Tetracloruro de Titanio
Introducción
El cloruro de titanio (IV) o tetracloruro de titanio (TiCl4), es un líquido incoloro a amarillo pálido que emite vapores de un fuerte olor. Al entrar en contacto con agua, se forman rápidamente ácido clorhídrico y compuestos de titanio.
El tetracloruro de titanio no se crea naturalmente en el ambiente, es manufacturado de minerales que contienen titanio. Se usa para fabricar titanio metálico y otros compuestos que contienen titanio, tales como óxido de titanio (IV), usado como un pigmento blanco en pinturas y en otros productos, y para producir otras sustancias químicas.
Estructura y propiedades
El TiCl4 es un compuesto denso e incoloro en su generalidad, aunque las muestras de crudo pueden ser amarillas o rojo-marrón. Es uno de los haluros de metales de transición raros, ya que se presenta en estado líquido a temperatura ambiente. El tetracloruro de vanadio (VCl4) es otro ejemplo. Indicamos en esta tabla alguna de sus propiedades:
El TiCl4 es un compuesto denso e incoloro en su generalidad, aunque las muestras de crudo pueden ser amarillas o rojo-marrón. Es uno de los haluros de metales de transición raros, ya que se presenta en estado líquido a temperatura ambiente. El tetracloruro de vanadio (VCl4) es otro ejemplo. Indicamos en esta tabla alguna de sus propiedades:
Propiedades | |
TiCl4 | |
189.679 g mol -1 | |
187.823357881 g mol -1 | |
Apariencia | Líquido incoloro |
1.726 g cm -3 | |
-25 °C, 248.6 K, -12 °F | |
135 °C, 408 K, 275 °F | |
Reacciona | |
1.3 kPa (at 20 °C) | |
827 μPa s | |
Esta propiedad refleja el hecho de que el TiCl4 es molecular (cada molécula tiene una escasa relación con sus vecinos). La mayoría de los cloruros metálicos son polímeros, en donde los átomos de cloro actúan como puente entre los metales. Las atracciones entre moléculas individuales son débiles, sobretodo refiriéndonos a fuerzas de Van der Wals. El resultado de estas interacciones débiles serán bajos puntos de fusión y puntos de ebullición (similares a los de CCl4).
El ión Ti4 + tiene una configuración de capa cerrada (posee el mismo número de electrones que el argón). El tetracloruro de titanio es un compuesto diamagnético (d 0) por lo que formará complejos característicos como veremos más adelante. La estructura tetraédrica del TiCl4 es estable, donde el titanio estará rodeado por cuatro ligandos idénticos de cloro.
Esta configuración conduce a estructuras simétricas, por lo tanto, la forma tetraédrica de la molécula TiCl4 adopta estructuras similares a TiBr4 y TiI4. Los tres comparten similitudes de compuestos. Tanto TiCl4 y 4 como TiBr4 reaccionan para dar haluros mixtos de fórmula TiCl4-xBr x (donde x = 0, 1, 2, 3, 4).
Es un reactivo versátil que forma diversos derivados:
Producción y reactividad
El TiCl4 es producido con la intervención de cloro, reduciéndose minerales de óxido de titanio (por lo general ilmenita, FeTiO 3) con carbono a 900 ° C.
2 FeTiO3 + 7 Cl2 + 6 C → 2 TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 CO
La subproducción de FeCl 3 ha provocado el desarrollo de tecnologías alternativas. El crudo TiCl4 contiene una variedad de otros haluros volátiles, como cloruro de vanadio (VOCl3), tetracloruro de silicio (SiCl4) y el tetracloruro de estaño (SnCl4) que deben estar separados.
El suministro mundial de metal de titanio, unas 4 millones de toneladas por año, se hace a partir del TiCl4.
2 Mg + TiCl4 → 2 MgCl2 + Ti
El sodio líquido también se ha utilizado en lugar de magnesio como agente reductor.
El sodio líquido también se ha utilizado en lugar de magnesio como agente reductor.
TiCl4 + O2 → TiO2 + 2 Cl2
Los alcóxidos son muy característicos, y se obtienen por la solvólisis del propio cloruro de titanio con alcohol:
TiCl4 + 2 ROH → TiCl2(OR)2 + 2 HCl
Si adicionamos amoníaco al quitar el HCl que se forma, podemos obtener tetraalcóxidos:
TiCl4 + 4 ROH + 4 NH3 → Ti(OR)4 + 4NH4Cl
TiCl4 + 4 ROH + 4 NH3 → Ti(OR)4 + 4NH4Cl
Alrededor del 90% de la producción de TiCl4 se utiliza para fabricar el dióxido de titanio (TiO2). Se lleva a cabo a partir de la hidrólisis de TiCl4.
TiCl4 + 2 H2O → TiO2 + 4 HCl
La síntesis de tetrakis (dimetilaldehído) de titanio Ti(NMe2)4 (de color amarillo, soluble en benceno líquido) es útil para el entorno de la química orgánica.
4 LiNMe2 + TiCl4 → 4 LiCl + Ti(NMe2)4
Aplicaciones
Se usa para fabricar titanio metálico y otros compuestos que contengan titanio, tales como óxido de titanio (IV), usado como un pigmento blanco en pinturas.
También se usa para irisar el vidrio y, debido a que en contacto con el aire forma mucho humo, se emplea para formar pantallas de humo artificiales. Además se emplea para obtener piedras preciosas artificiales.
Aprovechando su acidez de Lewis se utiliza en la reacción aldólica Mukaiyama . Esto se debe a la capacidad que tiene para activar aldehídos. También se utiliza en la reacción de McMurry.
Complejos más comunes
El tetracloruro de titanio es un ácido de Lewis. Con el THF, reacciona para dar cristales amarillos de TiCl4(THF)2 . Reacciona además con sales que contienen cloruro para formar complejos octaédricos [TiCl6]2- , aunque serán susceptibles de ser hidrolizados.
El tetracloruro de titanio es soluble en tolueno y en compuestos clorocarbonados, al igual que otras especies no polares. Existen pruebas de que algunas arenas forman complejos del tipo [(C6R6)TiCl3]+. Además reacciona exotérmicamente con disolventes como THF para dar compuestos hexacoordinados del tipo [TiCl4]
Es común ver complejos del tipo [MX4L2] con ligandos como éteres, cetonas, aminas, iminas, nitrilos, tioles y tioéteres.
Efectos sobre la salud
Efectos sobre la salud
El tetracloruro de titanio entra al ambiente principalmente por el aire de fábricas que lo producen o lo usan en una variedad de procesos químicos, o como resultado de derrames.
Si hay humedad en el aire, el tetracloruro de titanio reacciona rápidamente con ésta para formar ácido clorhídrico y otros compuestos de titanio, tales como el hidróxido de titanio y los oxicloruros de titanio.
Es improbable estemos expuestos al TiCl4 en el agua, en el suelo, en los alimentos, o en el aire, debido a que el se degrada rápidamente, por lo que para sufrir su toxicidad debemos de trabajar en una industria que lo manufactura o lo usa.
Descompone al calentarlo intensamente o al arder, produciendo humos tóxicos, incluyendo cloruro de hidrógeno. Reacciona violentamente con agua liberando calor intenso y humos corrosivos. Puede ser muy irritante a la piel (causa ampollas y quemaduras), los ojos (produciendo enrojecimiento y dolor), membranas mucosas y los pulmones. Respirar grandes cantidades de tetracloruro de titanio puede causar daño suficientemente serio a los pulmones como para causar la muerte.
Respirar niveles más bajos puede causar efectos menos serios como tos y opresión en el pecho. Estos efectos pueden causar problemas crónicos tal como adelgazamiento de las cuerdas vocales y oclusión de la tráquea y de la vía respiratoria alta.
Bibliografía
- L. E. Manzer; Deaton, Joe; Sharp, Paul; Schrock, R. R."Tetrahydrofuran Complexes of Selected Early Transition Metals" volumen 21, John Wiley & Sons (1990), Hoboken (New Jersey, USA).
- L.-L. Gundersen, F. Rise. “Titanium(IV) chloride". Encyclopedia of Reagents for Organic Sintesis. J. Wiley & Sons (2º edición 2007), Oslo (Dinamarca).
- Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. “Chemistry of the Elements”. Oxford:Butterworth-Heinemann (4º edición 2006), Leeds (Reino Unido).
- M. E. Davie , T. Foerster, S. Parsons. "The Crystal Structure of Tetrakis (dimethylamino) titanium(IV)" (3º edición 2006), Edinburgh (United Kingdom).
Enlaces
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