หมู่ 4: หมู่ไทเทเนียม

อิเล็กตรอนวงนอกสี่ตัวและสถานะ +4

สมาชิกแต่ละธาตุมีอิเล็กตรอน d สองตัวและอิเล็กตรอน s สองตัวนอกแกน ไทเทเนียมคือ [Ar] 3d² 4s² เซอร์โคเนียม [Kr] 4d² 5s² และฮาฟเนียม [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s² การใช้ทั้งสี่ตัวให้สถานะ +4 ที่พบในออกไซด์ของมัน คือ TiO₂, ZrO₂ และ HfO₂ ไทเทเนียมอาจเป็น +2 หรือ +3 ได้ด้วย แต่เซอร์โคเนียมและฮาฟเนียมเกือบทุกครั้งคงอยู่ที่ +4

โลหะเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ง่าย แต่ฟิล์มออกไซด์บาง ๆ ที่เกิดขึ้นจะปิดผนึกผิว ในสภาวะปกติจึงแทบไม่กัดกร่อน

เมื่อลงไปตามหมู่: หนักขึ้นและหลอมยากขึ้น

ต่างจากโลหะหมู่ 1 และ 2 โลหะหมู่ 4 หลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงขึ้นเมื่อลงไปตามหมู่ คือ 1941 K สำหรับไทเทเนียม 2128 K สำหรับเซอร์โคเนียม และ 2506 K สำหรับฮาฟเนียม อิเล็กโทรเนกาทิวิตีลดลงเล็กน้อย จาก 1.54 เป็น 1.33 และ 1.3

ความหนาแน่นกระโดดขึ้นอย่างโดดเด่น เซอร์โคเนียมมี 6.52 g/cm³ แต่ฮาฟเนียมมี 13.31 g/cm³ หนาแน่นกว่าประมาณสองเท่า อนุกรมแลนทาไนด์ที่อยู่ก่อนฮาฟเนียมทำให้อะตอมหดตัว อะตอมของฮาฟเนียมจึงมีขนาดเกือบเท่าอะตอมของเซอร์โคเนียมแต่มีมวลเกือบสองเท่า ทั้งสองเป็นแฝดที่ใกล้เคียงกันมากจนฮาฟเนียมซ่อนตัวอยู่ในแร่เซอร์โคเนียมโดยไม่มีใครสังเกตเห็นจนถึงปี 1923

เราพบหมู่ 4 ได้ที่ไหน

ไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นเม็ดสีขาวสว่างในสี กระดาษ ยาสีฟัน และครีมกันแดดหลายชนิด โลหะไทเทเนียมแข็งแรงแต่เบา 4.506 g/cm³ เทียบกับ 7.874 g/cm³ ของเหล็ก จึงใช้ในเครื่องบิน โครงจักรยาน และรากฟันเทียมหรือข้อสะโพกเทียมที่ร่างกายยอมรับได้ดี โลหะผสมเซอร์โคเนียมห่อหุ้มเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เพราะเซอร์โคเนียมยอมให้นิวตรอนผ่าน ส่วนฮาฟเนียมดูดกลืนนิวตรอนและใช้ในแท่งควบคุม คิวบิกเซอร์โคเนีย ซึ่งเป็นของเลียนแบบเพชรราคาถูก คือเซอร์โคเนียมไดออกไซด์

รัทเทอร์ฟอร์เดียม

รัทเทอร์ฟอร์เดียม (104) ตั้งชื่อตามเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด เป็นธาตุกัมมันตรังสีและผลิตได้ครั้งละไม่กี่อะตอม จึงไม่เคยวัดจุดหลอมเหลวและความหนาแน่นได้ การทดลองระยะสั้นชี้ว่ามันเกิดสารประกอบคล้ายกับของเซอร์โคเนียมและฮาฟเนียมมาก