4. група хемијских елемената

Из Википедије, слободне енциклопедије
Група 4
Периода
4 22
Ti
5 40
Zr
6 72
Hf
7 104
Rf

4. група хемијских елемената је једна од 18 група у периодном систему елемената. Ова група носи назив и IVB група хемијских елемената. У овој групи се налазе:

Заједничка електронска конфигурација последњег нивоа за ову групу гласи (n-1)d2ns2. Сва четири елемента ове групе су прелазни метали. Титанијум, цирконијум, и хафнијум се јављају у природи а радерфордијум је добијен вештачки. Атомске масе ових елемената крећу се између 47,87 и 261,1.

Специфично за ову групу јесте да се у њој налазе најсличнији елементи Периодног система – цирконијум и хафнијум. Узрок њиховој сличности су скоро идентични полупречници, а узрок томе је контракција лантаноида, ковалентни полупречници су им идентични и имају исту електронску конфигурацију.

Физичка и хемијска својства[уреди]

Елемент Метални полупречник

[nm]

Ковалентни полупречник

[nm]

Густина

[g/cm3]

Тачка топљења

[°C]

Тачка кључања

[°C]

титанијум 0,147 0,136 4,51 1668 3260
цирконијум 0,160 0,148 6,49 1852 3580
хафнијум 0,158 0,148 13,1 2222 5400

Тачка топљења и тачка кључања правилно расту у групи на доле због јаче везе. Генерално, потребне су високе вредности јер у металној вези учествују и d-електрони.

Велика густина хафнијума (13,1 g/cm3) је последица малих димензија атома, а релативно велике атомске масе.

Елемент Енергија јонизације 1 Енергија јонизације 2 Енергија јонизације 3 Енергија јонизације 4 Електронегативност Редокс-потенцијал
титанијум 6,90 13,75 26,3 43,5 1,5 -0,95
цирконијум 6,90 13,25 23,2 34,6 1,4 -1,53
хафнијум 7,01 15,0 - - 1,3 -1,68

Из приложене табеле се може приметити да је прва енергија јонизације ниска код сва 3 елемента. Благи пораст је код хафнијума, а узрок томе је његов мали полупречник. Четврта енергија јонизација је велика, што указује на то да се не може очекивати М4+ јон. На основу вредности редокс-потенцијала, могло би се погрешно закључити да су ови елементи прилично реактивни. Међутим, ови елементи се не убрајају у значајно реактивне елементе, будући да лако прелазе у пасивно стање.

Оксидациона стања у једињењима четврте групе су: +2, +3, +4 код титанијума; +3, +4 код цирконијума, +4 код хафнијума.

Једињења[уреди]

Једињења са оксидационим стањем +2 гради само титанијум, и то су оксиди и дихалогениди. Налазе се у чврстом агрегатном стању, а растварањем се оксидују у +3.

Једињења са оксидационим стањем +3 граде титанијум и цирконијум. Хафнијум гради трибромид. Титанијум је добро редукционо средство и постоји у раствору. Ковалентна једињења са овим оксидационим стањем су јача редукциона средства од јона. Цирконијум гради трихалогениде у чврстом агрегатном стању, а вода их оксидује уз ослобађање водоника.

Једињења са оксидационим стањем +4 су најважнија једињења ових елемената. У питању су искључиво ковалентна једињења, и М4+ јон не постоји. Уместо тог јона, граде се оксо-јони МО2+ јони и називају се титанил, цирконил и хафнил. Сва три елемента граде тетрахалогениде у чврстом агрегатном стању, само се титанијум(IV)-хлорид налази у течном стању при нормалним условима. За њих је карактеристична ниска тачка топљења, као и то да подлежу хидролизи: