氯化钛

钛的主要化合物之一

氯化钛

氯化钛（Titanium tetrachloride[0]）又称四氯化钛，[1]是钛的主要化合物之一，[4]是具有刺鼻酸臭味的无色至淡黄色发烟液体，[3][0]摩尔质量为189.7g/mol，[0]密度为1.726g/cm3，[0]熔点为-24℃，沸点为136.4℃。[2]氯化钛遇水或高温发生分解，[5][6]并且其很活泼，可与许多元素和化合物发生反应，[7]如与碱金属钠[8]、硫化氢以及甲烷等反应。[6][7]氯化钛通常是由二氧化钛和碳在高温下进行氯化的方法而制得。[9]在工业方面，其可用于合成原料、溶剂以及催化剂，[7][10]另外可用于制造虹彩膜和在皮革染色过程中做媒染剂等。[11][0]由于四氯化钛生产的发展和成本的降低，在建筑工程中可把它用作装饰材料；[5]在军事上，可用于制造烟雾剂以及照明弹等。[10][4]

氯化钛（Titanium tetrachloride[1]）又称四氯化钛，[2]是钛的主要化合物之一，[5]是具有刺鼻酸臭味的无色至淡黄色发烟液体，[4][1]摩尔质量为189.7g/mol，[1]密度为1.726g/cm3，[1]熔点为-24℃，沸点为136.4℃。[3]氯化钛遇水或高温发生分解，[6][7]并且其很活泼，可与许多元素和化合物发生反应，[8]如与碱金属钠[9]、硫化氢以及甲烷等反应。[7][8]

氯化钛通常是由二氧化钛和碳在高温下进行氯化的方法而制得。[10]在工业方面，其可用于合成原料、溶剂以及催化剂，[8][11]另外可用于制造虹彩膜和在皮革染色过程中做媒染剂[注1]等。[12][1]由于四氯化钛生产的发展和成本的降低，在建筑工程中可把它用作装饰材料；[6]在军事上，可用于制造烟雾剂以及照明弹等。[11][5]

氯化钛属于高等毒类，[13]具有强腐蚀性和强刺激性，可引起局部灼伤、化学性结膜炎、角膜炎、角膜混浊，亦可引起上呼吸道炎症及肺炎。[11]

相关历史

1887年，瑞典化学家尼尔森（Lars Nilson）和彼特森（Peterson）设法制取了氯化钛，[14]并在一个密封的钢瓶中，用金属钠还原四氯化钛，得到了一种含钛约95%的物质。[15]由于四氯化钛的分子式TiCl4与英语单词“tickle”发音类似，西方人常将四氯化钛称为tickle（挠痒痒）。[16]

1910年，美国化学家亨特（Matthew Hunter）借鉴尼尔森和彼特森的方法，在尽可能净化四氯化钛和金属钠的方法下制成了纯度高达99.9%的金属钛。[17]后来1925年，荷兰科学家范阿克尔（A.E.Van Arkel）和德博尔（J.H.De Boer）在一根加热的钨丝上还原四氯化钛，得到了高纯度的钛。[15]但是，在工业生产中，因四氯化钛导致的人员伤亡事件也时有发生。如1992年，英国学者奇特卡拉（DK Chitkara）和麦克尼拉（BJ McNeela）曾报道8例四氯化钛导致的烧伤病例。[16]

物理性质

氯化钛摩尔质量为189.7g/mol，[1]是具有刺鼻酸臭味的无色至淡黄色发烟液体，[4][1]密度为1.726g/cm3（液体），[1]熔点为-24℃，沸点为136.4℃，折射率为1.61（10.5℃），蒸气压为1.33kPa（21.3℃），[3]黏度为0.079cP，具有腐蚀性，溶于冷水，大多数有机溶剂与稀盐酸。[3][1]

化学性质

氯化钛对热稳定性很好，加热到2300℃以上才部分分解，加热到4700℃以上才能完全分解。[7]但是，TiCl4是很活泼的化合物，它可与许多元素和化合物发生反应。[8]

水解

氯化钛的蒸汽在湿空气中水解并生成浓厚的白烟。[6]

如果在较高温度下，氯化钛则和水生成二氧化钛。[6]

热分解

氯化钛对热稳定性很好，加热到2300℃以上才部分分解，加热到4700℃以上才能完全分解。[7]

与非金属单质反应

与氢气反应

在灼热的情况下干燥的气态TiCl4可与氢气反应。[10]

与氧气反应

在600~1000℃下，氯化钛可被氧气氧化成氯气。[6]

与卤素反应

氟fú与氯化钛发生取代反应。[8]

与金属反应

金属钠可以从氯化钛中置换出金属钛。[9]

将铝粉活化研磨后，在136℃的温度下雨氯化钛反应生成三氯化钛。[7]

将氯化钛通过用电极加热的粉末钛床生成二氯化钛，二氯化钛与过量的氯化钛反应生成三氯化钛。[7]

与氧化物及硫化物反应

氯化钛与赤热的金属氧化物发生交换反应，生成TiO2和相应的金属氯化物。[8]

气体TiCl4与加热的TiO2反应可生成氯氧化钛。[8]

氯化钛与加热的金属硫化物生成TiS2。[8]

与氢化物反应

与氢化钠反应

在420℃时氢化钠可将TiCl4还原为金属钛。[8]

与硫化氢反应

液体TiCl4与液体H2S混合生成褐色2TiCl4·H2S沉淀，在低温反应生成黄色化合物TiCl4·H2S 和 TiCl4·2H2S沉淀。[8]

在加热条件下，氯化钛可被硫化氢还原为三氯化钛或二氯化钛。[7]

沸腾的氯化钛与硫化氢反应生成硫氯化钛。[8]

与硫酸反应

氯化钛与浓硫酸反应生成硫酸氯钛。[8]

氯化钛与稀硫酸反应时，生成硫酸氧钛。[8]

与有机物反应

与烃类化合物反应

氯化钛与甲烷（乙烷、丙烷wán）在常温下不发生反应，在800~1400℃下并有催化剂存在时，反应生成TiC。[8]

液体氯化钛可溶解烃类化合物，但不发生反应。[8]

TiCI4与乙烯在100℃发生聚合，也可与丙烯、丁烯、氯乙烯发生聚合反应；与氯丙烯开始反应生成沉淀，当TiCl4浓度提高时沉淀消失，呈黄色溶液。TiCl4与环烷烃可混合，不发生反应，但可与环戊烷发生激烈的反应。[8]

与醇类化合物反应

氯化钛与醇类化合物（如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等）开始反应生成分子化合物，然后氯化钛中的三个氯原子逐渐被烷氧基所取代，其过程顺序如下：[8]

与酸类反应

氯化钛与甲酸发生取代反应，其中氯化钛中的三个Cl-逐渐被甲酸基所取代。[8]

氯化钛也可与乙酸（醋酸）反应：[8]

TiCl4与丙酸反应时，开始生成黄色溶液，然后出现油层，同时生成氯丙烯，并析出氯化氢。[8]

除上述反应，氯化钛还可与苯酚发生激烈反应，生成暗红色产物，并析出氯化氢；其与芳香醇也有类似反应；与甲醚、乙醚等反应生成分子化合物TiCl4·OR和TiCl4·2OR2；与丙酮、二酮及其他酮tóng发生激烈反应，生成化合产物，与芳香酮反应则生成分子化合物，如与乙苯酮生成红色化合物TiCl4·CH3COC6H5。[8]

工业领域

氯化钛是钛及其化合物生产过程中的重要中间产品，为钛工业生产的重要原料，并有着广泛的用途。如它是生产金属钛、钛白、三氯化钛、钛酸酯zhǐ及其衍生物等钛有机化合物的原料。[8]其中用四氯化钛制取金属钛要比还原氧化钛制取金属钛简单，用四氯化钛可以制得杂质含量最少的可煅钛，制取方法有镁热法（用镁还原四氯化钛）、钠热法（用钠还原四氯化钛）和电化学法，在工业生产上最成熟和应用最广的是镁热还原四氯化钛的方法。[6]

氯化钛也是溶解合成树脂、橡胶、塑料等多种有机物的良好溶剂，同时还可用作乙烯聚合催化剂的重要组分以及用于制造颜料。[11]如在油漆颜料工业中利用四氯化钛制取二氧化钛。当四氯化钛溶液与氨和浓硫酸作用时生成复盐(NH4)2SO4·TiOSO4·2H2O，由此复盐能制得适于合成宝石的轻质二氧化钛。[6]此外，其还可在纺织工业和皮革染色中作为媒染剂，以及用于制造装饰玻璃和人造珍珠用的虹彩膜等。[1][12]

建筑领域

由于氯化钛生产的发展和成本的降低，在建筑工程中可把它用作装饰材料。可以采用机械抛光、阳极氧化、热浸蚀以及镀镍niè等等的方法来改进装饰物表面及造型和使色调多样化。[6]

军事领域

氯化钛可用于制造国防上用的烟雾剂。[11]烟雾的生成是由于氯化钛被空气中的蒸汽水合和水解的结果，并且有氨存在时能大大强化烟雾的生成过程。[6]其也可以用于照明弹的生产。[5]

毒性

氯化钛属高毒类。[13]

对动物的影响

氯化钛粉尘在潮湿空气中水解形成TiCI(OH)3和TiCl2(OH)2，能深入肺深部进一步水解为HCI而产生有害作用。小鼠吸入2小时最低致死量为10mg/m3。肺是主要滞留器官，狗吸入四氯化钛粉尘后数小时由于严重支气管炎、肺气肿而致呼吸困难，并可引起虚脱死亡。[13]

对人类的影响

氯化钛毒性高，具有强腐蚀性和强刺激性。[11]皮肤直接接触液态四氯化钛可引起不同程度的灼伤，其烟尘对呼吸道黏膜有强烈刺激作用。轻度中毒有喘息性支气管炎，严重者出现呼吸困难、呼吸脉搏加快、体温升高、咳嗽等，可发展成肺水肿。[3]此外，其还可引起化学性结膜炎、角膜炎、角膜混浊，长期吸入钛及其化合物粉尘能否引起尘肺(又称肺尘埃沉着病)，尚无定论。[11]

制备

氯化钛通常是由二氧化钛和碳在高温下进行氯化的方法而制得。[10]其过程为将高钛渣与石油焦按一定比例配料，粉碎，通入氯气进行反应，生成四氯化钛气体，经过冷凝，得到液化的四氯化钛液体，过滤、蒸馏，得到四氯化钛成品。[11]

结构

氯化钛分子为正四面体结构，具有高度的对称性，[11]其中钛原子位于正四面体的中心，顶端为氯原子。Ti-CI间距为0.219nm，Cl-CI间距为0.358nm。TiCl4呈单分子存在，偶极距为0，不导电。TiCl4不能离解为Ti4+离子，在含有CI-离子的溶液中可形成[TiCl6]2-络阴离子，这说明TiCl4是共价键化合物。[8]

氯化钛结构图
氯化钛结构图

安全标识象形图

GHS分类

GHS危险说明危险等级H314导致严重的皮肤烧伤和眼睛损伤危险：腐蚀/刺激皮肤H317可能引起皮肤过敏反应警告：皮肤过敏H318对眼睛造成严重伤害危险：严重刺激或损伤眼睛H330吸入会致命危险：吸入会产生急性毒性H335可能刺激呼吸道警告：对特定靶器官产生毒性，单次接触，可刺激呼吸道H370对器官造成伤害危险：单次接触，对特定的靶器官产生毒性H372长期或反复接触会对器官造成损害危险：反复接触，会对特定靶器官产生毒性参考资料：[1]

急救措施

针对不同情况应采取相应措施：若受害者不慎吸入，应使其迅速脱离现场至空气新鲜处，并保持呼吸道通畅，呼吸困难时给输氧，给予2%~4%碳酸氢钠溶液雾化吸入，然后就医；[3]若皮肤接触，应脱去污染的衣服，并用大量水冲洗皮肤或淋浴，再涂敷氧化镁甘油软膏，然后就医；[4][18]若眼睛接触，先用大量水冲洗几分钟，然后就医；[4]若食入，受害者清醒时立即漱口（不要催吐[4]），给饮牛奶或蛋清，然后立即就医。[3] 

泄漏处置

若发生泄漏，应疏散泄漏污染区人员至安全区，禁止无关人员进入污染区，建议应急处理人员戴正压自给式呼吸器，穿化学防护服。不要直接接触泄漏物，在确保安全情况下堵漏，并喷水雾减慢其挥发（或扩散），但不要对泄漏物或泄漏点直接喷水。将地面洒上苏打灰，然后用大量水冲洗，然后将经稀释的洗水放入废水系统。如果大量泄漏，最好不用水处理，在技术人员指导下清除。[3]

视频暂不可用
氯化工艺相关事故应急处置方法

消防

氯化钛不可燃，但在火焰中释放出刺激性或有毒烟雾（或气体）。[4]若发生火灾，不能直接用水灭火，可用二氧化碳灭火剂或沙土。[3]

储存

氯化钛需储存在密封、干燥的条件下，[4]可用玻璃瓶、大玻瓶或金属桶盛装，放置容器时须防破损，最好在户外存放，[19]并与食品、饲料等分开。[4]

参考资料 19

  1. Titanium tetrachloride — pubchem
  2. 参考 2
  3. 参考 3
  4. 四氯化钛 — 国际化学品安全卡
  5. 参考 5
  6. 参考 6
  7. 参考 7
  8. 参考 8
  9. 参考 9
  10. 参考 10
  11. 四氯化钛 — 中国大百科全书
  12. 参考 12
  13. 参考 13
  14. 参考 14
  15. 参考 15
  16. 参考 16
  17. 参考 17
  18. 参考 18
  19. 参考 19

注释

  1. 一般指能与媒染染料络合，使之牢固地染着在纤维上的某些金属化合物
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