Nhóm 4: nhóm titan

Bốn electron lớp ngoài và trạng thái +4

Mỗi thành viên có hai electron d và hai electron s ngoài lõi của nó: titan là [Ar] 3d² 4s², zirconi [Kr] 4d² 5s² và hafni [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s². Dùng cả bốn electron cho trạng thái +4 có trong các oxit của chúng, TiO₂, ZrO₂ và HfO₂. Titan cũng có thể là +2 hoặc +3, nhưng zirconi và hafni hầu như luôn ở mức +4.

Các kim loại này phản ứng dễ dàng với oxi, nhưng lớp màng oxit mỏng hình thành sẽ bịt kín bề mặt, nên trong điều kiện thông thường chúng hầu như không bị ăn mòn.

Đi xuống nhóm: nặng hơn và khó nóng chảy hơn

Khác với kim loại nhóm 1 và 2, kim loại nhóm 4 nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn khi đi xuống: 1941 K với titan, 2128 K với zirconi và 2506 K với hafni. Độ âm điện giảm nhẹ, từ 1,54 xuống 1,33 và 1,3.

Khối lượng riêng tăng vọt đáng chú ý. Zirconi là 6,52 g/cm³, nhưng hafni là 13,31 g/cm³, đặc gấp khoảng hai lần. Dãy lantanoit nằm ngay trước hafni làm co nhỏ các nguyên tử, nên nguyên tử hafni có kích thước gần bằng nguyên tử zirconi trong khi nặng gần gấp đôi. Hai nguyên tố giống nhau như anh em sinh đôi đến mức hafni ẩn mình không bị phát hiện trong quặng zirconi cho đến năm 1923.

Bạn gặp nhóm 4 ở đâu

Titan đioxit là chất màu trắng sáng trong sơn, giấy, kem đánh răng và nhiều loại kem chống nắng. Kim loại titan vừa bền vừa nhẹ, 4,506 g/cm³ so với 7,874 g/cm³ của sắt, nên được dùng trong máy bay, khung xe đạp và các mô cấy ghép hông và răng mà cơ thể dung nạp tốt. Hợp kim zirconi bọc nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân vì zirconi cho neutron đi qua, trong khi hafni hấp thụ neutron và được dùng trong thanh điều khiển. Zirconia lập phương, một loại đá giả kim cương giá rẻ, là zirconi đioxit.

Rutherfordi

Rutherfordi (104), được đặt theo tên Ernest Rutherford, có tính phóng xạ và mới chỉ được tạo ra từng vài nguyên tử một, nên nhiệt độ nóng chảy và khối lượng riêng của nó chưa bao giờ được đo. Những thí nghiệm ngắn cho thấy nó tạo ra các hợp chất khá giống hợp chất của zirconi và hafni.