ион [TiCl₆]^2-. Фторид титана(IV) TiF₄ выделяют в виде белого порошка с температурой плавления 284˚С; он также легко гидролизуется и образует с HF гексафторотитановую(IV) кислоту H₂TiF₆, подобную гексафторкремниевой кислоте.

     Безводный хлорид титана(III) TiCl₃ получают в виде фиолетового порошка пропусканием паров TiCl₄ вместе с Н₂ через медную трубку, нагретую примерно до 700˚C. В виде водного раствора (фиолетового цвета) его получают восстановлением TiCl₄ в соляной кислоте при помощи цинка или электролитически. Так же получают и сульфат титана(III). Из водного раствора хлорида титана(III) выкристаллизовывается фиолетовый гексагидрат TiCl₃·6H₂O.

     Хлорид  титана(II) TiCl₂, окрашенный в черный цвет, получают термическим разложением TiCl₃ при 700˚С в атмосфере водорода: 

     Бесцветный  водный раствор этого хлорида  быстро окисляется на воздухе, при этом он вначале окрашивается в фиолетовый цвет, а затем снова становится бесцветным вследствие образования  сначала соединения Ti(III), а затем соединения Ti(IV).[2,c.636]

     Карбонитриды, оксикарбиды и оксинитриды титана. Обнаружено, что характер зависимости растворения тугоплавких фаз внедрения (ТФВ) – карбидов, нитридов и оксидов титана – от состава коррелирует с изменением степени металличности связей Ti-Ti в ряду TiC-TiN-TiO, а именно: с увеличением степени металличности фаз в этом направлении их химическая стойкость в HCl и H₂SO₄ снижается, а в HNO₃ – растет. Поскольку карбиды, нитриды и монооксид титана характеризуются полной взаимной растворимостью, то можно ожидать, что и при взаимодействии их твердых растворов с кислотами будет проявляться аналогичная закономерность.

     Однако  имеющиеся в литературе сведения о зависимости степени растворения  TiC_xO_y и TiN_xO_y от состава в минеральных кислотах плохо согласуются с этим предположением. Так, растворимость TiC_xO_y (фракция <56 мкм) в конц. HCl отсутствует вообще (20˚C, 6 ч и 100˚С, 3 ч), а в H₂SO₄ – отсутствует при 20˚C (6 ч), но монотонно возрастает от 3% (TiC_0.30O_0.78) до 10% (TiC_0.86O_0.12) при 100˚C (3 ч). Степень растворения TiC_xO_y (фракция 15-20 мкм) в 92%-ной H₂SO₄ (100˚C, 1 ч), напротив, уменьшается с ростом содержания углерода от 16% (TiC_0.34O_0.66) до 2%(TiC_0.78O_0.22). Степень растворения TiC_xO_y в конц. HCl (d=1,19 г/см) в тех же условиях достигает 1-2%, не обнаруживая ,однако, какой-либо зависимости от состава фазы. Степень растворения TiN_xO_y в конц. HNO₃ – низкая (2,5-3,0%) и не зависит от состава оксинитрида (20˚C, 6 ч). С другой стороны степень растворения TiN_xO_y в HNO₃ в тех же условиях варьирует в очень широких пределах: от 98% для TiC_0.88O_0.13 до 4,5% для TiC_0.11O_0.82. Трудно сказать что-либо определенное о характере зависимости степень растворения – состав карбонитрида титана в соляной и серной кислотах. Степень растворения TiC_xO_y в HCl очень мала (0,3%) и не зависит от состава карбонитрида (60˚C, 6 ч). Однако в конц. H₂SO₄ она на порядок выше (3,0-6,5%) и характеризуется минимумом (2%) для образца состава TiC_0.67O_0.26.

     Полученные  экспериментальные данные позволяют  утверждать, что характер зависимости  растворения TiC_xN_y, TiC_xO_y и TiN_xO_y от состава в HCl, H₂SO₄ и HNO₃ является вполне определенным и, более того, подобным установленному ранее для TiC_x, TiN_x и TiO_x. Это означает, что и причины качественно различного хода этих зависимостей в HCl и H₂SO₄, с одной стороны, и в HNO₃ с другой, должны быть общими для всех исследованных соединений системы TI-C-N-O, т.е. определяться степенью металличности связи Ti-Ti и пассивирующей способностью образующихся продуктов взаимодействия.[4]

     Титанаты лития и цинка Li₂ZnTi₃O₈ и Li₂Zn₃Ti₄O₁₂ имеют кубическую шпинельную структуру с различным распределением катионов по позициям. Установлено, что эти соединения являются твердыми литийпроводящими электролитами. В Li₂ZnTi₃O₈ катионы лития и титана упорядочены в октаэдрических позициях в соотношении 1:3, половина атомов лития и цинк статистически распределены по тетраэдрическим позициям: (Li_0.5Zn_0.5)[Li_0.5Ti_1.5]O₄. Кристаллохимическая формула Li₂Zn₃Ti₄O₁₂ может быть записана как (Zn)[Li_2/3Ti_4/3]O₄. На основе анализа ИК- и КР-спектров предложен иной способ распределения атомов лития и цинка в структуре данных шпинелей: литий имеет тетраэдрическую координацию, а цинк и титан – октаэдрическую. Отмечено также сильное искажение октаэдров TiO₆: так, в Li₂Zn₃Ti₄O₁₂ окружение ионов Ti⁴⁺ ,близко к пяти координационному. Невысокая ионная проводимость этих титанатов при повышенных температурах объясняется тетраэдрической координацией атомов лития.

     На  примере галидных шпинелей Li₂MX₄ (M=Mg²⁺,Mn²⁺,Fe²⁺; X=Cl^-,Br^-) установлено, что катионный состав и распределение атомов лития по позициям оказывает сильное влияние на величину электропроводности. Так как в структуре шпинели нет общих граней между одинаковыми катионными позициями, в ионном переносе участвует несколько различных позиций. Высокие значения ионной проводимости в хлоридных шпинелях наблюдались в результате разупорядочения структуры соединений, связанного с переходом атомов лития при повышенных температурах из тетраэдрических позиций 8а в свободные октаэдрические позиции 16с. При этом шпинельная структура превращалась в структуру типа NaCl. Информативным методом исследования разупорядочения структуры хлоридных шпинелей явилось изучение КР-спектров соединений при высоких температурах.[5]

 
Заключение

     Титан в настоящее время находит  применение во многих отраслях промышленности. Сплавы его с небольшими добавками алюминия, хрома, марганца и других металлов имеют высокую прочность, жаропрочность, малую плотность. Они являются важнейшими конструкционными материалами для деталей ответственного назначения, используемых в «тяжелых условиях» — при высоких или очень низких температурах, в морской воде и во влажном морском воздухе. Титан и его сплавы применяются для изготовления многих деталей самолетов, морских судов, а также в химической промышленности. Особой прочностью характеризуются титан-ванадиевые сплавы, которые используются в ракетостроении и космической технике, например, для изготовления баллонов высокого давления, топливных систем ракет «Апполон», «Сатурн», корпусов двигателей космических кораблей и др. Сплавы титана находят применение при изготовлении быстрорезов (скоростное резание металлов), титановых белил и эмалей, для производства дымообразователей, получения гипохлорита натрия NaCIO (используется для обезвреживания циансодержащих сточных вод). Кондиционными на титан являются россыпные месторождения с содержанием не менее 20 кг/т в пересчете на «условный ильменит», а для коренных месторождений — руды, дающие при механическом обогащении выход ильменитового концентрата не менее 10 % или рутилового не менее 1,5 % от массы исходной руды.  
 
 
 
 

     Литература 

1. Н.Л. Глинка. Общая химия – Л.: Химия, 1981, - 720 с.;
2. К. Неницеску. Общая химия – М.: Мир, 1968, 816 с.;
3. Н.С. Ахметов. Общая и неорганическая химия – М.: Высшая школа, 743с.;
4. В.А. Жиляев, А.П. Штин. "Взаимодействие карбонитридов, оксикарбидов и оксинитридов титана с концентрированными минеральными кислотами", Журнал неорганической химии, т.48, №8(Август 2003), с.1402;
5. И.А. Ленидов, Л.А. Переляева и др. "Исследование разупорядочения шпинелей Li_2xZn_2-3xTi_1+xO₄(x=0.33, 0.5) методом спектроскопии комбинационного рассеяния света: Корреляция с ионной проводимостью", Журнал неорганической химии,т.48, №11(Ноябрь 2003), с.1841;
6. М.М. Годнева, Д.Л. Мотов, Химия подгруппы титана – Л.: Наука, 1980, - 175с.;
7. Сергеев В.В., Галицкий Н.В и др. Металлургия титана – М.: Металлургия, 1971, - 320с.;
8. Под ред. Галицкого Б.А. Титан и его сплавы в химическом машиностроении – М.: Машиностроение, 1968 – 340с.