Grupo 4: el grupo del titanio

Cuatro electrones externos y el estado +4

Cada miembro tiene dos electrones d y dos electrones s fuera de su núcleo: el titanio es [Ar] 3d² 4s², el circonio [Kr] 4d² 5s² y el hafnio [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s². Usar los cuatro da el estado +4 que se encuentra en sus óxidos, TiO₂, ZrO₂ y HfO₂. El titanio también puede ser +2 o +3, pero el circonio y el hafnio casi siempre permanecen en +4.

Estos metales reaccionan con facilidad con el oxígeno, pero la delgada película de óxido que se forma sella la superficie, de modo que en condiciones cotidianas apenas se corroen.

Al bajar por el grupo: más pesados y más difíciles de fundir

A diferencia de los metales de los grupos 1 y 2, los metales del grupo 4 se funden a temperaturas más altas al bajar: 1941 K para el titanio, 2128 K para el circonio y 2506 K para el hafnio. La electronegatividad disminuye ligeramente, de 1,54 a 1,33 y 1,3.

La densidad muestra un salto llamativo. El circonio tiene 6,52 g/cm³, pero el hafnio tiene 13,31 g/cm³, casi el doble. La serie de los lantánidos, que viene justo antes del hafnio, contrae sus átomos, de modo que un átomo de hafnio tiene casi el mismo tamaño que uno de circonio y, sin embargo, casi el doble de masa. Los dos son gemelos tan parecidos que el hafnio pasó inadvertido entre los minerales de circonio hasta 1923.

Dónde te encuentras el grupo 4

El dióxido de titanio es el pigmento blanco brillante de la pintura, el papel, la pasta de dientes y muchos protectores solares. El titanio metálico es resistente pero ligero, 4,506 g/cm³ frente a 7,874 g/cm³ del hierro, por lo que se emplea en aviones, cuadros de bicicleta e implantes de cadera y dentales que el cuerpo acepta bien. Las aleaciones de circonio envuelven el combustible de los reactores nucleares porque el circonio deja pasar los neutrones, mientras que el hafnio absorbe neutrones y se usa en las barras de control. La circonita cúbica, una imitación económica del diamante, es dióxido de circonio.

Rutherfordio

El rutherfordio (104), llamado así por Ernest Rutherford, es radiactivo y solo se ha producido de unos pocos átomos cada vez, por lo que nunca se han medido su punto de fusión ni su densidad. Experimentos breves sugieren que forma compuestos muy parecidos a los del circonio y el hafnio.