チタン化合物

らせん状の溝が金色に着色されたスチール色のツイストドリルビットです。
TiNコーティングドリルビット

チタンの化学においては+4の酸化状態が支配的である[ 1 ]が、+3の酸化状態の化合物も数多く存在する[ 2 ] 。一般的に、チタンは錯体中で八面体配位構造をとる[ 3 ] [ 4 ]が、四面体TiCl 4は注目すべき例外である。高い酸化状態のため、チタン(IV)化合物は高度な共有結合を示す[ 1 ]。

酸化物、硫化物、アルコキシド

二酸化チタン粉末

最も重要な酸化物はTiO 2であり、アナターゼ、ブルッカイト、ルチルという3つの重要な多形が存在します。これら3つはいずれも白色の反磁性固体ですが、鉱物サンプルは暗色に見えることもあります（ルチルを参照）。TiO 2 は、Tiの周囲に6つの酸化物配位子が結合した高分子構造をとり、これらの配位子は他のTi中心と結合しています。[ 5 ]

チタン酸塩という用語は通常、チタン酸バリウム（BaTiO 3 ）に代表されるチタン(IV)化合物を指します。ペロブスカイト構造を持つこの物質は圧電特性を示し、音と電気の相互変換における変換器として用いられます。[ 6 ]イルメナイト（FeTiO 3）など、多くの鉱物がチタン酸塩です。スターサファイアやルビーは、二酸化チタンの不純物の存在によってアステリズム（星のような輝き）を得ています。 [ 7 ]

チタンの還元酸化物（亜酸化物）には様々な種類が知られており、主に大気プラズマ溶射法で得られる還元化学量論比の二酸化チタンである。Ti(IV)-Ti(III)種と呼ばれるTi 3 O 5は、高温でTiO 2を水素で還元して生成される紫色の半導体であり、 [ 8 ]表面を二酸化チタンで蒸着する必要がある場合に工業的に使用されている。Ti 3 O 5 は純粋なTiOとして蒸発するが、TiO 2は酸化物の混合物として蒸発し、さまざまな屈折率のコーティングを堆積する。[ 9 ]また、コランダム構造のTi 2 O 3や、非化学量論的であることが多いが岩塩構造のTiOも知られている。 [ 10 ]

チタン(IV)アルコキシドは、TiCl 4をアルコールで処理して得られる無色の化合物で、水と反応すると二酸化物に変換されます。工業的には、ゾル-ゲル法による固体TiO 2の堆積に有用です。チタンイソプロポキシドは、シャープレスエポキシ化によるキラル有機化合物の合成に用いられます。[ 11 ]

チタンは様々な硫化物を形成しますが、特にTiS 2のみが大きな注目を集めています。これは層状構造をしており、リチウム電池の開発において正極として用いられてきました。Ti(IV) は「ハードカチオン」であるため、チタンの硫化物は不安定で、硫化水素を放出しながら酸化物に加水分解する傾向があります。[ 12 ]

窒化物と炭化物

窒化チタン（TiN）は、極めて高い硬度、熱伝導性・電気伝導性、高融点を示す耐火性固体である。[ 13 ] TiNの硬度はサファイアやカーボランダム（モース硬度9.0 ）と同等であり、[ 14 ]ドリルビットなどの切削工具のコーティングによく使用される。[ 15 ]金色の装飾仕上げや半導体製造におけるバリア層としても使用される。[ 16 ]炭化チタン（TiC）も非常に硬く、切削工具やコーティングに使用されている。[ 17 ]

ハロゲン化物

チタン(III)化合物は特徴的に紫色をしており、この三塩化チタン水溶液でそれが示されています。

四塩化チタン（塩化チタン(IV)、TiCl 4 [ 18 ]）は、無色の揮発性液体（市販のサンプルは黄色がかっている）で、空気中で加水分解され、白い雲を激しく放出する。クロール法では、TiCl 4はチタン鉱石をチタン金属に変換するために使用される。四塩化チタンは、例えば白色塗料に使用する二酸化チタンの製造にも使用される。[ 19 ]有機化学では、ルイス酸として広く使用されており、例えば向山アルドール縮合に用いられる。[ 20 ]ファン・アルケル・デ・ブール法では、高純度チタン金属の製造時に四ヨウ化チタン（TiI 4）が生成される。[ 21 ]

チタン(III)とチタン(II)も安定な塩化物を形成します。注目すべき例としては、塩化チタン(III)（TiCl 3 ）があり、これはポリオレフィン製造触媒（チーグラー・ナッタ触媒参照）や有機化学における還元剤として用いられます。[ 22 ]

有機金属錯体

チタン化合物は重合触媒として重要な役割を果たすため、Ti-C結合を有する化合物は精力的に研究されてきた。最も一般的な有機チタン錯体は二塩化チタノセン（(C 5 H 5 ) 2 TiCl 2）である。関連化合物には、テッベ試薬やペタシス試薬などがある。チタンはカルボニル錯体を形成し、例えば(C 5 H 5 ) 2 Ti(CO) 2 となる。[ 23 ]

参照

参考文献

  1. ^ a bグリーンウッド＆アーンショー 1997、p. 958
  2. ^グリーンウッド＆アーンショー 1997、970ページ
  3. ^グリーンウッド＆アーンショー 1997、960ページ
  4. ^グリーンウッド＆アーンショー 1997、967ページ
  5. ^グリーンウッド＆アーンショー 1997、961ページ
  6. ^ 「チタン」 .コロンビア大百科事典(第 6 版)。ニューヨーク：コロンビア大学出版局。 2000 ～ 2006 年。ISBN 978-0-7876-5015-5。
  7. ^エムズリー、ジョン (2001). 「チタン」 . 『自然の構成要素：元素のAZガイド』. オックスフォード、イングランド、イギリス: オックスフォード大学出版局. ISBN 978-0-19-850340-8。
  8. ^ Liu, Gang; Huang, Wan-Xia; Yi, Yong (2013年6月26日). 「λTi 3 O 5粉末の調製と光保存特性」. Journal of Inorganic Materials . 28 (4): 425– 430. doi : 10.3724/SP.J.1077.2013.12309 (2025年7月12日非公開).{{cite journal}}: CS1 maint: DOIは2025年7月時点で非アクティブです（リンク）
  9. ^ Bonardi, Antonio; Pühlhofer, Gerd; Hermanutz, Stephan; Santangelo, Andrea (2014). 「γ線チェレンコフ天文学におけるミラーコーティングの新たな解決策」. Experimental Astronomy . 38 ( 1– 2): 1– 9. arXiv : 1406.0622 . Bibcode : 2014ExA....38....1B . doi : 10.1007/s10686-014-9398-x . S2CID 119213226 . 
  10. ^グリーンウッド＆アーンショー 1997年、962ページ。
  11. ^ Ramón, Diego J.; Yus, Miguel (2006). 「エナンチオ選択的合成の分野で、チタン錯体が月桂冠を戴く」. Chem. Rev. 106 ( 6): 2126– 2308. doi : 10.1021/cr040698p . PMID 16771446 . 
  12. ^ McKelvy, MJ; Glaunsinger, WS (1995). 「二硫化チタン」.無機合成. 第30巻. pp.  28– 32. doi : 10.1002/9780470132616.ch7 . ISBN 9780470132616。
  13. ^ Saha, Naresh (1992). 「窒化チタンの酸化化学：X線光電子分光法による研究」. Journal of Applied Physics . 72 (7): 3072– 3079. Bibcode : 1992JAP....72.3072S . doi : 10.1063/1.351465 .
  14. ^ Schubert, EF 「フリードリヒ・モースによって導入された硬度スケール」（PDF） . 教育リソース. ニューヨーク州トロイ：レンセラー工科大学. 2010年6月3日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） 。
  15. ^ Truini, Joseph (1988年5月). 「ドリルビット」 . 『ポピュラーメカニクス』第165巻第5号. p. 91. ISSN 0032-4558 . 
  16. ^ Baliga, B. Jayant (2005).シリコンカーバイドパワーデバイス. World Scientific. p. 91. ISBN 978-981-256-605-8。
  17. ^ 「チタンカーバイド製品情報」 HC Starck. 2017年9月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年11月16日閲覧。
  18. ^ Seong, S.; Younossi, O.; Goldsmith, BW (2009).チタン：産業基盤、価格動向、技術開発イニシアチブ（報告書）. Rand Corporation. p. 10. ISBN 978-0-8330-4575-1。
  19. ^ジョンソン、リチャード・W. (1998).流体力学ハンドブック. シュプリンガー. pp.  38– 21. ISBN 978-3-540-64612-9。
  20. ^コーツ、ロバート・M.; パケット、レオ・A. (2000).有機合成試薬ハンドブック. ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. p. 93. ISBN 978-0-470-85625-3。
  21. ^グリーンウッド＆アーンショー 1997、965ページ
  22. ^ガンダーセン、リーゼ＝ロッテ;立ち上がれ、フロデ。ウントハイム、ケル。メンデス・アンディーノ、ホセ (2007)。 「塩化チタン(III)」。有機合成用試薬の百科事典。土井: 10.1002/047084289X.rt120.pub2。ISBN 978-0471936237。
  23. ^ Hartwig, JF (2010).有機遷移金属化学 結合から触媒まで. ニューヨーク: University Science Books. ISBN 978-1891389535。

引用文献

「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=チタン化合物&oldid= 1300146163」より取得