Titan undergruppe | |
---|---|
Generel information | |
Gruppemedlemmer | Titanium , zirconium , hafnium , rutherfordium |
Åbningsperiode | XVIII-XX århundreder |
At være i naturen | normal |
Kemiske egenskaber | |
Reaktivitet | gennemsnit |
Oxidationstilstand | for alle +4 (Ti, Zr, Hf og muligvis Rf) |
At finde en gruppe i elektroniske blokke | d-blok |
Fysiske egenskaber | |
Farve |
Titanium - metallisk sølv Zirconium - sølv hvid Hafnium - sølvgrå |
Stat ( st. konv. ) | Metaller |
Gennemsnitlig tæthed | 8,1 g/cm³ |
Gennemsnitlig metalradius | 150 nm |
Gennemsnitligt smeltepunkt | 1919°C |
Gennemsnitligt kogepunkt | 4099°C |
Toksikologiske data | |
Toksicitet | lav (undtagen rutherfordium) |
Titanium undergruppe - kemiske grundstoffer i den 4. gruppe af det periodiske system (ifølge den forældede klassificering - elementer i den sekundære undergruppe af gruppe IV) [1] . Ifølge IUPAC-nomenklaturen indeholder titanium-undergruppen titanium , zirconium , hafnium og rutherfordium .
De første tre elementer i denne undergruppe findes i naturen i betydelige mængder. De tilhører ildfaste metaller . Den sidste repræsentant er rutherfordium, et radioaktivt grundstof . Den har ingen stabile isotoper . Dets fysiske og kemiske egenskaber er ikke blevet undersøgt.
|
|
|
|
---|
De fleste af de kemiske egenskaber er kun blevet undersøgt for de første tre elementer i denne undergruppe. Rutherfordiums kemi er endnu ikke blevet tilstrækkeligt undersøgt til at fastslå, at det generelt ligner elementerne i denne undergruppe. Når den udsættes for ilt, dannes en oxidfilm på metaloverfladen. Titandioxid , zirconiumdioxid og hafniumdioxid er faste krystallinske stoffer med højt smeltepunkt og inertitet over for syrer [2] .
Som tetravalente elementer danner forskellige uorganiske forbindelser , normalt i +4 oxidationstilstand . Der er opnået data, der indikerer deres modstandsdygtighed over for alkalier. Med halogener danner de de tilsvarende tetrahalogenider med den generelle formel MHal 4 ( hvor M: Ti, Zr og Hf). Ved højere temperaturer reagerer de med ilt, nitrogen, kulstof, bor, silicium og svovl. Sandsynligvis på grund af lanthanidkontraktion har hafnium og zirconium næsten de samme ioniske radier . Den ioniske radius af Zr +4 er 79 pm, og den for Hf +4 er 78 pm [2] [3] .
Ligheden mellem ioniske radier fører til dannelsen af kemiske forbindelser, der ligner deres egenskaber [3] . Kemien af hafnium er så lig den af zirconium, at de kun kan skelnes på deres fysiske egenskaber. De vigtigste forskelle mellem de to grundstoffer bør betragtes som smelte- og kogepunkter og opløselighed i opløsningsmidler [2] .
Navn | Titanium | Zirkonium | Hafnium | Rutherfordium |
---|---|---|---|---|
Smeltetemperatur | 1941K (1668°C) | 2130K (1857°C) | 2506K (2233°C) | ? |
Kogetemperatur | 3560K (3287°C) | 4682K (4409°C) | 4876K (4603°C) | ? |
Massefylde | 4,507 g cm −3 | 6,511 g cm −3 | 13,31 g cm −3 | ? |
Farve | sølv metallic | sølv hvid | sølvgrå | ? |
Atomradius | 140 kl | 155 kl | 155 kl | ? |
Titanium bar
Zirkonium
Bar af hafnium
hafnium barrer
Zirkonium og titanium blev undersøgt i det 17. århundrede, mens hafnium først blev opdaget i 1923. I to hundrede år lykkedes det ikke kemikere at opdage det nye grundstof hafnium, mens det var til stede som en urenhed i næsten alle zirconiumforbindelser i betydelige mængder [4] .
William Gregor , Franz-Josef Müller von Reichenstein og Martin Heinrich Klaproth opdagede uafhængigt af hinanden titanium i 1791 og 1795. Klaproth opkaldte grundstoffet titanium efter karaktererne i den græske mytologi [5] . Klaproth opdagede også zirconium i sin mineralske form: zircon , og kaldte det nye grundstof Zirconerd. Eksistensen af hafnium blev forudsagt af den store russiske kemiker D. I. Mendeleev i 1869. Henry Moseley beregnede hafniums atomnummer vedhjælp af røntgenspektralanalyse - det viste sig at være 72. Efter opdagelsen af et nyt grundstof var Dirk Coster og György de Hevesy de første, der begyndte at lede efter hafnium i zirkoniummalme [6] . Efter dets opdagelse blev hafnium undersøgt af to opdagere i 1923 for at teste Mendeleevs forudsigelse [7] .
Rutherfordium blev angiveligt opdaget i 1966 på Joint Institute for Nuclear Research i Dubna . For at opnå grundstoffet blev 242 Pu-kerner bombarderet med accelererede 22 Ne-kerner. Det bombarderede element blev adskilt ved gradient termokromatografi efter reaktion med ZrCl 4 [8] :
242Produktionen af disse metaller er vanskelig på grund af deres reaktivitet. Dannelsen af nitrider, karbider og oxider gør det ikke muligt at opnå brugbare metaller. Dette kan undgås ved - processen Oxider (MO 2 ) reagerer med kul og klor og danner metaltetrachlorider (MCl 4 ). Saltene reagerer derefter med magnesium, hvilket resulterer i raffinerede metaller og magnesiumchlorid :
MO 2 + C ( koks ) + Cl 2 → MCl 4 + 2Mg → M + 2MgCl 2Yderligere oprensning opnås ved kemisk overførsel . I et lukket kammer reagerer metallet med jod ved 500°C og danner metaliodid. Derefter opvarmes saltet på en wolframfilament til 2000 °C for at spalte stoffet i metal og jod [2] [9] :
Tilstedeværelsen i naturen af elementer fra denne gruppe falder med stigende atommasse. Titanium er det syvende mest udbredte grundstof på Jorden. Dens overflod er omtrent lig med 6320 dele pr. million, mens zirconium har 162, og hafnium kun har 3 [10] .
Titanium mineraler er anatase og rutil , zirconium- zircon , hafnium kan findes i små mængder i zircon. De største producerende lande er Australien, Nordafrika og Canada [11] [12] [13] [14] .
Elementer fra denne gruppe deltager ikke i levende organismers biokemiske processer [15] . Kemiske forbindelser med disse grundstoffer er i de fleste tilfælde uopløselige. Titanium er et af de få d-elementer med en uklar biologisk rolle i kroppen. Rutherfordiums radioaktivitet gør det giftigt for levende organismer.
Titanium og dets legeringer anvendes, hvor korrosionsbestandighed, ildfasthed og lethed af materialet er påkrævet. Hafnium og zirconium bruges i atomreaktorer. Hafnium har et højt termisk neutronfangst tværsnit , mens zirconium gør det modsatte. På grund af denne egenskab bruges zirconium i form af legeringer som beklædning af atomstænger ( TVEL ) i atomreaktorer [16] , mens hafnium anvendes i kontrolstængerne i en atomreaktor [17] [18] .
Små mængder hafnium [19] og zirconium bruges i legeringer af begge grundstoffer for at forbedre deres egenskaber [20] .
Titanium er ikke giftigt for den menneskelige krop i nogen doser [15] . Fint dispergeret zirconium er irriterende, hvis det kommer i kontakt med huden og kan kræve lægehjælp, hvis det kommer i kontakt med øjnene [21] . I USA er MPC for zirconium i arbejdsområder 5 mg/m³, og det kortsigtede indhold er ikke mere end 10 mg/m³ [22] . Lidt er kendt om hafniums toksikologiske egenskaber [23] .
I bibliografiske kataloger |
---|
Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Periodiske system | |
---|---|
Formater |
|
Varelister efter | |
Grupper | |
Perioder | |
Familier af kemiske grundstoffer |
|
Periodisk tabel blok | |
Andet | |
|