تيتانات
في الكيمياء ، يشير مصطلح التيتانات عادةً إلى المركبات غير العضوية المكونة من أكاسيد التيتانيوم ، أو الأكاسيد التي تحتوي على عنصر التيتانيوم . وتشكل أملاح التيتانات، مع النيوبات ، مجموعة البيروفسكايت .
في بعض الحالات، يُستخدم المصطلح بشكل أعم لأي أنيون يحتوي على التيتانيوم ، مثل [TiCl6 ] 2− و [Ti(CO) 6 ] 2− . تركز هذه المقالة على الأكاسيد.
تُعرف أنواع عديدة من أكاسيد التيتانيوم، وبعضها ذو أهمية تجارية. عادةً ما تكون هذه المواد بيضاء اللون، غير مغناطيسية ، ذات درجة انصهار عالية، وغير قابلة للذوبان في الماء. وغالبًا ما تُحضّر في درجات حرارة عالية، باستخدام أفران أنبوبية على سبيل المثال ، من ثاني أكسيد التيتانيوم. وفي جميع الحالات تقريبًا، يتخذ التيتانيوم هندسة تنسيق ثمانية السطوح . [ 1 ]
أورثوتيتانات
تتميز مركبات الأورثوتيتانات بالصيغة M₂TiO₄ ، حيث M ثنائي التكافؤ. ومن أمثلة هذه المواد تيتانات المغنيسيوم (Mg₂TiO₄ ) ، الذي يتخذ بنية الإسبينيل . لا يُعتبر Li₂TiO₃ من الأورثوتيتانات لأنه يتخذ بنية ملح الصخور ولا يحتوي على أنيون تيتانيوم قابل للتحديد. نادرًا ما تحتوي الأورثوتيتانات على مراكز TiO₄⁻ قابلة للتحديد ، باستثناء Ba₂TiO₄ . [ 2 ]
حمض التيتانيك وإستراته
يُعرف المركب H₄TiO₄ أيضًا باسم حمض الأورثوتيتانيك أو هيدروكسيد التيتانيوم، ويُسمى حمض التيتانيك . تُستخلص هذه المادة ، غير المُحددة بدقة، من خلال التحلل المائي لـ TiCl₄ . [ 3 ] المادة الصلبة غير مستقرة ، إذ تفقد الماء وتكوّن ثاني أكسيد التيتانيوم. مع ذلك، تُعرف إسترات حمض الأورثوتيتانيك، ومنها على سبيل المثال إيزوبروبوكسيد التيتانيوم . تتخذ الإسترات المشتقة من الكحولات الأصغر بنىً أكثر تعقيدًا، حيث يُحقق التيتانيوم تنسيقًا ثماني السطوح، مثل Ti₄ ( OCH₃ ) ₁₆ أو رباعي ميثوكسيد التيتانيوم. [ 4 ] وهو حمض ضعيف، إن أمكن عزله.
الميتاتيتانات
تتميز الميتاتيتانات بالصيغة MTiO₃ ، حيث M عنصر ثنائي التكافؤ. وهي لا تحتوي على مراكز TiO₃²⁻ منفصلة. بعضها، مثل معدن الإلمنيت (FeTiO₃) ذي الأهمية التجارية ، يتبلور في نمط التراص السداسي المتراص الموجود في الكوروندوم . في المقابل، تتبلور بعض المواد ذات الصيغة MTiO₃ في نمط يُعرف باسم البيروفسكايت ، وهو أيضًا اسم الشكل المعدني لتيتانات الكالسيوم (CaTiO₃ ) . تيتانات الباريوم هي إحدى هذه التيتانات ذات بنية البيروفسكايت والتي تتميز بخصائص كهروإجهادية . [ 1 ]
تيتانات البيروفسكايت
تُعدّ تيتانات البيروفسكايت عائلة من التيتانات التي تتبلور في بنية البيروفسكايت ، بصيغة عامة AB₂O₃ ، حيث يشغل أيون التيتانيوم Ti⁴⁺ الموقع B. وتُعتبر هذه التيتانات من أكثر فئات المواد الأكسيدية دراسةً نظرًا لتنوع خصائصها الكهربائية والمغناطيسية والبصرية والميكانيكية. ويمكن تعديل الخصائص الفيزيائية لهذه المركبات بشكل كبير عن طريق الاستبدال الكيميائي، والإجهاد التبلوري، والضغط، ودرجة الحرارة.
يُعد معدن تيتانات الكالسيوم (CaTiO3 ) النموذج الأولي للبيروفسكايت، وهو الذي يُعطي اسمه لبنيته. ومن أنواع تيتانات البيروفسكايت الشائعة الأخرى تيتانات السترونتيوم (SrTiO3 ) ، وتيتانات الباريوم (BaTiO3 ) ، وتيتانات الرصاص (PbTiO3 )، وتيتانات اليوروبيوم ( EuTiO3 ) .
تيتانات كهروإجهادية
تُظهر العديد من تيتانات البيروفسكايت خاصية الاستقطاب الكهربائي ، حيث يمكن عكس الاستقطاب الكهربائي التلقائي بتطبيق مجال كهربائي. يخضع تيتانات الباريوم لسلسلة من التحولات الطورية البنيوية عند التبريد، وهو من أكثر أنواع السيراميك الكهربائي استخدامًا في المكثفات متعددة الطبقات، والمحركات، والأجهزة الكهروضغطية. يتميز تيتانات الرصاص باستقطاب تلقائي أكبر، ويُشكل أساسًا للعديد من المحاليل الصلبة ذات الأهمية التكنولوجية، بما في ذلك تيتانات زركونات الرصاص (PZT).
المواد البارامغناطيسية الكمومية
تيتانات السترونتيوم مادةٌ شبه كهرومغناطيسية كمومية، تبقى قريبةً من حالة عدم استقرار كهرومغناطيسي حتى عند الصفر المطلق بسبب التقلبات الكمومية. تُستخدم على نطاق واسع كركيزة للنمو المتناحي للأغشية الرقيقة من الأكاسيد، وتُظهر خاصية الموصلية الفائقة عند تطعيمها كيميائيًا أو عند نقص الأكسجين فيها. أصبحت الأسطح البينية بين تيتانات السترونتيوم وأكاسيد أخرى، ولا سيما ألومينات اللانثانوم ، أنظمةً نموذجيةً لدراسة غازات الإلكترونات ثنائية الأبعاد وغيرها من الظواهر الإلكترونية الناشئة.
التيتانات المغناطيسية والمترابطة
تُعدّ تيتانات العناصر الأرضية النادرة، مثل تيتانات الغادولينيوم وتيتانات الساماريوم وتيتانات الإيتريوم ، عوازل موت ، وتنشأ خصائصها المغناطيسية والإلكترونية من ترابطات إلكترونية قوية. أما أنواع التيتانات الأخرى، بما فيها تيتانات اليوروبيوم ، فتُظهر ترابطًا قويًا بين خصائصها المغناطيسية والعازلة والبنيوية، وتُدرس كمواد متعددة الخصائص المغناطيسية والكهربائية.
التطبيقات
تُستخدم تيتانات البيروفسكايت في المكثفات، والمحولات الكهروإجهادية، ورنانات الموجات الميكروية، والأجهزة الكهروضوئية، والمقاومات الحرارية، والإلكترونيات الأكسيدية، وكركائز للنمو المتناحي للأغشية الرقيقة الأكسيدية الوظيفية. كما تُستخدم كمواد نموذجية في فيزياء المادة المكثفة لدراسة الاستقطاب الكهربائي، والموصلية الفائقة، وانتقالات المعدن-العازل، وأنظمة الإلكترونات المترابطة بقوة.
تيتانات معقدة
كما أن هناك أنواعًا أكثر تعقيدًا من التيتانات، مثل تيتانات البزموت ، Bi 4 Ti 3 O 12. [ 5 ]
مراجع
- 1 2 غرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1984). كيمياء العناصر . أكسفورد: مطبعة بيرغامون . ص 1121-1123 . ISBN 978-0-08-022057-4..
- ^ وو ، كانغ كون. براون ، معرف (10 أبريل 1973). “الهيكل البلوري لـ β-Barium Orthotitanate، β-Ba 2 TiO 4 ، ومنحنى طول السندات لقوة السندات لـ Ti-O”. اكتا كريستالوغرافيكا . B29 : 2009-2012 . دوى : 10.1107 / S0567740873005959 .
- ↑ دليل الكيمياء اللاعضوية التحضيرية، الطبعة الثانية. حرره جي. براور، دار النشر الأكاديمية، 1963، نيويورك. المجلد 1. ص 421.
- ↑ DA Wright و DA Williams "التركيب البلوري والجزيئي لرباعي ميثوكسيد التيتانيوم" Acta Crystallogr. B 1968، المجلد 24، الصفحات 1107-1114. doi : 10.1107/S0567740868003766 .
- ^ جالاسو، خ.س. كيسيجان، م. (2007)، "البزموت تيتانات، Bi 4 Ti 3 O 12 "، Inorg. موالفة. ، 30 : 121، دوى : 10.1002/9780470132616.ch24.
- التيتانات
- أنيونات الأكسجين للمعادن الانتقالية
- الأكسوميتالات