Група 4: група титану

Чотири зовнішні електрони та ступінь окиснення +4

Кожен член має по два d-електрони й два s-електрони поза остовом: титан [Ar] 3d² 4s², цирконій [Kr] 4d² 5s², а гафній [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s². Використання всіх чотирьох дає ступінь окиснення +4, що трапляється в їхніх оксидах TiO₂, ZrO₂ та HfO₂. Титан може також мати +2 або +3, але цирконій і гафній майже завжди залишаються на +4.

Ці метали охоче реагують з киснем, але тонка оксидна плівка, що утворюється, ізолює поверхню, тож у звичайних умовах вони майже не кородують.

Вниз по групі: важчі й тугоплавкіші

На відміну від металів груп 1 і 2, метали групи 4 плавляться за вищих температур у міру руху вниз: 1941 K для титану, 2128 K для цирконію та 2506 K для гафнію. Електронегативність трохи знижується: від 1,54 до 1,33 і 1,3.

Густина демонструє разючий стрибок. У цирконію вона 6,52 g/cm³, а в гафнію 13,31 g/cm³, тобто приблизно вдвічі більша. Ряд лантаноїдів, що стоїть безпосередньо перед гафнієм, стискає його атоми, тож атом гафнію майже такого ж розміру, як атом цирконію, але має майже вдвічі більшу масу. Ці два елементи такі близькі «близнюки», що гафній непомітно ховався в цирконієвих рудах аж до 1923 року.

Де ви зустрічаєте групу 4

Титан(IV) оксид — яскраво-білий пігмент у фарбах, папері, зубній пасті та багатьох сонцезахисних кремах. Металевий титан міцний, але легкий: 4,506 g/cm³ проти 7,874 g/cm³ у заліза, тому його використовують в авіації, у велосипедних рамах, а також у кульшових і зубних імплантах, які добре приймає організм. Цирконієві сплави обгортають паливо в ядерних реакторах, бо цирконій пропускає нейтрони, тоді як гафній поглинає нейтрони й застосовується в регулювальних стрижнях. Кубічний цирконій, дешева імітація діаманта, — це цирконій(IV) оксид.

Резерфордій

Резерфордій (104), названий на честь Ернеста Резерфорда, радіоактивний і був отриманий лише по кілька атомів за раз, тому його температуру плавлення та густину ніколи не вимірювали. Короткі експерименти свідчать, що він утворює сполуки, дуже схожі на сполуки цирконію та гафнію.