Chapitre 22 • Chimie des métaux du bloc d : les métaux de la première rangée
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les octaèdres qui partagent un sommet (figure 22.5) sont ensuite
reliés par les atomes F a (représentés dans la figure 22.5a) pour
engendrer des colonnes isolées dans un dispositif infini. TiCl 4 et
TiBr 4 s’hydrolysent plus facilement que TiF 4 . À 298 K, TiCl 4 est
un liquide incolore (F = 249 K, Éb = 409 K) et TiBr 4 est un solide
jaune. Le tétraiodure est un solide hygroscopique brun-rouge qui
se sublime sous vide à 473 K en une vapeur rouge. Des molécules tétraédriques sont présentes dans la phase solide et dans la
phase vapeur de TiCl 4 , de TiBr 4 et de TiI 4 . Chaque tétrahalogénure se comporte comme un acide de Lewis ; TiCl 4 est le plus
important, utilisé avec AlCl 3 , des catalyseurs Ziegler-Natta pour
la polymérisation des alcènes (paragraphe 27.8) et il catalyse plusieurs autres réactions organiques. On constate l’acidité de Lewis
dans la formation des complexes. Il se combine aux amines et aux
Dans ses composés, Ti présente les états d’oxydation + 4 (de
loin le plus stable), + 3, + 2 et, rarement, 0.
Titane(IV)
On peut préparer les halogénures de titane(IV) à partir des corps
simples. Industriellement, TiCl 4 est préparé en faisant réagir TiO 2
avec Cl 2 en présence de carbone, et on utilise aussi cette réaction
pour la purification de TiO 2 dans le « procédé au chlorure » (encadré 22.3). Le fluorure de titane(IV) est un solide blanc hygroscopique qui donne HF par hydrolyse. La vapeur contient des molécules
tétraédriques de TiF 4 . TiF 4 solide est constitué d’unités Ti 3 F 15 dans
lesquelles les atomes Ti sont dans un environnement octaédrique ;
Le dioxyde de titane a de grandes applications industrielles comme
pigment blanc brillant et ses applications comme pigment aux USA
en 2004 sont représentées dans le diagramme ci-dessous. Cette
application commerciale provient du fait que les fines particules
diffractent très fortement la lumière incidente ; même les cristaux
de TiO 2 possèdent une indice de réfraction très élevé (μ = 2,6 pour
le rutile, 2,55 pour l’anatase). Historiquement, on a utilisé des composés de Pb(II) comme pigments dans les peintures, mais les dangers sanitaires qui lui sont associés rendent le plomb indésirable ;
les risques de TiO 2 sont négligeables. On utilise deux méthodes de
fabrication :
le
●
procédé au sulfate produit TiO 2 sous forme de rutile et
d’anatase ;
le
●
procédé au chlorure produit du rutile.
La matière première du procédé au sulfate est l’ilménite,
FeTiO 3 ; le traitement par H 2 SO 4 à 420-470 K donne Fe 2 (SO 4 ) 3 et
TiOSO 4 . Fe 2 (SO 4 ) 3 est réduit et séparé sous forme de FeSO 4 ∙7H 2 O
par un processus de cristallisation. L’hydrolyse de TiOSO 4 donne
TiO 2 hydraté qui est ensuite déshydraté pour donner TiO 2 . Celui-ci
est sous forme d’anatase jusqu’à ce qu’on l’ensemence avec des
cristaux de rutile dans les étapes finales de la production. Le minerai rutile se trouve naturellement dans, par exemple, les veines
d’apatite en Norvège, et constitue la matière première du procédé
au chlorure. TiO 2 est d’abord transformé en TiCl 4 par un traitement
avec Cl 2 et C à 1 200 K. L’oxydation par O 2 à ≈ 1 500 K donne du
rutile pur.
À l’origine, le procédé au sulfate était le plus important dans
l’industrie, mais depuis le début des années 1990 le procédé au
chlorure a été favorisé, aussi bien pour des raisons financières que
pour des raisons environnementales. Les deux procédés sont utilisés actuellement.
Le dioxyde de titane est un semi-conducteur et un excellent photocatalyseur pour la photominéralisation de l’eau, c.-à-d. la dégradation des polluants dans l’eau catalysée par TiO 2 en présence d’un
rayonnement UV. Les polluants qui peuvent être détruits avec succès comprennent une vaste gamme d’hydrocarbures et de composés
organiques halogénés aussi bien que certains herbicides, pesticides
et colorants. Les propriétés semi-conductrices de TiO 2 ont aussi
conduit à son utilisation comme détecteur de gaz pour la détection de Me 3 N émis par les poissons en décomposition. On trouve
d’autres utilisations de TiO 2 dans les cosmétiques et les céramiques,
et dans les anodes de divers processus électrolytiques. TiO 2 est utilisé comme filtre UV dans les crèmes solaires et pour cet usage, le
contrôle de la taille des particules est important car on obtient la diffraction optimale de la lumière lorsque le diamètre des particules de
TiO 2 est 180-220 nm.
Plastiques 27,2 %
Papier 16,0 %
Divers, p. ex. encres d’imprimerie,
cosmétiques, céramiques,
tissus enduits et textiles 3,2 %
Peintures, vernis
et laques 53,6 %
[Données : US Gelological Survey.]
Pour en savoir plus
X. Chen et S.S. Man (2006) Journal of Nanoscience and
Nanotechnology, vol. 6, p. 906 – « Synthesis of titanium dioxide
(TiO 2 ) nanomaterials ».
U. Diebold (2003) Surface Science Reports, vol. 48, p. 53 – « The
surface science of titaniuim dioxide ».
A. Mills, R.H. Davies et D. Worsley (1993) Chemical Society
Reviews, vol. 22, p. 417 – « Water purification by semiconductor photocatalysis ».
Voir aussi le paragraphe 28.6.
A p p l i c A T i O n S D A n S l ’ i n D U S T R i E E T A U l A B O R A T O i R E
Demande commerciale pour TiO
Encadré 22.3
2
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les octaèdres qui partagent un sommet (figure 22.5) sont ensuite
reliés par les atomes F a (représentés dans la figure 22.5a) pour
engendrer des colonnes isolées dans un dispositif infini. TiCl 4 et
TiBr 4 s’hydrolysent plus facilement que TiF 4 . À 298 K, TiCl 4 est
un liquide incolore (F = 249 K, Éb = 409 K) et TiBr 4 est un solide
jaune. Le tétraiodure est un solide hygroscopique brun-rouge qui
se sublime sous vide à 473 K en une vapeur rouge. Des molécules tétraédriques sont présentes dans la phase solide et dans la
phase vapeur de TiCl 4 , de TiBr 4 et de TiI 4 . Chaque tétrahalogénure se comporte comme un acide de Lewis ; TiCl 4 est le plus
important, utilisé avec AlCl 3 , des catalyseurs Ziegler-Natta pour
la polymérisation des alcènes (paragraphe 27.8) et il catalyse plusieurs autres réactions organiques. On constate l’acidité de Lewis
dans la formation des complexes. Il se combine aux amines et aux
Dans ses composés, Ti présente les états d’oxydation + 4 (de
loin le plus stable), + 3, + 2 et, rarement, 0.
Titane(IV)
On peut préparer les halogénures de titane(IV) à partir des corps
simples. Industriellement, TiCl 4 est préparé en faisant réagir TiO 2
avec Cl 2 en présence de carbone, et on utilise aussi cette réaction
pour la purification de TiO 2 dans le « procédé au chlorure » (encadré 22.3). Le fluorure de titane(IV) est un solide blanc hygroscopique qui donne HF par hydrolyse. La vapeur contient des molécules
tétraédriques de TiF 4 . TiF 4 solide est constitué d’unités Ti 3 F 15 dans
lesquelles les atomes Ti sont dans un environnement octaédrique ;
Le dioxyde de titane a de grandes applications industrielles comme
pigment blanc brillant et ses applications comme pigment aux USA
en 2004 sont représentées dans le diagramme ci-dessous. Cette
application commerciale provient du fait que les fines particules
diffractent très fortement la lumière incidente ; même les cristaux
de TiO 2 possèdent une indice de réfraction très élevé (μ = 2,6 pour
le rutile, 2,55 pour l’anatase). Historiquement, on a utilisé des composés de Pb(II) comme pigments dans les peintures, mais les dangers sanitaires qui lui sont associés rendent le plomb indésirable ;
les risques de TiO 2 sont négligeables. On utilise deux méthodes de
fabrication :
le
●
procédé au sulfate produit TiO 2 sous forme de rutile et
d’anatase ;
le
●
procédé au chlorure produit du rutile.
La matière première du procédé au sulfate est l’ilménite,
FeTiO 3 ; le traitement par H 2 SO 4 à 420-470 K donne Fe 2 (SO 4 ) 3 et
TiOSO 4 . Fe 2 (SO 4 ) 3 est réduit et séparé sous forme de FeSO 4 ∙7H 2 O
par un processus de cristallisation. L’hydrolyse de TiOSO 4 donne
TiO 2 hydraté qui est ensuite déshydraté pour donner TiO 2 . Celui-ci
est sous forme d’anatase jusqu’à ce qu’on l’ensemence avec des
cristaux de rutile dans les étapes finales de la production. Le minerai rutile se trouve naturellement dans, par exemple, les veines
d’apatite en Norvège, et constitue la matière première du procédé
au chlorure. TiO 2 est d’abord transformé en TiCl 4 par un traitement
avec Cl 2 et C à 1 200 K. L’oxydation par O 2 à ≈ 1 500 K donne du
rutile pur.
À l’origine, le procédé au sulfate était le plus important dans
l’industrie, mais depuis le début des années 1990 le procédé au
chlorure a été favorisé, aussi bien pour des raisons financières que
pour des raisons environnementales. Les deux procédés sont utilisés actuellement.
Le dioxyde de titane est un semi-conducteur et un excellent photocatalyseur pour la photominéralisation de l’eau, c.-à-d. la dégradation des polluants dans l’eau catalysée par TiO 2 en présence d’un
rayonnement UV. Les polluants qui peuvent être détruits avec succès comprennent une vaste gamme d’hydrocarbures et de composés
organiques halogénés aussi bien que certains herbicides, pesticides
et colorants. Les propriétés semi-conductrices de TiO 2 ont aussi
conduit à son utilisation comme détecteur de gaz pour la détection de Me 3 N émis par les poissons en décomposition. On trouve
d’autres utilisations de TiO 2 dans les cosmétiques et les céramiques,
et dans les anodes de divers processus électrolytiques. TiO 2 est utilisé comme filtre UV dans les crèmes solaires et pour cet usage, le
contrôle de la taille des particules est important car on obtient la diffraction optimale de la lumière lorsque le diamètre des particules de
TiO 2 est 180-220 nm.
Plastiques 27,2 %
Papier 16,0 %
Divers, p. ex. encres d’imprimerie,
cosmétiques, céramiques,
tissus enduits et textiles 3,2 %
Peintures, vernis
et laques 53,6 %
[Données : US Gelological Survey.]
Pour en savoir plus
X. Chen et S.S. Man (2006) Journal of Nanoscience and
Nanotechnology, vol. 6, p. 906 – « Synthesis of titanium dioxide
(TiO 2 ) nanomaterials ».
U. Diebold (2003) Surface Science Reports, vol. 48, p. 53 – « The
surface science of titaniuim dioxide ».
A. Mills, R.H. Davies et D. Worsley (1993) Chemical Society
Reviews, vol. 22, p. 417 – « Water purification by semiconductor photocatalysis ».
Voir aussi le paragraphe 28.6.
A p p l i c A T i O n S D A n S l ’ i n D U S T R i E E T A U l A B O R A T O i R E
Demande commerciale pour TiO
Encadré 22.3
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