ГлавнаяХимия4(IVb) группа

Химия - это просто

Популярно о химии
Что такое химия
Периодическая таблица:
· · Металлы
· · Неметаллы
· · Атомы 1(Ia) группы
· · Атомы 2(IIa) группы
· · Атомы 4(IVb) группы
· · Атомы 5(Vb) группы
· · Атомы 13(IIIa) группы
· · Атомы 14(IVa) группы
· · Атомы 15(Va) группы
· · Атомы 16(VIa) группы
· · Атомы 17(VIIa) группы
· · Атомы 18(0) группы
· · Переходные металлы
ОБЩАЯ ХИМИЯ
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Окислительно-восстановительные реакции

Атомы элементов 4(IVb) группы


Элемент Ti Zr Hf Rf
Порядковый номер 22 40 72 104
Атомная масса (относительная) 47,867 91,224 178,49 267
Плотность (н.у.), г/см3 4,54 6,51 13,31  
tпл, °C 1667 1857 2230  
tкип, °C 3285 4200 5200  
Энергия ионизации, кДж/моль:
I
II
III
IV
 
658,99
1312,2
2653,3
4177,8
 
639,70
1264,0
2219,2
3319,1
 
658,03
1437,6
2248,1
3213,0
 
Электронная формула [Ar]3d24s2 [Kr]4d25s2 [Xe]4f145d26s2 [Rn]5f146d27s2
Электроотрицательность (по Поллингу) 1,54 1,33 1,30  

Электронные формулы инертных газов:



В 4 группу (IVb группу по старой классификации) периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева входят 4 элемента: титан, цирконий, гафний, резерфордий (см. таблицу выше). Это, так называемые, d-элементы, являются металлами, титан, цирконий и гафний имеют несколько природных изотопов, некоторые из которых являются радиоактивными с большими периодами полураспада. Резерфордий в природе не встречается, период полураспада наиболее долгоживущего изотопа резерфордия составляет всего 65 секунд.

Самым распространенным в природе элементом 4-й группы является титан (0,63% по массе), занимающий 9-е место среди всех элементов; далее идут цирконий (0,016%) и гафний (0,0003%). Резерфордий в природе не встречается. Все нерадиоактивные элементы 4-й группы в природе находятся только в виде соединений, наиболее значимыми из которых являются:

Первым титан открыл англичанин У. Грегор в 1791 году, обнаружив новый элемент в ильмените FeTiO3. Четырьмя годами позднее то же самое сделал немец М. Клапорт, обнаруживший титан в рутиле TiO2. С "легкой руки" Клапорта новый элемент получил название титан в честь доолимпийских богов титанов, которые были низвергнуты в Тартар Зевсом за непокорность.

Цирконий был открыт Клапортом еще ранее титана - в 1789 году, и свое название получил за характерный блеск минерала циркона ZrO2, в котором и был обнаружен (цирконий, значит "золотистый" на арабском).

Гафний был открыт гораздо позже - в 1922 году этот металл был выделен из циркониевой руды в Копенгагене. Сделали это голландец Д. Костер и венгр Г. Хевеши, которые на тот момент работали в лаборатории Нильса Бора. Свое название элемент получил в честь древнеримского поселения Hafnia, на месте которого расположен нынешний Копенгаген.

Резерфордий самый "молодой" элемент 4 группы. Впервые его получили советские ученые в 1964 году. Изначально открытый элемент предлагалось назвать курчатовий в честь академика И. В. Курчатова, однако, комиссия IUPAC присвоила название резерфордий.

Атомы элементов 4 группы в основном состоянии имеют конфигурацию (n-1)d2ns2. Только титан является активным элементом, остальные элементы 4-й группы достаточно инертны и "неохотно" вступают в реакции с другими веществами. Энергия связи ns-электронов с ядром атома уменьшается в ряду от титана к цирконию, что обусловливает снижение суммарной энергии ионизации.

Атомный радиус элементов существенно увеличивается от титана к цирконию, по причине увеличения кол-ва электронных слоев. Но, появление у гафния электронов на шестом энергетическом уровне не приводит к дальнейшему увеличению роста радиуса атома, поскольку при заполнении 4f-оболочки происходит сжатие электронных слоев, так называемое "лантаноидное сжатие", поэтому атомные радиусы циркония и гафния мало отличаются, что проявляется значительным сходством свойств этих элементов и затрудняет их разделение.

Наиболее характерной степенью окисления для атомов элементов 4-й группы является +4 (см. Таблицу степеней окисления).

Почти все соединения элементов 4-й группы (кроме фторидов и оксидов) являются ковалентными, в них отсутствуют ионы Ti+4, Zr+4, Hf+4.

От титана к гафнию устойчивость соединений, имеющих высшую степень окисления, увеличивается - для титана устойчивыми являются соединения TiO, Ti2O3, TiO2 и фториды TiF2, TiF3, TiF4, для циркония и гафния - ZrO2, HfO2, ZrF4, HfF4.

Склонность к соединениям с более низкими степенями окисления выше у титана. Соединения титана (III) - акваионы, присутствуют в кислых водных растворах, из которых выделены сульфаты и галогениды. Соединения циркония и гафния (III) в водных растворах не существуют, поскольку легко окисляются водой.

ОснОвные и восстановительные свойства соответствующих соединений возрастают с понижением степени окисления - гидроксид титана Ti(OH)3 более сильное основание нежели гидратированный оксид титана (IV).

В начало страницы