Известно до 15 оксидов титана.
Низшие оксиды титана -продукты упорядочения твердого раствора кислородав a-Ti, максимальная концентрация которого 31,9 ат.% О. При длительном обжиге образуются фазы на основе Ti3O (20-30 ат.% О) с ромбоэдрической решеткой и Ti2O. Промежуточный оксид Тi3О2-фаза с гексагональной решеткой.
- Монооксид TiO-кристаллы от золотисто-желтого до коричнево-фиолетового цвета со структурой типа NaCl со статистическим распределением вакансий Ti и О; полиморфные переходы при 1250, 820 и 720 °С, при 940 °С образуется стехиометрическая низкотемпературная моноклинная модификация. TiO испаряется конгруэнтно; в воде не растворим, растворим в разбавленных соляной и серной кислотах; при нагревании на воздухе окисляется; получают взаимодействием Ti с ТiO2, компонент катализаторов.
- Сесквиоксид Ti2O3-кристаллы темно-фиолетового или черного цвета со структурой типа корунда; при 200 °С превращаектся в другую гексагональную модификацию; при испарении диссоциирует на TiO и ТiO2; окисляется на воздухе только при очень высоких температурах; с водой и минеральными кислотами не реагирует; растворим при нагревании в концентрированной H2SO4 с образованием фиолетового раствора Ti2(SO4)3; сплавляется с KHSO4 с получением титанилсульфатов K2TiO(SO4)2; при спекании или сплавлении с оксидами или карбонатами щелочных, щелочно-земельных и других металлов образует двойные оксиды.
- Оксид Ti3O5, голубые или голубовато-черные кристаллы моноклинной сингонии; при 175°С превращаются в другую моноклинную модификацию; плотность - 4,29 г/см3; испаряется конгруэнтно с диссоциацией на TiO и ТiO2.
- В области от Ti1,75 до Ti1,9 существует гомологическая группа фаз TinO2n-1, где n = 4-9 (фазы Магнелли), кристаллизующиеся в триклинной решетке.
- Диоксид ТiO2-бесцветные кристаллы, при нагревании желтеет, но обесцвечивается после охлаждения; известен в виде нескольких модификаций; кроме рутила, анатаза и брукита, известных в виде минералов, получены две модификации высокого давления.
Брукит при всех условиях метастабилен. При нагревании анатаз и брукит необратимо превращаются в рутил соотвенно при 400-1000 °С и ~750°С. В основе структур этих модификаций октаэдры ТiO6.
TiO2 не растворим в воде, разбавленных минеральных кислотах (кроме плавиковой) и разбавленных растворах щелочей. С Н2О2 образует ортотитановую кислоту Н4ТiO4 (желтого цвета). Медленно растворяется в концентрированной H2SO4, концентрированных растворах щелочей, насыщенном растворере КНCO3. При нагревании с NH3 образует TiN.
При сплавлении или спекании с оксидами, карбонатами металлов образуются титанаты и двойные оксиды. Водородом, углеродом, активными металлами (Mg, Ca, Na) TiO2 при нагревании восстанавливается до низших оксидов. С Сl2 при нагревании в присутствии восстановителей (угля) образует TiCl4.
Получают TiO2 либо прокаливанием гидроксида, образующегося при гидролизе сульфатных растворов (при сульфатной переработке титановых концентратов), либо сжиганием TiCl4 (при 1200-1700 °С).
ТiO2 высокой чистоты можно получить гидролизом титанорганических соединений, Ti(OC4H9) с последующим прокаливанием.
Используют TiO2 как пигмент в лакокрасочной промышленности (титановые белила), в произодстве бумаги, синтетических волокон, пластмасс, резиновых изделий, в производстве керамических диэлектриков, белой эмали, термостойкого и оптического стекла (в т.ч. для волоконной оптики), как компонент обмазки электродов для электросварки и покрытий литейных форм и т. д.
Гидратированный диоксид ТiO2·nН2О [гидроксид Ti(IV), оксо-гидрат Ti, оксогидроксид Ti] в зависимости от условий получения может содержать переменные количества связанных с Ti групп ОН, структурную воду, кислотные остатки и адсорбированные катионы.
Полученный на холоду свежеосажденный ТiO2·nН2О хорошо растворим в разбавленных минеральных и сильных органических кислотах, но почти не растворим в растворах щелочей. Легко пептизируется с образованием устойчивых коллоидных растворов. При высушивании на воздухе образует объемистый белый порошок плотность - 2,6 г/см3, приближающийся по составу к ТiO2·2Н2О (ортотитановая кислота).
При нагревании и длительной сушке в вакууме постепенно обезвоживается, приближаясь по составу к TiO2 · Н2О (метатитановая кислота). Осадки такого состава получаются при осаждении из горячих растворов, при взаимодействии металлического титана с HNO3 и т.п. Их плотность составляет приблизительно 3,2 г/см3 и выше. Они практически не растворимы в разбавленных кислотах, не способны пептизироваться.
При старении осадки TiО2·nH2О постепенно превращаются в безводный диоксид, удерживающий в связанном состоянии адсорбированные катионы и анионы. Старение ускоряется кипячением суспензии с водой. Структура образующегося при старении TiO2 определяется условиями осаждения.
При осаждении аммиаком из солянокислых растворов при рН < 2 получаются образцы со структурой рутила, при рН 2-5-со структурой анатаза, из щелочной среды-рентгеноаморфные. Из сульфатных растворов продукты со структурой рутила не образуются.
ВРЕДНОСТЬ
Пыль TiO2 обладает раздражающим действием, может вызвать бронхит, пневмосклероз и др. поражения легких; ПДК в воздухе рабочей зоны 10 мг/м3, на воздухе 0,5 мг/м3, в воде 0,1 мг/л.