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El tetracloruro de titanio es el compuesto inorgánico con la fórmula TiCl₄ . Es un intermediario importante en la producción de titanio metálico y del pigmento dióxido de titanio . El TiCl₄ es un líquido volátil . Al entrar en contacto con aire húmedo, forma densas nubes de dióxido de titanio ( TiO₂ ) y ácido clorhídrico , una reacción que antiguamente se utilizaba en máquinas de humo. A veces se le denomina "tickle" o "tickle 4", como representación fonética de los símbolos de su fórmula molecular ( TiCl₄ ) . [ 7 ] [ 8 ]
Propiedades y estructura
El TiCl₄ es un líquido denso e incoloro, aunque las muestras crudas pueden ser amarillas o incluso de color marrón rojizo. Es uno de los pocos haluros de metales de transición que es líquido a temperatura ambiente, siendo el VCl₄ otro ejemplo. Esta propiedad refleja el hecho de que las moléculas de TiCl₄ se autoasocian débilmente. La mayoría de los cloruros metálicos son polímeros , en los que los átomos de cloruro actúan como puentes entre los metales. Su punto de fusión es similar al del CCl₄ . [ 9 ] [ 10 ]
El Ti⁴⁺ tiene una capa electrónica "cerrada", con el mismo número de electrones que el gas noble argón . La estructura tetraédrica del TiCl₄ es consistente con su descripción como un centro metálico ad⁰ ( Ti⁴⁺ ) rodeado por cuatro ligandos idénticos. Esta configuración conduce a estructuras altamente simétricas , de ahí la forma tetraédrica de la molécula. El TiCl₄ adopta estructuras similares a las del TiBr₄ y el TiI₄ ; los tres compuestos comparten muchas similitudes. El TiCl₄ y el TiBr₄ reaccionan para dar haluros mixtos TiCl₄ − xBrₓ , donde x = 0 , 1, 2, 3, 4. Las mediciones de resonancia magnética también indican que el intercambio de haluros es rápido entre el TiCl₄ y el VCl₄ . [ 11 ]
El TiCl 4 es soluble en tolueno y clorocarbonos . Ciertos arenos forman complejos del tipo [ (C 6 R 6 )TiCl 3 ] + . [ 12 ] El TiCl 4 reacciona exotérmicamente con disolventes donadores como el THF para dar aductos hexacoordinados . [ 13 ] Los ligandos más voluminosos (L) dan aductos pentacoordinados TiCl 4 L .
Producción
El TiCl₄ se produce mediante el proceso de cloruro , que implica la reducción de minerales de óxido de titanio, típicamente ilmenita ( FeTiO₃ ), con carbono bajo flujo de cloro a 900 ° C. Las impurezas se eliminan por destilación . [ 10 ]
- 2 FeTiO 3 + 7 Cl 2 + 6 C → 2 TiCl 4 + 2 FeCl 3 + 6 CO
La coproducción de FeCl₃ es indeseable, lo que ha motivado el desarrollo de tecnologías alternativas. En lugar de utilizar directamente ilmenita, se utiliza la "escoria de rutilo". Este material, una forma impura de TiO₂ , se obtiene de la ilmenita mediante la eliminación de hierro, ya sea por reducción con carbono o por extracción con ácido sulfúrico . El TiCl₄ crudo contiene diversos haluros volátiles, como cloruro de vanadilo ( VOCl₃ ) , tetracloruro de silicio ( SiCl₄ ) y tetracloruro de estaño ( SnCl₄ ) , que deben separarse. [ 10 ]
Aplicaciones
Producción de metal de titanio
El suministro mundial de titanio metálico, aproximadamente 250 000 toneladas al año, se obtiene a partir de TiCl₄ . La conversión implica la reducción del tetracloruro con magnesio metálico. Este procedimiento se conoce como proceso Kroll : [ 14 ]
- 2 Mg + TiCl 4 → 2 MgCl 2 + Ti
En el proceso Hunter , el sodio líquido es el agente reductor en lugar del magnesio. [ 15 ]
Producción de dióxido de titanio
Alrededor del 90% de la producción de TiCl₄ se utiliza para fabricar el pigmento dióxido de titanio ( TiO₂ ) . La conversión implica la hidrólisis de TiCl₄ , un proceso que forma cloruro de hidrógeno : [ 14 ]
- TiCl 4 + 2 H 2 O → TiO 2 + 4 HCl
En algunos casos, el TiCl 4 se oxida directamente con oxígeno :
- TiCl 4 + O 2 → TiO 2 + 2 Cl 2
cortinas de humo
Se ha utilizado para producir cortinas de humo, ya que genera un humo blanco y denso con poca tendencia a ascender. El "tickle" era el método habitual para producir efectos de humo en los platós de cine, antes de ser descartado en la década de 1980 debido a la preocupación por los efectos del HCl hidratado en el sistema respiratorio.
Reacciones químicas
El tetracloruro de titanio es un reactivo versátil que forma diversos derivados, incluidos los que se ilustran a continuación. [ 16 ]
Alcoholismo y reacciones relacionadas
Una reacción característica del TiCl₄ es su fácil hidrólisis , señalizada por la liberación de vapores de HCl y óxidos y oxicloruros de titanio . El tetracloruro de titanio se ha utilizado para crear cortinas de humo navales, ya que el aerosol de ácido clorhídrico y el dióxido de titanio que se forma dispersan la luz de manera muy eficiente. Sin embargo, este humo es corrosivo. [ 10 ]
Los alcoholes reaccionan con TiCl₄ para dar alcóxidos con la fórmula [ Ti(OR) ₄ ] n ( R = alquilo , n = 1, 2, 4). Como indica su fórmula, estos alcóxidos pueden adoptar estructuras complejas que van desde monómeros hasta tetrámeros. Estos compuestos son útiles en la ciencia de los materiales, así como en la síntesis orgánica . Un derivado bien conocido es el isopropóxido de titanio , que es un monómero. El dicloruro de bis(acetilacetonato) de titanio resulta del tratamiento de tetracloruro de titanio con exceso de acetilacetona : [ 17 ]
Las aminas orgánicas reaccionan con TiCl₄ para dar complejos que contienen grupos amido ( con R₂N⁻ ) e imido ( con RN₂⁻ ) . Con amoníaco, se forma nitruro de titanio . Una reacción ilustrativa es la síntesis de tetrakis(dimetilamido)titanio Ti(N(CH₃ ) ₂ ) ₄ , un líquido amarillo soluble en benceno: [ 18 ] Esta molécula es tetraédrica, con centros de nitrógeno planares. [ 19 ]
- 4 LiN(CH 3 ) 2 + TiCl 4 → 4 LiCl + Ti(N(CH 3 ) 2 ) 4
Complejos con ligandos simples
El TiCl 4 es un ácido de Lewis , como lo demuestra su tendencia a hidrolizarse . Con el éter THF , el TiCl 4 reacciona para dar cristales amarillos de TiCl 4 (THF) 2 . Con sales de cloruro, el TiCl 4 reacciona para formar secuencialmente [ Ti 2 Cl 9 ] − , [ Ti 2 Cl 10 ] 2− (ver figura anterior) y [ TiCl 6 ] 2− . [ 20 ] La reacción de los iones cloruro con TiCl 4 depende del contraión. [ N(CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) 4 ]Cl y TiCl 4 dan el complejo pentacoordinado [ N(CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) 4 ] [ TiCl 5 ] , mientras que el más pequeño [ N(CH 2 CH 3 ) 4 ] + da [ N(CH 2 CH 3 ) 4 ] 2 [ Ti 2 Cl 10 ] . Estas reacciones resaltan la influencia de la electrostática en las estructuras de compuestos con enlaces altamente iónicos.
Redox
La reducción de TiCl₄ con aluminio produce una reducción de un electrón. El tricloruro ( TiCl₃ ) y el tetracloruro tienen propiedades contrastantes: el tricloruro es un sólido coloreado, al ser un polímero de coordinación , y es paramagnético . Cuando la reducción se lleva a cabo en solución de THF , el producto Ti(III) se convierte en el aducto azul claro TiCl₃ (THF) ₃ .
Química organometálica
La química organometálica del titanio generalmente comienza con TiCl₄ . Una reacción importante involucra ciclopentadienilo de sodio para dar dicloruro de titanoceno , TiCl₂ ( C₅H₅ ) ₂ . Este compuesto y muchos de sus derivados son precursores de los catalizadores de Ziegler-Natta . El reactivo de Tebbe , útil en química orgánica, es un derivado de titanoceno que contiene aluminio y que surge de la reacción del dicloruro de titanoceno con trimetilaluminio . Se utiliza para las reacciones de "olefinación". [ 16 ]
Los arenos , como el C 6 (CH 3 ) 6, reaccionan para dar los complejos de tipo taburete de piano [ Ti(C 6 R 6 )Cl 3 ] + (R = H, CH 3 ; véase la figura anterior). Esta reacción ilustra la elevada acidez de Lewis de la entidad TiCl + 3 , que se genera por la abstracción de cloruro del TiCl 4 por el AlCl 3 . [ 12 ]
Reactivo en síntesis orgánica
El TiCl₄ se utiliza ocasionalmente en síntesis orgánica , aprovechando su acidez de Lewis , su oxofilicidad y las propiedades de transferencia de electrones de sus haluros de titanio reducidos. Se utiliza en la adición aldólica catalizada por ácido de Lewis [ 21 ]. La clave de esta aplicación reside en la tendencia del TiCl₄ a activar aldehídos (RCHO) mediante la formación de aductos como (RCHO)TiCl₄OC ( H)R . [ 22 ]
Toxicidad y consideraciones de seguridad
Los riesgos que presenta el tetracloruro de titanio generalmente se derivan de su reacción con el agua, que libera ácido clorhídrico , el cual es altamente corrosivo y cuyos vapores son extremadamente irritantes. El TiCl₄ es un ácido de Lewis fuerte , que forma aductos exotérmicamente incluso con bases débiles como el THF y el agua.
Referencias
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Enlaces externos
- Tetracloruro de titanio: Información sobre riesgos para la salud
- Base de datos de referencia estándar del NIST
- ChemSub Online: Tetracloruro de titanio
- compuestos de titanio(IV)
- cloruros
- haluros de titanio
- Reactivos para química orgánica
