Дисульфид титана

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}} Дисульфи́д тита́на — неорганическое соединение, соль переходного металла титана и сероводородной кислоты с формулой TiSШаблон:Sub, относится к группе дихалькогенидов переходных металлов.

При обычных условиях — золотисто-жёлтые кристаллы со слабым запахом сероводорода, не растворимые в воде, реагирует с горячей водой с выделением сероводорода.

Применяется в качестве катодной массы электрохимических источников тока и аккумуляторов и в качестве твёрдого смазочного материала.

Получение

Синтезом из элементов:

$\mathrm{T}\mathrm{i}+2\mathrm{S}\stackrel{\mathrm{T}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+335\mathrm{k}\mathrm{J}$.

Нагреванием смеси паров тетрахлорида титана и сероводорода при высокой температуре, эта реакция пригодна для формирования тонких плёнок вещества на какой-либо подложке, реакция протекает в две стадии:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\stackrel{800-850{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{o}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}o}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}+2\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l},$

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\stackrel{800-850{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{o}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}o}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l},$

суммарная реакция:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\stackrel{800-850{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{o}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}o}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+4\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$.

Действием сероводорода на элементарный титан при высокой температуре:

$\mathrm{T}\mathrm{i}+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\stackrel{\mathrm{T}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$.

Дисульфид титана образуется также при действии расплавленной серы на дихлороксид титана при 120°С:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{S}\stackrel{120{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{o}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}o}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Действием сероводорода на тетрафторид титана при температуре красного каления:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{F}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\stackrel{\mathrm{T}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+4\mathrm{H}\mathrm{F}$.

Дисульфид титана образуется при восстановлении сульфата титана(IV) водородом:

$\mathrm{T}\mathrm{i}(\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4){\phantom{A}}_2+8\mathrm{H}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+8\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Вместе с примесями дисульфид титана получается при пропускании очень медленного тока паров сероуглерода над нагретым спрессованным и высушенным диоксидом титана:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{C}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$.

Дисульфид титана также образуется при восстановлении сульфата титана(IV) водородом:

$\mathrm{T}\mathrm{i}(\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4){\phantom{A}}_2+8\mathrm{H}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+8\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Химические свойства

Разлагается при сильном нагревании без доступа воздуха:

$2\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2\stackrel{1000{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{o}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}o}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_3+\mathrm{S}$.

Восстанавливается при нагревании в атмосфере водорода сначала до степени окисления +3, а затем до степени окисления +2:

$2\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\stackrel{1000{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{o}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}o}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_3\text{+}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S},$

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\stackrel{>1000{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{o}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}o}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}$.

Реагирует с расплавленными щелочами, пример реакции с гидроксидом калия с образованием титаната калия и сульфида калия:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+6\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{\mathrm{T}}{\to }\mathrm{K}{\phantom{A}}_2\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+2\mathrm{K}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

При нагревании реагирует с углекислым газом:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\stackrel{\mathrm{T}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{S}+2\mathrm{C}\mathrm{O}$.

При комнатной температуре диоксид титана устойчив к атмосферным воздействиям, но при умеренном нагревании на воздухе начинает окисляться до диоксида титана и диоксида серы. При сильном нагреве загорается:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+3\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\stackrel{\mathrm{T}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$.

При реакции с горячей концентрированной серной кислоты образуется сульфат титанила, элементарная сера, сернистый газ и вода:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4\stackrel{\mathrm{T}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{O}\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{S}+2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

При взаимодействии с холодной концентрированной азотной кислотой образует дигидроксид-динитрат титана, серу, диоксид азота и воду:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+6\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\stackrel{0{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{o}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}o}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{T}\mathrm{i}(\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2+2\mathrm{S}+4\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Реакция взаимодействия с концентрированной соляной кислотой образует тетрахлородиакватитана и сероводород:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+4\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{T}\mathrm{i}(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}){\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}$.

Воcстановление активным металлом до элементарного титана в инертной атмосфере, например, в аргоне, активный металл окисляется до соответствующего сульфида:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{C}\mathrm{a}\stackrel{1000{\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{o}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}o}\mathrm{C}}{\to }2\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{S}+\mathrm{T}\mathrm{i},$

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{M}\mathrm{g}⟶2\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{S}+\mathrm{T}\mathrm{i}$.

Физические свойства

Дисульфид титана при обычных условиях представляет собой золотисто-жёлтые, «бронзового» цвета чешуйчатые мелкие кристаллы, крупные кристаллы имеют золотистый цвет с зеленоватым оттенком, в мелкодисперсном виде после возгонки — бурый порошок. Диамагнетик.

Из-за взаимодействия с парами воды воздуха имеет слабый запах сероводорода. Не растворяется в холодной воде. Медленно реагирует с горячей водой. Огнеопасен, при сильном нагреве на воздухе загорается, выделяя диоксид серы.

Кристаллизуется в Шаблон:Крист. Имеет слоистую кристаллическую структуру типа иодида кадмия.

При 1470 °C дисульфид претерпевает полиморфное превращение.

Атомы серы пространственно расположены в гексагональной плотной упаковке. Через каждые 2 плоских слоя атомов серы расположен плоский слой атомов титана, находящихся в октаэдрических полостях. Силы сцепления Ван-дер-Ваальса между двумя соседними слоями атомов серы малы и между слоями может происходить лёгкое скольжение, подобно скольжению слоёв атомов углерода в кристалле графита.

Теплоемкость дисульфида титана при Шаблон:Nobr составляет Шаблон:Nobr или Шаблон:Nobr

Стандартная теплота образования дисульфида титана составляет Шаблон:Nobr

Плотность дисульфида титана при Шаблон:Nobr равна Шаблон:Nobr

Дисульфид титана является полупроводником с электронным типом проводимости c концентрацией носителей заряда Шаблон:Nobr и имеет высокую электропроводность характерную для полуметаллов.

Высокая электропроводность наряду с другими его свойствами обуславливает применение вещества в катодных массах литий-ионных аккумуляторов. Для увеличения электропроводности катодной массы в аккумуляторах его смешивают с сажей или графитом.

Обратимые интеркаляция и деинтеркалирование ионов лития между слоями атомов серы в кристалле дисульфида титана. Эти процессы происходят в материале катода при заряде и разряде некоторых типов литий-ионных аккумуляторов.

Дисульфид титана как и графит может обратимо интеркалировать и деинтеркалировать в свою кристаллическую структуру некоторые атомы и молекулы между слоями атомов серы так ка эти слои слабо связаны силами Ван-дер-Ваальса, например, атомыщелочных металлов, аммиак, гидразин, амиды кислот, при этом происходит «разбухание» кристаллической решётки с увеличением расстояния между кристаллическими слоями атомов. Дисульфид титана часто используется в качестве катодной массы в литий-ионных аккумуляторах и интеркаляция лития в это соединение изучена наиболее полно.

Интеркаляцию лития можно упрощённо описать в виде окислительно-восстановительной реакции:

$\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2+x\mathrm{L}\mathrm{i}⟶\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_x\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2,$

где $\mathrm{x}$ может принимать значения от 0 до 1.

Соединение $\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_x\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2$ обычно записывают в ионной форме $\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{S}{\phantom{A}}_2{\phantom{A}}^{-}$. На этом свойстве вещества основано его применение в качестве катодной массы аккумулятора как накопитель ионов лития. При разряде аккумулятора ионы $\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}^{+}$ внедряются в кристалл дисульфида титана. При разряде происходит обратный процесс.

Применение

Применяется в качестве катодной массы электрохимических источников тока и аккумуляторов и в качестве твёрдого смазочного материала.

Безопасность

Дисульфид титана относится согласно ГОСТ 12.1.005-88 к классу опасности III — вещества с умеренной степенью опасности. Предельно допустимая концентрация вещества в виде аэрозоля в воздухе производственных помещений 6 мг/м³. Требуется хранение с предосторожностями, так как вещество способно самовозгораться.

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Cite journal
• Шаблон:Cite journal