4. skupina

Question 1

zpracování ilmenitu na ferrotitan, resp. Ti

Answer 1

a)FeTiO3 + Al (Si,C) → Fe + Ti + Al2O3

b) Krollova metoda
2FeTiO3 + 7Cl2 + 6C → 2 TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 CO
NEBO TiO2 + 2 Cl2 + 2 C → TiCl4 + 2 CO
TiCl4 se oddestiluje a redukuje hořčíkem pod argonem a 800°C
TiCl4 (g) + Mg (s) → Ti (s) + MgCl2 (l)

rafinace Ti: Van Arke-de Boerova metoda
1)Příprava titanového tetrachloridu (TiCl4) z limenitu TiO2:
TiO2 + 2C + 2Cl2 → TiCl4 + 2CO
2) destilace TiCl4
3) redukce sodíkem/hliníkem na vysoce čistý kovový titan
TiCl4 + 4Na → Ti + 4NaCl

Question 2

Fyzikální a chemické vlastnosti Ti

Answer 2

• elektropozitivní, ale pasivace (MeO2)
• za tlaku a vyšší teploty - reagují s X2, O2, H2, N2 (Ti bouřlivě), B, H2O
• odolné vůči OH-
• nesnadno se rozpouští v minerálních kyselinách, ale za varu: Ti + HCl → TiCl3 + H2
• Ti – pevný, lehký, korozi odolný kov

Question 3

Výroba a použití TiO2, TiCl4 a kovového Ti

Answer 3

O(2-)
FeTiO3 + H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + TiOSO4 (síran titanylu)
+ Fe (technický odpad) → FeSO4 + TiOSO4
filtrace (FeSO4 . 7 H2O), zahuštění
roztok TiOSO4 → TiO2 + H2SO4

použití TiO2:
-barviva a pigmenty (titanová běloba)
-absorpce UV - opalováky
-fotokatalýza
-keramika sklo
-potravinářství (barvivo)
-elektornika a optika

TiCl4
z O2- reduktivní chlorace, snadná hydrolýza
TiO2 + 2C + 2Cl2 → TiCl4 + 2CO

použití:
-titanové slitiny (pevnost, nízká hmotnost, odolnost x korozi)
- ziegler-natt kat. - polymerní materiály, viz jiná kartička
-výroba povrchových úprav - získání vrstvičky TiO2 - chirurgické implantáty, el. součástky

Ti
viz jiná kartička

použití:
-letecký, námořní a vesmírný průmysl - vysoká pevnost a nízká hmotnost
-zdravotnictví
-sportovní vybavení

Question 4

Redukční účinky nižších ox. stavů (TiCl3, TiCl2)

Answer 4

TiCl2 příklad - redukce R-X na R-H
R-X + TiCl2 → R-H + TiCl4 + HCl

TiCl3 příklad - Lewis. kys. k aktivaci elektrofilů při Friedel-Crafts nebo Diels-Alder
kat. přenosu elektronů např. při redukci ketonů nebo oxidaci alkoholů
součást kat. systémů polymerace (např. polypropylen)

Question 5

Ziegler-Nattovy katalyzátory

Answer 5

Ziegler-Nattovy katalyzátory jsou významné pro průmyslovou výrobu polyolefinů, jelikož umožňují efektivní a selektivní polymerizaci olefinů při mírných podmínkách

Ziegler-Nattovy katalyzátory jsou tvořeny kombinací organických sloučenin přechodných kovů, jako je titan (např. TiCl3) nebo zirkonium, a alkylhalogenidů hliníku nebo hořčíku. Tyto katalyzátory jsou schopny katalyzovat polymerizaci olefinů (např výroba polyethylenu/polypropylenu

Question 6

Zr a Hf - dělení na úrovni fluorokomplexů, výroba chloridů a elementárních prvků.

Answer 6

výroba - reduktivní chlorace

ZrO2 + 2 Cl2 + 2 C → ZrCl4 + 2 CO Krollovy metody
ZrCl4 + 2 Mg → Zr + 2 MgCl2

HfO2 + 2 Cl2 + 2 C → HfCl4 + 2 CO
HfClO4 + 2 Mg → Hf + 2 MgCl2

fluorokomplexy:
Jedním z příkladů je využití fluorokomplexů zirkonia a hafnia při depozici tenkých filmů pomocí chemického naprašování z plynné fáze (Chemical Vapor Deposition, CVD) nebo atomární vrstvové depozice (Atomic Layer Deposition, ALD). Při těchto procesech se fluorokomplexy zirkonia a hafnia používají jako prekurzory, které se rozkládají za vysokých teplot na povrchu substrátu a vytvářejí tenkou vrstvu zirkonia nebo hafnia.

dále katalýza polymerace olefinů, aldol. reakce, křížová acylace

výroby fluorokomplexů:
ZrO2 + 2HF -> ZrF4 + H2O

ZrCl4 + 4HF -> ZrF4 + 4HCl

Zirkon: ZrO2 + 4HF*NH4F -> ZrF4 + 2NH3 + 2H2O