Электрохимические свойства титана
Отношение титана к кислороду сухого воздуха:
Ti + O2 = TiO2
Составим ионно-электронный баланс:
Ti0 – 4e = Ti+4
O20 + 4e = 2O-2
ΔGокс = -889 Кдж/моль
Так как содержание в воздухе кислорода 21%, то при нормальных условиях РО2 = 0,21 Атм.
(РО2)z/2 = (РО2)2 = 0,212 = 0,0441 < 0,21 значит реакция будет протекать самопроизвольно в прямом направлении. Оценка сплошности TiO2 – 1,76 следовательно реакция будет протекать до образования защитной оксидной пленки.
Отношение к воде с аэрацией:
Ti + 2H2O + O2 = Ti(OH)4
Составим ионно-электронный баланс:
Ti0 – 4e + 4H2O = Ti+4(OH)4 + 4H+
O20 + 4e + 2H2O = 4(OH)-
E = φO2/OH – φTi(OH)4/Ti = 1,23-(-0,88) = 2,11
Так как Е>0 то реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении и протекает до образования защитной гидроксидной пленки. Титан способен взаимодействовать с водой, но гидроксидная пленка сплошная и малорастворимая, она предохраняет компактный титан от взаимодействия с водой вплоть то критической температуры окисления.
Отношение к воде без аэрации:
Ti + 4H2O = Ti(OH)4 + 2H2
Составим ионно-электронный баланс:
2H2O + 2e = H2 + 2(OH)-
Ti0 – 4e + 4H2O = Ti+4(OH)4 + 4H+
E = φH2O/H2 – φTi(OH)4/Ti = -0.41-(-0.88) = 0.47
Так как Е>0 то реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении и протекает до образования защитной гидроксидной пленки, однако не так интенсивно как при аэрации(так как кислород более сильный окислитель чем вода). Титан способен взаимодействовать с водой, но гидроксидная пленка сплошная и малорастворимая, она предохраняет компактный титан от взаимодействия с водой вплоть то критической температуры окисления.
Отношение к неокислительным кислотам:
Ti + 4HCl = TiCl4 + 2H2 (pH = 1)
E = φH+/H2 – φTi4+/Ti = -0.059-(-0.88)=0.82
Так как Е>0 то реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении и протекает до образования защитной пленки, состоящей из соли. Соль TiCl4 малорастворима и оценка сплошности имеет высокое значение, следовательно компактный титан не будет взаимодействовать с соляной кислотой ввиду того, что на поверхности образуется сплошная пленка из малорастворимой соли, которая предохраняет титан от кислоты.
Отношение к окислительным кислотам:
Ti + 8HNO3(к) = 4NO2 + Ti(NO3)4 + 4H2O (при повыш. темп.)
Составим ионно-электронный баланс:
(NO3)- + e + 2H+ = NO2 + H2O |*4
Ti0 – 4e + 4(NO3)- = Ti+4(NO3)4 |*1
Ti + 8HNO3(к) = NO2 + TiO2 + H2O (на холоду)
Составим ионно-электронный баланс:
(NO3)- + e + 2H+ = NO2 + H2O |*4
Ti0 – 4e + 2H2O = TiO2 + 4H+ |*1
E = φNO3/NO2 – φTi4+/Ti = 0.8-(-0.88) = 1.68
Реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении, но плотные и сплошные оксидная или солевая пленка предохраняет компактный титан от взаимодействия с кислотой.
Отношение к растворам щелочей:
Ti + H2O + 2NaOH = 2H2 + Na2TiO3 (pH=14)
E = φH2O/H2 – φTi4+/Ti = -0.059*14-(-0.88) = 0.05
Реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении, но малоинтенсивно.
Отношение к расплавам щелощей:
Ti + O2 + 2NaOH(рас-в) = Na2TiO3 + H2O