المجموعة 4: مجموعة التيتانيوم

أربعة إلكترونات خارجية وحالة التأكسد +4

لكل عضو إلكترونا d وإلكترونا s خارج قلبه: توزيع التيتانيوم [Ar] 3d² 4s²، والزركونيوم [Kr] 4d² 5s²، والهافنيوم [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s². واستخدام الإلكترونات الأربعة كلها يعطي حالة +4 الموجودة في أكاسيدها TiO₂ وZrO₂ وHfO₂. ويمكن أن يكون التيتانيوم أيضًا +2 أو +3، أما الزركونيوم والهافنيوم فيبقيان تقريبًا دائمًا عند +4.

تتفاعل هذه الفلزات بسهولة مع الأكسجين، لكن طبقة الأكسيد الرقيقة التي تتكوّن تغلق السطح، فلا تكاد تتآكل في الظروف المعتادة.

نزولًا في المجموعة: أثقل وأصعب انصهارًا

خلافًا لفلزات المجموعتين 1 و2، تنصهر فلزات المجموعة 4 عند درجات حرارة أعلى كلما نزلنا: 1941 K للتيتانيوم و2128 K للزركونيوم و2506 K للهافنيوم. وتنخفض الكهروسالبية قليلًا، من 1.54 إلى 1.33 ثم 1.3.

تُظهر الكثافة قفزة لافتة. فالزركونيوم 6.52 g/cm³، لكن الهافنيوم 13.31 g/cm³، أي نحو ضعف الكثافة. فسلسلة اللانثانيدات التي تسبق الهافنيوم مباشرة تُقلّص حجم الذرات، ولذلك تكاد ذرة الهافنيوم تساوي ذرة الزركونيوم في الحجم مع أن كتلتها تقارب الضعف. وهما توأمان متقاربان إلى حد أن الهافنيوم بقي مختبئًا دون أن يلحظه أحد في خامات الزركونيوم حتى عام 1923.

أين تصادف المجموعة 4

ثاني أكسيد التيتانيوم هو الصبغة البيضاء الساطعة في الطلاء والورق ومعجون الأسنان وكثير من واقيات الشمس. والتيتانيوم فلز قوي وخفيف في آن، كثافته 4.506 g/cm³ مقابل 7.874 g/cm³ للحديد، ولذلك يدخل في الطائرات وهياكل الدراجات وزرعات الورك والأسنان التي يتقبلها الجسم جيدًا. وتغلّف سبائك الزركونيوم الوقود في المفاعلات النووية لأن الزركونيوم يسمح بمرور النيوترونات، بينما يمتص الهافنيوم النيوترونات ويُستخدم في قضبان التحكم. والزركونيا المكعبة، وهي شبيه رخيص للألماس، هي ثاني أكسيد الزركونيوم.

الرذرفورديوم

الرذرفورديوم (104)، المسمّى تيمنًا بإرنست رذرفورد، عنصر مشع لم يُصنع إلا بضع ذرات في كل مرة، ولذلك لم تُقَس درجة انصهاره ولا كثافته قط. وتشير تجارب قصيرة إلى أنه يكوّن مركّبات تشبه كثيرًا مركّبات الزركونيوم والهافنيوم.