TiO2的物理化学性质

TiO₂的三种相结构中，金红石相 TiO₂的相对密度和折射率较大，具有很高的分散光射线本领和很强的遮盖力及着色力;锐钛矿相 TiO₂,结构不如金红石相稳定，但其光催化活性和超亲水性较高，常用作光催化剂;板钛矿相 TiO₂最不稳定，是一种亚稳相，很少被直接应用。锐钛矿相、金红石相和板钛矿相 TiO₂的物理性质如表 1-1所示。

 

表 1-1 锐钛矿相、金红石相和板钛矿相 TiO₂的物理性质

物相	密度/(g·cm-3)	熔点和沸点/K	介电常数	硬度	折射率
锐钛矿	3.8~3.9	-	48	5.5~6.0	2.55
金红石	4.2~4.3	3200士300	180(与c轴平行)、90(与c轴垂直	6.0~7.0	2.71
板钛矿	3.9~4.1	-	-	5.6~6.0	-

TiO₂的化学性质稳定，在常温下几乎不与其他物质发生反应，是一种偏酸性的两性氧化物。TiO₂与 O,、HS、SO,、CO,和 NH,都不发生反应，也不溶于水、脂肪酸和其他有机酸及弱无机酸，微溶于碱和热硝酸，只有在长时间煮沸条件下才能完全溶于浓 H2SO4和 HF。其反应方程式如下:

 

TiO₂+ H₂SO4 -->TiOSO4 + H₂O        (1-1)

TiO₂+ 6HF-->H₂TiE6 +2H₂O           (1-2)

TiO,+ 2H2SO4 ->Ti(SO4)₂+ 2H₂О       (1-3)

 

TiO₂与酸式硫酸盐(如 KHSO4)或焦硫酸盐(如 K2S₂O7)共熔,可转变为微溶的 TiOSO4或 Ti(SO4)2:

 

TiO₂+2KHSO4 -->TiOSO4 +K₂SO4 +H₂O    (1-4)

TiO₂+4K₂S₂07-->Ti(SO4)2+4K2SO4 +2S03    (1-5)

 

TiO₂能熔于碱，与强碱(NaOH、KOH)或碱金属碳酸盐(Na2CO3、K2CO3;)熔融时可转化为溶于酸的钛酸盐:

 

TiO₂+ 4NaOH-->Na4TiO4 +2H₂O   (1-6)

 

在高温下，当有还原剂(碳、淀粉、石油焦)存在时，TiO₂能被 Cl₂氯化成 TiC14:

 

TiO₂+2C+2CL2--->TiCl4 +2CO     (1-7)

 

该反应是氯化法生产钛白粉的理论基础,但是若无还原剂混配,则即使在 1800 ℃下TiO2也不会与 C,发生氯化反应。TiO,与 COCh、CC1、SiCl 等作用，同样也能被氣化成 TiCL4。

TiO2在高温下可被 H、Na、Mg、A1、Zn、Ca 及某些变价元素的化合物还原成低价态的化合物,但很难被还原成金属 Ti。例如,将干燥的H,通入赤热的 TiO,,可得到 TizO3;在 2000 ℃、15.2 MPa的H中，能获得 TiO，但是若将金红石型钛白粉喷入等离子室中,

则 TO₂可与氢气反应而被还原成金属 Ti。反应方程式如下:

2TiO₂+ H₂--->Ti₂O3+ H₂O       (1-8)

TiO₂+H₂--->TiO + H₂O         (1-9)

TiO₂ + H₂--->Ti + 2H₂O        (1- 10)

在光和空气的作用下，悬浮在某些有机介质中的TiO2可循环地被还原与氧化而导致介质被氧化，这种光化学活性在紫外光照射下的锐钛矿相TiO2中表现得尤为明显。这一性质使TiO2成为某些反应的有效催化剂，它既是某些无机化合物的光致氧化催化剂，又是某些有机化合物的光致还原催化剂。

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