תכונות כימיות של טיטניום

טיטניום הוא יסוד מקבוצת IVB בתקופה הרביעית של הטבלה המחזורית. המבנה האלקטרוני האטומי שלו הוא [Ar]3d²4s², עם ארבעה אלקטרונים ערכיים זמינים לחיבור. לכן, מצב החמצון הגבוה ביותר שלו בתרכובות הוא (Ⅳ). מכיוון שהוא שייך לסדרת המעבר הראשונה ויש לו שני אלקטרונים תלת מימדיים לא מזווגים, אלה יכולים גם להשתתף בחיבור, מה שמאפשר לטיטניום מצבי חמצון נמוכים יותר (Ⅱ) ו-(Ⅲ).

בתרכובות טיטניום (Ⅳ), האטומים הם למעשה אינרטיים. ליון Ti⁴⁺ יש רדיוס של 60 pm, מה שהופך אותו לקטיון- גבוה, רדיוס- קטן, חוזק-שדה- גבוה עם כוח מקטב חזק לעבר יונים מתואמים. לכן, תרכובות Ti(Ⅳ) הן תמיד קוולנטיות, דומות ביצירת תרכובות ל-Si(Ⅳ) ו-Sn(Ⅳ). לדוגמה, טטרכלוריד הוא נוזל מבעבע המועבר בקלות להידרוליזה. במציאות, אין יוני Ti⁴⁺ חופשיים או יונים מומסים; לכל היותר, (-Ti-O⁻)²⁺ שרשרת-כמו יונים לחות קיימות בתמיסות חומציות. בתרכובות פשוטות של טיטניום (IV), לטיטניום מספר קואורדינציה של 4. עם זאת, בשל נוכחותם של אורביטלים תלת מימדיים במבנה האלקטרוני האטומי שלו, טיטניום עם 4 קואורדינטות (IV) היא חומצה לואיס טובה ויכולה לקבל ליגנדים כדי להרחיב את מספר הקואורדינציה ל-6. תרכובות עם מספרי תיאום של 5, 7 נמצאו גם, ובתנאים ספציפיים. כל מספר תיאום מתאים למבנה סטריאו מולקולרי מסוים. טיטניום(III) הוא גם ערכיות חשובה של טיטניום; טיטניום תלת ערכי בתצורת d1 יוצר לעתים קרובות יונים מורכבים אוקטהדרלים, כגון TiF63- ו-Ti(H2O)63+.

מלבד מצבי החמצון הנפוצים II, III ו-IV, טיטניום בתרכובות יכול להציג מצבי חמצון נמוכים נדירים או מצבי חמצון שליליים I, O, -I ו--II בשילוב עם π- ליגנדים חומציים (ליגנדים שיכולים להחזיר אלקטרונים לאטום הטיטניום המרכזי).