Chapitre 22 • Groupe 4 : titane 691
Groupe 4 : titane
22.5
Le métal
Le titane ne réagit pas avec les alcalis (froids ou chauds) et ne se
dissout pas dans les acides minéraux à température ambiante. Il
est attaqué par HCl chaud en formant Ti(III) et H 2 , et HNO 3 chaud
oxyde le métal en TiO 2 hydraté. Le fil de titane se dissout dans HF
aqueux avec un dégagement vigoureux de H 2 et la formation de
solutions vert-jaune contenant Ti(IV) et Ti(II) (équation 22.9).
2Ti + 6HF → [TiF 6 ]
2– + Ti
2+ + 3H 2
(22.9)
Le titane réagit avec la plupart des non-métaux à haute température ; avec C, O 2 , N 2 et les halogènes X 2 , il forme respectivement
TiC, TiO 2 (figure 6.21), TiN (paragraphe 15.6) et TiX 4 . Avec H 2 ,
il forme « TiH 2 », mais celui-ci a un vaste domaine non-stoechiométrique, p. ex. TiH 1,7 (paragraphe 10.7). Les hydrures, le carbure (paragraphe 14.7), le nitrure et les borures (paragraphe 13.10)
binaires sont tous des matériaux réfractaires inertes à haut point
de fusion.
[ScCl 2 (15-couronne-5)]
+ (figure 20.8d), [Sc(NO 3 ) 5 ]
2–
(voir la fin
du paragraphe 9.11) et [Sc(OH 2 ) 9 ]
3+ (prisme triangulaire tricoiffé).
Les ligands amido volumineux stabilisent les petites coordinences,
p. ex. [Sc{N(SiMe 3 ) 2 } 3 ].
Maille élémentaire de ReO
Fig. 22.4
3 , une structure prototype ; les atomes Re sont en brun et les atomes O en rouge. Ce
type de structure est adopté par ScF 3 et par FeF 3 .
Quelques propriétés physiques des métaux de la première rangée du bloc d.
Tableau 22.1
Propriété
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Numéro atomique Z
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Aspect physique du métal
pur
Mou ;
blanc-argent ;
ternit à l’air
Dur ;
couleur
argent
brillant
Mou ;
ductile ;
blanc
brillant
Dur ;
blanc-bleu
Dur ; bleuargent
brillant
Assez
mou ;
malléable ; blanc
brillant
Dur ; cassant ;
blanc-bleu
brillant
Dur, malléable et
ductile ;
gris-blanc
Malléable
et ductile ;
rougeâtre
Cassant
à 298 K ;
malléable
373-423 K ;
blanc-bleu
brillant
Point de fusion / K
1 814
1 941
2 183
2 180
1 519
1 811
1 768
1 728
1 358
693
Point d’ébullition/K
3 104
3 560
3 650
2 945
2 235
3 023
3 143
3 005
2 840
1 180
Configuration électronique de l’état fondamental
(cœur = [Ar]) :
Atome
4s
2
3d
1
4s
2 3d
2
4s
2
3d
3
4s
1 3d
5
4s
2 3d
5
4s
2 3d
6
4s
2 3d
7
4s
2 3d
8
4s
1 3d
10
4s
2 3d
10
M
+
4s
1
3d
1
4s
2 3d
1
3d
4
3d
5
4s
1 3d
5
4s
1 3d
6
3d
8
3d
9
3d
10
4s
13 d
10
M
2+
3d
1
3d
2
3d
3
3d
4
3d
5
3d
6
3d
7
3d
8
3d
9
3d
10
M
3+
[Ar]
3d
1
3d
2
3d
3
3d
4
3d
5
3d
6
3d
7
3d
8
3d
9
Enthalpie d’atomisation,
Δ a H°(298 K) / kJ.mol
–1
378
470
514
397
283
418
428
430
338
130
Énergie de première
ionisation, EI 1 / kJ.mol
–1
633,1
658,8
650,9
652,9
717,3
762,5
760,4
737,1
745,5
906,4
Énergie de deuxième
ionisation, EI 2 / kJ.mol
–1
1 235
1 310
1 414
1 591
1 509
1 562
1 648
1 753
1 958
1 733
Énergie de troisième
ionisation, EI 3 / kJ.mol
–1
2 389
2 653
2 828
2 987
3 248
2 957
3 232
3 395
3 555
3 833
Rayon métallique,
r métal / pm
*
164
147
135
129
137
126
125
125
128
137
Résistivité électrique
(ρ) × 10
8 / Ω.m (à 273 K)
**
56
***
39
18,1
11,8
143
8,6
5,6
6,2
1,5
5,5
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
* Rayon métallique pour l’atome dodécacoordiné.
** Voir l’équation 6.3 pour la relation entre la résistivité électrique et la résistance.
*** À 290-300 K.
Groupe 4 : titane
22.5
Le métal
Le titane ne réagit pas avec les alcalis (froids ou chauds) et ne se
dissout pas dans les acides minéraux à température ambiante. Il
est attaqué par HCl chaud en formant Ti(III) et H 2 , et HNO 3 chaud
oxyde le métal en TiO 2 hydraté. Le fil de titane se dissout dans HF
aqueux avec un dégagement vigoureux de H 2 et la formation de
solutions vert-jaune contenant Ti(IV) et Ti(II) (équation 22.9).
2Ti + 6HF → [TiF 6 ]
2– + Ti
2+ + 3H 2
(22.9)
Le titane réagit avec la plupart des non-métaux à haute température ; avec C, O 2 , N 2 et les halogènes X 2 , il forme respectivement
TiC, TiO 2 (figure 6.21), TiN (paragraphe 15.6) et TiX 4 . Avec H 2 ,
il forme « TiH 2 », mais celui-ci a un vaste domaine non-stoechiométrique, p. ex. TiH 1,7 (paragraphe 10.7). Les hydrures, le carbure (paragraphe 14.7), le nitrure et les borures (paragraphe 13.10)
binaires sont tous des matériaux réfractaires inertes à haut point
de fusion.
[ScCl 2 (15-couronne-5)]
+ (figure 20.8d), [Sc(NO 3 ) 5 ]
2–
(voir la fin
du paragraphe 9.11) et [Sc(OH 2 ) 9 ]
3+ (prisme triangulaire tricoiffé).
Les ligands amido volumineux stabilisent les petites coordinences,
p. ex. [Sc{N(SiMe 3 ) 2 } 3 ].
Maille élémentaire de ReO
Fig. 22.4
3 , une structure prototype ; les atomes Re sont en brun et les atomes O en rouge. Ce
type de structure est adopté par ScF 3 et par FeF 3 .
Quelques propriétés physiques des métaux de la première rangée du bloc d.
Tableau 22.1
Propriété
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Numéro atomique Z
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Aspect physique du métal
pur
Mou ;
blanc-argent ;
ternit à l’air
Dur ;
couleur
argent
brillant
Mou ;
ductile ;
blanc
brillant
Dur ;
blanc-bleu
Dur ; bleuargent
brillant
Assez
mou ;
malléable ; blanc
brillant
Dur ; cassant ;
blanc-bleu
brillant
Dur, malléable et
ductile ;
gris-blanc
Malléable
et ductile ;
rougeâtre
Cassant
à 298 K ;
malléable
373-423 K ;
blanc-bleu
brillant
Point de fusion / K
1 814
1 941
2 183
2 180
1 519
1 811
1 768
1 728
1 358
693
Point d’ébullition/K
3 104
3 560
3 650
2 945
2 235
3 023
3 143
3 005
2 840
1 180
Configuration électronique de l’état fondamental
(cœur = [Ar]) :
Atome
4s
2
3d
1
4s
2 3d
2
4s
2
3d
3
4s
1 3d
5
4s
2 3d
5
4s
2 3d
6
4s
2 3d
7
4s
2 3d
8
4s
1 3d
10
4s
2 3d
10
M
+
4s
1
3d
1
4s
2 3d
1
3d
4
3d
5
4s
1 3d
5
4s
1 3d
6
3d
8
3d
9
3d
10
4s
13 d
10
M
2+
3d
1
3d
2
3d
3
3d
4
3d
5
3d
6
3d
7
3d
8
3d
9
3d
10
M
3+
[Ar]
3d
1
3d
2
3d
3
3d
4
3d
5
3d
6
3d
7
3d
8
3d
9
Enthalpie d’atomisation,
Δ a H°(298 K) / kJ.mol
–1
378
470
514
397
283
418
428
430
338
130
Énergie de première
ionisation, EI 1 / kJ.mol
–1
633,1
658,8
650,9
652,9
717,3
762,5
760,4
737,1
745,5
906,4
Énergie de deuxième
ionisation, EI 2 / kJ.mol
–1
1 235
1 310
1 414
1 591
1 509
1 562
1 648
1 753
1 958
1 733
Énergie de troisième
ionisation, EI 3 / kJ.mol
–1
2 389
2 653
2 828
2 987
3 248
2 957
3 232
3 395
3 555
3 833
Rayon métallique,
r métal / pm
*
164
147
135
129
137
126
125
125
128
137
Résistivité électrique
(ρ) × 10
8 / Ω.m (à 273 K)
**
56
***
39
18,1
11,8
143
8,6
5,6
6,2
1,5
5,5
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
* Rayon métallique pour l’atome dodécacoordiné.
** Voir l’équation 6.3 pour la relation entre la résistivité électrique et la résistance.
*** À 290-300 K.