Disulfure de titane

Sulfure de titane(IV)
__ Ti     __ S Structure cristalline du disulfure de titane.
Identification
Nom systématique	sulfure de titane(IV)
Synonymes	disulfure de titane
N^o CAS	12039-13-3
N^o ECHA	100.031.699
N^o CE	234-883-0
N^o RTECS	XR2460000
PubChem	61544
Apparence	solide couleur bronze à l'odeur d'œuf pourri (H2S)[1]
Propriétés chimiques
Formule	S2Ti
Masse molaire[2]	111,997 ± 0,011 g/mol S 57,26 %, Ti 42,74 %,
Précautions
SGH[1]
Attention H252, H315, H319, H335, P280, P235+P410, P312, P302+P352, P304+P340, P332+P313 et P337+P313 H252 : Matière auto-échauffante en grandes quantités ; peut s'enflammer H315 : Provoque une irritation cutanée H319 : Provoque une sévère irritation des yeux H335 : Peut irriter les voies respiratoires P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P235+P410 : Tenir au frais. Protéger du rayonnement solaire. P312 : Appeler un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin en cas de malaise. P302+P352 : En cas de contact avec la peau : laver abondamment à l’eau et au savon. P304+P340 : En cas d'inhalation : transporter la victime à l’extérieur et la maintenir au repos dans une position où elle peut confortablement respirer. P332+P313 : En cas d’irritation cutanée : consulter un médecin. P337+P313 : Si l’irritation oculaire persiste : consulter un médecin.
NFPA 704[1]
3 2 0
Transport[1]
-    3174    Numéro ONU : 3174 : DISULFURE DE TITANE Étiquette : 4.2 : Matières sujettes à l'inflammation spontanée Emballage : Groupe d'emballage III : matières faiblement dangereuses.
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le disulfure de titane, ou sulfure de titane(IV), est un composé chimique de formule TiS₂. Il s'agit d'un solide diamagnétique de couleur bronze ou dorée ayant une structure cristalline feuilletée semblable à celle de l'iodure de cadmium (alternativement groupe d'espace P6₃mc du système hexagonal, n^o 186, et groupe d'espace P3m1 du système trigonal, n^o 164)^[3]. Sa conductivité électrique correspond à celle d'un métalloïde^[4], ce qui permet de l'utiliser comme cathode d'accumulateur électrique^[5] avec une anode en lithium grâce aux capacités d'intercalation des cations Li⁺ dans la structure cristalline feuilletée du disulfure de titane^[6], ce qui présente un intérêt par exemple pour le développement d'accumulateurs au lithium à électrolyte solide pour véhicules électriques hybrides^[7] :

TiS₂ + Li  ${\displaystyle \rightleftharpoons }$  Li⁺[TiS₂]⁻.

Réactions

Le disulfure de titane s'hydrolyse en présence d'humidité ou d'eau, notamment de solutions aqueuses d'acides, avec formation de sulfure d'hydrogène H₂S et de dioxyde de titane TiO₂^[8], d'où son odeur d'œuf pourri sous l'effet de l'humidité de l'air :

TiS₂ + 2 H₂O ⟶ TiO₂ + 2 H₂S.

Il est stable dans l'air à température ambiante, mais donne du TiO₂ lorsqu'il est chauffé à l'air libre :

TiS₂ + O₂ ⟶ TiO₂ + 2 S.

Il est combustible en raison de sa teneur en sulfure, produisant du dioxyde de soufre SO₂ gazeux. Il donne du sulfure de titane(III) Ti₂S₃ par chauffage à l'abri de l'air :

2 TiS₂ ⟶ Ti₂S₃ + S.

Il est décomposé par l'acide nitrique et l'acide sulfurique concentré chaud avec formation de soufre. Il se dissout dans les solutions bouillantes d'hydroxyde de sodium NaOH et d'hydroxyde de potassium KOH en formant des titanates et sulfures de sodium et de potassium, respectivement^[8].

Synthèse

Le disulfure de titane peut être préparé à partir de tétrachlorure de titane TiCl₄ et de sulfure d'hydrogène H₂S^[3],[9] :

TiCl₄ + 2 H₂S ⟶ TiS₂ + 4 HCl.

La synthèse directe à partir des éléments est également possible aux alentours de 500 °C, et permet d'obtenir un composé de plus grande pureté^[8],[9] :

Ti + 2 S ⟶ TiS₂.

Notes et références

1. « Fiche du composé Titanium(IV) sulfide, 99.8% (metals basis)  », sur Alfa Aesar (consulté le 30 décembre 2022).
2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
3. (de) A. F. Holleman, Nils Wiberg et Egon Wiberg, Holleman-Wiberg Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 91^e-100^e  éd., Walter de Gruyter & Co, 1985, p. 1065. (ISBN 3-11-007511-3)
4. (en) Lesley E. Smart et Elaine A. Moore, Solid State Chemistry: An Introduction, 3^e  éd., Taylor & Francis, 2005. (ISBN 978-0748775163)
5. (en) M. Stanley Whittingham, « Lithium Batteries and Cathode Materials », Chemical Reviews, vol. 104, n^o 10,‎ 14 septembre 2004, p. 4271-4302 (PMID 15669156, DOI 10.1021/cr020731c, lire en ligne).
6. (en) Zhan-Liang Tao, Li-Na Xu, Xing-Long Gou, Jun Chen et Hua-Tang Yuan, « TiS₂nanotubes as the cathode materials of Mg-ion batteries », Chemical Communications, n^o 18,‎ 6 août 2004, p. 2080-2081 (PMID 15367984, DOI 10.1039/b403855j, lire en ligne).
7. (en) James E. Trevey, Conrad R. Stoldt et Se-Hee Lee, « High Power Nanocomposite TiS₂ Cathodes for All-Solid-State Lithium Batteries », Journal of The Electrochemical Society, vol. 158, n^o 12,‎ novembre 2011, article n^o A1282 (DOI 10.1149/2.017112jes, lire en ligne).
8. (de) Georg Brauer, en collaboration avec Marianne Baudler, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, 3^e  éd. révisée, vol. 2, Ferdinand Enke, Stuttgart, 1978, p. 1371. (ISBN 3-432-87813-3)
9. (en) M. J. Mckelvy, W. S. Claunsinger et G. Ouvrard, « Titanium Disulfide », Inorganic Syntheses: Nonmolecular Solids, vol. 30,‎ 1995, p. 28-32 (DOI 10.1002/9780470132616.ch7, lire en ligne).

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