اقرأ في هذا المقال
في الكيمياء إن مركب رباعي كلوريد التيتانيوم ويعرف أيضا باسم كلوريد التيتانيوم (IV) هو عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي يتكون من أربع ذرات كلور مع ذرة تيتانيوم، وهو يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (TiCl4)، وهو عبارة عن وسيط مهم في عملية إنتاج معدن التيتانيوم ومركبات التيتانيوم الأخرى، كما أنه مثال غير عادي للهاليد المعدني السائل المتطاير للغاية في الهواء، حيث يشكل غيومًا مبهمة مذهلة من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) وكلوريد الهيدروجين (HCl)، ويُشار إليه ببعض الأحيان بشكل مضحك باسم “دغدغة”.
وصف عام لرباعي كلوريد التيتانيوم
- لقد تم اكتشاف خام التيتانيوم لأول مرة في عام 1791 ميلادي في رمال شاطئ الكورنيش من قبل رجل الدين الإنجليزي ويليام جريجور، وقد تم التعرف الفعلي على الأكسيد بعد بضع سنوات بواسطة الكيميائي الألماني (M.H. Klaproth)، الذي أطلق على المكون المعدني لهذا الأكسيد اسم التيتانيوم، بعد جبابرة الأساطير اليونانية.
- كما وقد تم إنتاج التيتانيوم المعدني النقي لأول مرة في أوائل القرن العشرين في عام 1910 ميلادي، حيث تم ذلك بواسطة (MA Hunter) في معهد (Rensselaer Polytechnic) بالتعاون مع شركة جنرال إلكتريك، كما أن رباعي كلوريد التيتانيوم هو مركب غير عضوي يعتبر وسيطًا مهمًا في إنتاج معدن التيتانيوم وثاني أكسيد التيتانيوم الصبغي.
- عند ملامسة رباعي كلوريد التيتانيوم للهواء الرطب فإنه يشكل سحبًا معتمة من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) وكلوريد الهيدروجين (HCl)، ولقد كانت المحاولات المبكرة لعزل معدن التيتانيوم من رباعي كلوريد التيتانيوم غير ناجحة، وقد تم تحسين العملية وتسويقها بواسطة (William Kroll) من لوكسمبورغ في ثلاثينيات القرن الماضي.
- والتي تضمنت اختزال رباعي كلوريد التيتانيوم بالمغنيسيوم في جو غاز خامل، علما أنه تظل هذه العملية بشكل أساسي دون تغيير اليوم، أما عن الاستخدام الأساسي لرابع كلوريد التيتانيوم فهو على صورة ثاني أكسيد التيتانيوم المستخدم في الدهانات، يمثل إنتاج معدن التيتانيوم 5 ٪ فقط من الاستهلاك السنوي لمعادن التيتانيوم مع استخدام الباقي في صناعة أصباغ التيتانيوم.
- يتم إنتاج الأصباغ باستخدام إما عملية كبريتات أو عملية أكثر قبولًا بيئيًا لكلورة كربوهيدرات والتي تحول ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) إلى رباعي كلوريد التيتانيوم (TiCl4)، كما وتوفر العملية الأخيرة أيضًا رباعي كلوريد التيتانيوم الضروري لإنتاج معدن التيتانيوم، كما يدخل رباعي كلوريد التيتانيوم في تصنيع اللآلئ الاصطناعية والزجاج المتقزح، كما يستخدم من قبل الجيش من أجل إنشاء شاشات الدخان.
خصائص رباعي كلوريد التيتانيوم
- يمتلك رباعي كلوريد التيتانيوم وزن جزيئي مقداره 189.68 غرام لكل مول، مع نقطة انصهار مقدارها −25 درجة مئوية، ونقطة الغليان 135-136 درجة مئوية، أما الكثافة فمقدارها 1.73 جم لكل مل عند درجة حرارة مقدارها 20 درجة مئوية، ضغط البخار 50 مم زئبق (55 درجة مئوية)، ومعامل الانكسار 1.61، وهو سائل دخاني عديم اللون ذو رائحة نفاذة، يسبب تآكل المعادن والأنسجة، وهو شديد السمية عن طريق الاستنشاق.
- الخصائص الفيزيائية: يكون رباعي كلوريد التيتانيوم على شكل سائل عديم اللون أو أصفر، له رائحة حامضية مخترقة، يمتص الرطوبة من الهواء، وينتج أبخرة بيضاء كثيفة، ويمتلك كثافة مقدارها 1.73 جم لكل مل، كما أنه يتجمد عند -25 درجة مئوية، كما ويغلي عند 136.5 درجة مئوية، أما درجة الحرارة الحرجة فتساوي 464.8 درجة مئوية والضغط الحرج 46.6 وحدة ضغط جوي، الحجم الحرج 339 سم مكعب لكل مول.
- يتفاعل رباعي كلوريد التيتانيوم مع الماء مكونًا ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) وحمض الهيدكلوريك (HCl)، وهو قابل للذوبان في الإيثانول، من الخصائص الكيميائية: أن رباعي كلوريد التيتانيوم هو سائل غير قابل للاحتراق، يكون عديم اللون إلى أصفر فاتح، يتطاير في الهواء، ويمتلك رائحة نفاذة مخترقة، ويعطي أبخرة شديدة عند التعرض للهواء الرطب مكونة سحابة بيضاء كثيفة ومستمرة.
- ورباعي كلوريد التيتانيوم قابل للذوبان في حمض الهيدروكلوريك المخفف، كما أنه قابل للذوبان في الماء مع تطور الحرارة، المحاليل المائية المركزة مستقرة ومسببة للتآكل، ترسب المحاليل المخففة الكلوريدات الأساسية غير القابلة للذوبان، ورباعي كلوريد التيتانيوم هو سائل كثيف غير قابل للتقطير عديم اللون على الرغم من أن العينات الخام قد تكون صفراء أو حتى بنية حمراء.
- ورباعي كلوريد التيتانيوم يعد أحد كلوريدات المعادن الانتقالية النادرة الموجودة في حالة سائلة في درجة حرارة الغرفة، ومثال آخر على (VCl4) وتنشأ هذه الخاصية المميزة من حقيقة أن ورباعي كلوريد التيتانيوم جزيئي، أي أن كل جزيء من ورباعي كلوريد التيتانيوم (TiCl4) يرتبط ارتباطًا ضعيفًا نسبيًا بجيرانه، ومعظم كلوريدات المعادن عبارة عن بوليمرات، حيث تترابط ذرات الكلوريد بين المعادن.
- التجاذب بين جزيئات ورباعي كلوريد التيتانيوم الفردية ضعيف، بشكل أساسي قوى فان دير فال (لندن)، وتؤدي هذه التفاعلات الضعيفة إلى نقاط انصهار وغليان منخفضة، ورباعي كلوريد التيتانيوم هو رباعي السطوح، وهو ما يتوافق مع وصفه على أنه (Ti +4) محاط بأربعة (Cl- يجند)، ويحتوي (Ti +4) على غلاف إلكتروني “مغلق”، مع نفس عدد الإلكترونات مثل غاز الأرجون الخامل.
- يؤدي هذا التكوين إلى بنى متناظرة للغاية، ومن ثم الشكل رباعي السطوح للجزيء، وورباعي كلوريد التيتانيوم قابل للذوبان في التولوين والكلوروكربونات، مثل الأنواع الأخرى غير القطبية، يوجد دليل على أن بعض الأرينات تشكل معقدات من النوع +[(C6R6) TiCl3]، يتفاعل ورباعي كلوريد التيتانيوم بشكل طارد للحرارة مع المذيبات المانحة مثل (THF) من أجل إعطاء مقاربات سداسية التنسيق.
- تعطي الروابط الأكبر حجمًا (L) مشتقات خماسية التنسيق (TiCl4L)، إن المشكلة الرئيسية في التعامل مع ورباعي كلوريد التيتانيوم، بصرف النظر عن ميله إلى إطلاق كلوريد الهيدروجين المسببة للتآكل، هي تكوين أكاسيد التيتانيوم وأوكسي كلوريد التي تعمل على تثبيت السدادات والمحاقن.
إنتاج وتحضير رباعي كلوريد التيتانيوم
- يتم إنتاج رباعي كلوريد التيتانيوم بواسطة عملية الكلوريد والتي تتضمن اختزال خامات أكسيد التيتانيوم، في العادة يكون الإلمنيت أو الروتيل مع الكربون تحت الكلور المتدفق عند درجة حرارة مقدارها 900 درجة مئوية، علما أنه تتم إزالة الشوائب بالتقطير من أجل الحصول على رباعي كلوريد التيتانيوم (TiCl4) النقي، تبعا للتفاعل الكيميائي التالي:
2FeTiO3 + 7Cl2 + 6C → 2TiCl4 + 2FeCl3 + 6CO
- يتم تحضير رباعي كلوريد التيتانيوم عن طريق تسخين مركب ثاني أكسيد التيتانيوم أو خامات الإلمنيت أو الروتيل بالكربون لتسخينه باللون الأحمر في تيار من الكلور، عند استخدام (ilmetite)، فإنه يتم أيضًا إنتاج كلوريد الحديديك، ويتم فصل رباعي كلوريد التيتانيوم عن كلوريد الحديديك والشوائب الأخرى عن طريق التجزئة، إن رباعي كلوريد التيتانيوم غير مكلف، لذلك يتم شراؤه عادة للعمليات المختبرية.
