Группа 4: группа титана

Четыре внешних электрона и степень окисления +4

У каждого члена группы два d-электрона и два s-электрона вне остова: у титана [Ar] 3d² 4s², у циркония [Kr] 4d² 5s², у гафния [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s². Использование всех четырёх даёт степень окисления +4, встречающуюся в их оксидах TiO₂, ZrO₂ и HfO₂. Титан может также быть +2 или +3, но цирконий и гафний почти всегда остаются в состоянии +4.

Эти металлы легко реагируют с кислородом, но образующаяся тонкая оксидная плёнка герметизирует поверхность, поэтому в обычных условиях они почти не корродируют.

Вниз по группе: тяжелее и тугоплавче

В отличие от металлов групп 1 и 2, металлы группы 4 при движении вниз плавятся при всё более высоких температурах: 1941 K у титана, 2128 K у циркония и 2506 K у гафния. Электроотрицательность слегка снижается: с 1,54 до 1,33 и 1,3.

Плотность демонстрирует поразительный скачок. У циркония она составляет 6,52 g/cm³, а у гафния — 13,31 g/cm³, то есть примерно вдвое больше. Ряд лантаноидов, стоящий прямо перед гафнием, сжимает его атомы, поэтому атом гафния почти такого же размера, как атом циркония, но имеет почти вдвое большую массу. Эти два элемента настолько близки, что гафний оставался незамеченным в циркониевых рудах до 1923 года.

Где вы встречаете группу 4

Диоксид титана — яркий белый пигмент в красках, бумаге, зубной пасте и многих солнцезащитных кремах. Металлический титан прочен и при этом лёгок: 4,506 g/cm³ против 7,874 g/cm³ у железа, поэтому его используют в самолётах, велосипедных рамах, а также в тазобедренных и зубных имплантатах, которые хорошо принимает организм. Циркониевые сплавы оборачивают топливо в ядерных реакторах, поскольку цирконий пропускает нейтроны, тогда как гафний поглощает нейтроны и применяется в регулирующих стержнях. Кубический цирконий (фианит) — недорогая имитация алмаза — это диоксид циркония.

Резерфордий

Резерфордий (104), названный в честь Эрнеста Резерфорда, радиоактивен и получен лишь по нескольку атомов за раз, поэтому его температура плавления и плотность никогда не измерялись. Краткие эксперименты показывают, что он образует соединения, очень похожие на соединения циркония и гафния.