Skupina 4: skupina titanu

Čtyři vnější elektrony a oxidační stav +4

Každý člen má mimo své jádro dva elektrony d a dva elektrony s: titan je [Ar] 3d² 4s², zirkonium [Kr] 4d² 5s² a hafnium [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s². Využitím všech čtyř vzniká oxidační stav +4, který najdeme v jejich oxidech TiO₂, ZrO₂ a HfO₂. Titan může být také +2 nebo +3, ale zirkonium a hafnium zůstávají téměř vždy na +4.

Tyto kovy ochotně reagují s kyslíkem, avšak tenká vrstva oxidu, která vznikne, povrch utěsní, takže za běžných podmínek téměř nekorodují.

Směrem dolů ve skupině: těžší a hůře tavitelné

Na rozdíl od kovů 1. a 2. skupiny tají kovy 4. skupiny směrem dolů při vyšších teplotách: 1941 K u titanu, 2128 K u zirkonia a 2506 K u hafnia. Elektronegativita mírně klesá, z 1,54 na 1,33 a 1,3.

Hustota se prudce zvyšuje. Zirkonium má 6,52 g/cm³, ale hafnium 13,31 g/cm³, tedy asi dvakrát více. Řada lanthanoidů, která leží těsně před hafniem, atomy zmenšuje, takže atom hafnia je téměř stejně velký jako atom zirkonia, ale má téměř dvojnásobnou hmotnost. Oba prvky jsou si tak podobné jako dvojčata, že se hafnium až do roku 1923 nepozorovaně skrývalo v rudách zirkonia.

Kde se se skupinou 4 setkáte

Oxid titaničitý je zářivě bílý pigment v barvách, papíru, zubní pastě a mnoha opalovacích krémech. Kovový titan je pevný a přitom lehký, 4,506 g/cm³ oproti 7,874 g/cm³ u železa, a proto se používá v letadlech, rámech kol a kyčelních i zubních implantátech, které tělo dobře snáší. Slitiny zirkonia obalují palivo v jaderných reaktorech, protože zirkonium propouští neutrony, zatímco hafnium neutrony pohlcuje a používá se v regulačních tyčích. Kubický zirkon, levná napodobenina diamantu, je oxid zirkoničitý.

Rutherfordium

Rutherfordium (104), pojmenované po Ernestu Rutherfordovi, je radioaktivní a vyrábí se jen po několika atomech, takže jeho teplota tání ani hustota nebyly nikdy změřeny. Krátké pokusy naznačují, že tvoří sloučeniny velmi podobné sloučeninám zirkonia a hafnia.