التفاعلات الكيميائية لمركب كلوريد التيتانيوم الثلاثي وتطبيقاته

يتميز مركب ثلاثي كلوريد التيتانيوم بطابع كيميائي حيو،ي وهو عبارة عن مركب غير عضوي يدخل في العديد من التفاعلات الكيميائية المختلفة، كما أن له عددا من التطبيقات ومنها كمحفز (Ziegler-Natta)، وفي هذا المقال سنذكر تفاعلات هذا المركب وتطبيقه على شكل محفز.

التفاعلات الكيميائية لكلوريد التيتانيوم الثلاثي

• يتميز مركب ثلاثي كلوريد التيتانيوم بطابع كيميائي حيوي حيث يكون قادرًا على التفاعل مع مجموعة متنوعة من العناصر أو المركبات: عند التسخين والأكسدة في غاز الأكسجين (O2) سيخضع أحيانًا للاحتراق وينتج (TiCl4) و (TiO2)، في تيار غاز الهيدروجين (H2) سيتم اختزاله إلى (TiCl2) وسوف يتفاعل مع بخار الماء عند 600 ℃ لتوليد (TiOCl) و (HCl)، في الهواء فإنه يمكن بسهولة أن يتعرض للتمزق حيث يكون قابل للذوبان في الماء والكحول والحمض.

• في المحلول الحمضي يمكن أن يتأكسد ثلاثي كلوريد التيتانيوم تدريجيًا في الهواء بواسطة الأكسجين (O2) ويمكن أيضًا أن يتأكسد بواسطة أيون الحديد (+Fe3) والكرومات (-Cr2O72) و (-VO3) ومؤكسدات أخرى، عند درجة حرارة عالية يمكن أن تتفاعل مع (HCl) لتوليد (TiCl4)، كما يمكن أن تتفاعل مع (Fe2O3) و (TiO2) و (SiO2) عند 600 لتوليد مركب (TiOCl)، وتحت التسخين يمكن اختزاله بواسطة فلز قلوي أو فلز قلوي أرضي لتوليد معدن التيتانيوم.

• إن ثلاثي كلوريد التيتانيوم عبارة عن كلوريد غير مستقر مع تفكك عند درجات حرارة عالية وتفاعل غير تناسبي يولد (TiCl2) و (TiCl4)، وبالنسبة لثلاثي كلوريد التيتانيوم اللامائي (TiCl3) فإنه يمكننا استخدام (H2 و Na و Mg و Al و Ti) كعامل اختزال من خلال اختزال (TiCl4) في ظل الظروف المناسبة، كما يمكن تحضير المحلول المائي لثلاثي كلوريد التيتانيوم عن طريق إذابة معدن (Ti) في حمض الهيدروكلوريك تحت حماية جو الهيدروجين أو غاز خامل.

خصائص كلوريد التيتانيوم الثلاثي

• يحتوي ثلاثي كلوريد التيتانيوم على أربعة أشكال بلورية وسداسي هيدرات واحد، تحت درجة حرارة عالية يتم الحصول على نوع ألفا من (TiCl3) من خلال اختزال (TiCl4) ويظهر بنية صفيحة أرجوانية تنتمي إلى نظام سداسي، وستخضع للتحلل تحت 440 درجة مئوية وتبلغ درجة غليانها 660 درجة مئوية، ويمكن أن يؤدي اختزال (TiCl4) مع (AlCl3) إلى إعطاء (β-TiCl3) وهو مسحوق بني بهيكل ليفي، في تيار غاز خامل وعند 250 إلى 300 درجة مئوية سيتم تحويله إلى النوع (α).

• سيحصل اختزال الألمنيوم لـ (TiCl4) على (TiCl3) من النوع من الكريستال ذي الطبقات الأرجواني الأحمر (Grindγ-TiCl3)، و للحصول على (TiCl3) من النوع (δ)، النوع عبارة عن مسحوق أرجواني بهيكل غير معروف وله أداء تحفيزي أعلى من (TiCl3) البلوري الآخر، تبلغ درجة انصهارها بين 730 -920 درجة مئوية، يظهر اللون الأرجواني بعد إذابته في الماء ويذوب قليلاً في الإيثانول مع التسخين مما يؤدي إلى لون المحلول الأزرق.

• سيعود اللون إلى اللون الأرجواني بعد التبريد، وسوف يتلاشى بعد تخزينه لفترة طويلة تحت الهواء، ويخضع لترسيب حامض ميتاتانيك (H2TiO3)، وهو غير قابل للذوبان في الأثير، وثلاثي كلوريد التيتانيوم هو عامل مساعد للعديد من التفاعلات الكيميائية العضوية، بالإضافة إلى أربعة أشكال بلورية مختلفة، فقد يحتوي ثلاثي كلوريد التيتانيوم أيضًا على سداسي هيدرات (TiCl3 • 6H2O) يتم تقسيمه أيضًا إلى نوع مستقر أرجواني ونوع أخضر غير مستقر بسبب تنسيق الترابط.

• سيخضع لتفاعل غير متناسب عند درجة حرارة 450 درجة مئوية أو أكثر لإنتاج ثنائي كلوريد التيتانيوم ورابع كلوريد التيتانيوم، غير قابل للذوبان في البنزين، قابل للذوبان بشكل طفيف في الكلوروفورم وقابل للذوبان في الإيثانول، وسداسي هيدرات هو بلور بنفسجي شاحب من السهل امتصاص الرطوبة حيث تكون قابلة للذوبان في الماء، في الهواء الجاف يمكن أن يخضع لأكسدة بطيئة وإزالة اللون، في الهواء الرطب سوف يتحول بسرعة إلى هيدرات ثنائي كلوريد التيتانيوم.

تطبيقات كلوريد تيتانيوم ثلاثي في محفز Ziegler-Natta

• ثلاثي كلوريد التيتانيوم هو محفز (Ziegler-Natta) مفيد على الرغم من أن الأنشطة التحفيزية تختلف باختلاف طريقة التحضير، وهناك تفاعلات أخرى حيث يشكل (TiCl3) مجموعة متنوعة من مجمعات التنسيق معظمها ثماني السطوح، وتتشكل المادة البلورية ذات اللون الأزرق الفاتح (TiCl3 (THF)3) عند إعادة تدفق (TiCl3) مع رباعي هيدرو الفوران.

TiCl₃ + 3C₄H₈O → TiCl₃(OC₄H₈)₃

• ينشأ المركب المحايد ذو اللون الأخضر الداكن من التعقيد مع ثنائي ميثيل أمين:

TiCl₃ + 3Me₂NH → TiCl₃(NHMe₂)₃ + CH₃Cl

• يتفاعل ثلاثي كلوريد التيتانيوم مع أسيتيل أسيتون لتكوين مركب ثلاثي أسيتيل أسيتونيت:

TiCl₃ + 3NH₄(acac) → Ti(acac)₃ + 3NH₄Cl

• يتم استخدامه كعامل ربط متقاطع لأغشية السليلوز المستخدمة في محفزات البولي إيثيلين، يتأكسد (Ti(acac)3) في الهواء ليعطي البرتقالي (TiO(acac)₂) وهو غير فعال في الربط المتبادل، وفوق 200 درجة مئوية يخضع (TiCl3) لتحلل النشادر.