קבוצה 4: קבוצת הטיטניום

ארבעה אלקטרונים חיצוניים ומצב ‎+4

לכל חבר יש שני אלקטרוני d ושני אלקטרוני s מחוץ לליבה: טיטניום הוא [Ar] 3d² 4s², זירקוניום [Kr] 4d² 5s² והאפניום [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s². שימוש בכל הארבעה נותן את מצב ‎+4 המצוי באוקסידים שלהם, TiO₂, ZrO₂ ו־HfO₂. טיטניום יכול להיות גם ‎+2 או ‎+3, אך זירקוניום והאפניום נשארים כמעט תמיד ב־‎+4.

המתכות האלה מגיבות בקלות עם חמצן, ובכל זאת שכבת האוקסיד הדקה שנוצרת אוטמת את פני השטח, ולכן בתנאים יומיומיים הן כמעט אינן עוברות שיתוך.

לאורך הקבוצה: כבדות יותר וקשות יותר להיתוך

בניגוד למתכות של קבוצות 1 ו־2, מתכות קבוצה 4 נמסות בטמפרטורות גבוהות יותר ככל שיורדים: 1941 K בטיטניום, 2128 K בזירקוניום ו־2506 K בהאפניום. האלקטרושליליות יורדת מעט, מ־1.54 ל־1.33 ול־1.3.

בצפיפות יש קפיצה בולטת. צפיפות הזירקוניום היא 6.52 g/cm³, אך צפיפות ההאפניום היא 13.31 g/cm³, פי שניים בערך. סדרת הלנתנידים שבאה ממש לפני האפניום מכווצת את האטומים שלו, ולכן אטום האפניום כמעט באותו גודל כמו אטום זירקוניום אך מסתו כמעט כפולה. השניים תאומים כה קרובים שהאפניום הסתתר בלי שיבחינו בו בעפרות זירקוניום עד 1923.

היכן פוגשים את קבוצה 4

טיטניום דו־חמצני הוא הפיגמנט הלבן והבהיר בצבע, בנייר, במשחת שיניים וברבות מקרמות ההגנה מהשמש. מתכת הטיטניום חזקה אך קלה, 4.506 g/cm³ לעומת 7.874 g/cm³ בברזל, ולכן היא משמשת במטוסים, במסגרות אופניים ובשתלים של מפרק הירך ושל השיניים שהגוף מקבל היטב. סגסוגות זירקוניום עוטפות את הדלק בכורים גרעיניים משום שזירקוניום מניח לנייטרונים לעבור, ואילו האפניום סופג נייטרונים ומשמש במוטות בקרה. זירקוניה מעוקבת, חיקוי יהלום זול, היא זירקוניום דו־חמצני.

ראתרפורדיום

ראתרפורדיום (104), הקרוי על שם ארנסט רתרפורד, הוא רדיואקטיבי ויוצר רק בכמה אטומים בכל פעם, ולכן נקודת ההיתוך והצפיפות שלו מעולם לא נמדדו. ניסויים קצרים מצביעים על כך שהוא יוצר תרכובות הדומות מאוד לאלה של זירקוניום והאפניום.