Podskupina titánů | |
---|---|
Obecná informace | |
Členové skupiny | Titan , zirkonium , hafnium , rutherfordium |
Otevírací doba | XVIII-XX století |
Být v přírodě | normální |
Chemické vlastnosti | |
Reaktivita | průměrný |
Oxidační stav | pro všechny +4 (Ti, Zr, Hf a případně Rf) |
Hledání skupiny v elektronických blocích | d-blok |
Fyzikální vlastnosti | |
Barva |
Titan - metalická stříbrná Zirkonium - stříbrná bílá Hafnium - stříbrná šedá |
stát ( st. konv. ) | Kovy |
Průměrná hustota | 8,1 g/cm³ |
Průměrný poloměr kovu | 150 nm |
Průměrný bod tání | 1919 °C |
Průměrný bod varu | 4099 °C |
Toxikologická data | |
Toxicita | nízká (kromě rutherfordium) |
Titanová podskupina - chemické prvky 4. skupiny periodické tabulky (podle zastaralé klasifikace - prvky sekundární podskupiny IV. skupiny) [1] . Podle nomenklatury IUPAC obsahuje podskupina titanu titan , zirkonium , hafnium a rutherfordium .
První tři prvky této podskupiny se v přírodě vyskytují ve značném množství. Patří mezi žáruvzdorné kovy . Posledním zástupcem je rutherfordium, radioaktivní prvek . Nemá žádné stabilní izotopy . Jeho fyzikální a chemické vlastnosti nebyly studovány.
|
|
|
|
---|
Většina chemických vlastností byla studována pouze pro první tři prvky této podskupiny. Chemie rutherfordium ještě nebyla dostatečně studována, aby bylo možné konstatovat, že je obecně podobný prvkům této podskupiny. Při vystavení kyslíku se na kovovém povrchu vytvoří oxidový film . Oxid titaničitý , oxid zirkoničitý a oxid hafničitý jsou pevné krystalické látky s vysokým bodem tání a inertností vůči kyselinám [2] .
Jako čtyřmocné prvky tvoří různé anorganické sloučeniny , obvykle v oxidačním stavu +4 . Byla získána data ukazující jejich odolnost vůči alkáliím. S halogeny tvoří odpovídající tetrahalogenidy obecného vzorce MHal4 ( kde M: Ti, Zr a Hf). Při vyšších teplotách reagují s kyslíkem, dusíkem, uhlíkem, borem, křemíkem a sírou. Pravděpodobně kvůli kontrakci lanthanoidů mají hafnium a zirkonium téměř stejné iontové poloměry . Iontový poloměr Zr +4 je 79 pm a iontový poloměr Hf +4 je 78 pm [2] [3] .
Podobnost iontových poloměrů vede ke vzniku chemických sloučenin podobných svými vlastnostmi [3] . Chemie hafnia je natolik podobná zirkonu, že je lze rozlišit pouze podle jejich fyzikálních vlastností. Za hlavní rozdíly mezi těmito dvěma prvky je třeba považovat body tání a varu a rozpustnost v rozpouštědlech [2] .
název | Titan | Zirkonium | Hafnium | Rutherfordium |
---|---|---|---|---|
Teplota tání | 1941 K (1668 °C) | 2130 K (1857 °C) | 2506 K (2233 °C) | ? |
Teplota varu | 3560 K (3287 °C) | 4682 K (4409 °C) | 4876 K (4603 °C) | ? |
Hustota | 4,507 g cm −3 | 6,511 g cm −3 | 13,31 g cm −3 | ? |
Barva | stříbrná metalíza | stříbrná bílá | stříbrná šedá | ? |
Atomový poloměr | 140 hodin | 155 hodin | 155 hodin | ? |
Titanová tyč
Zirkonium
Bar hafnia
hafniové ingoty
Zirkonium a titan byly studovány v 17. století, zatímco hafnium bylo objeveno až v roce 1923. Po dvě stě let se chemikům nepodařilo objevit nový prvek hafnium, zatímco bylo přítomno jako nečistota v téměř všech sloučeninách zirkonia ve významných množstvích [4] .
William Gregor , Franz-Josef Müller von Reichenstein a Martin Heinrich Klaproth nezávisle objevili titan v letech 1791 a 1795. Klaproth pojmenoval prvek titan, podle postav řecké mytologie [5] . Také Klaproth objevil zirkonium v jeho minerální formě: zirkon , a pojmenoval nový prvek Zirconerd. Existenci hafnia předpověděl velký ruský chemik D. I. Mendělejev v roce 1869. Henry Moseley vypočítal atomové číslo hafniapomocí rentgenové spektrální analýzy – ukázalo se, že je 72. Po objevu nového prvku byli Dirk Coster a György de Hevesy první, kdo začali hledat hafnium v zirkoniových rudách [6]. . Po svém objevu bylo hafnium v roce 1923 zkoumáno dvěma objeviteli, aby otestovali Mendělejevovu předpověď [7] .
Rutherfordium bylo údajně objeveno v roce 1966 ve Spojeném ústavu pro jaderný výzkum v Dubně . Pro získání prvku bylo 242 Pu jader bombardováno urychlenými 22 Ne jádry. Bombardovaný prvek byl separován gradientovou termochromatografií po reakci se ZrCl4 [ 8 ] :
242Výroba těchto kovů je obtížná pro jejich reaktivitu. Tvorba nitridů, karbidů a oxidů neumožňuje získat použitelné kovy. Tomu se lze vyhnout Kroll Oxidy (MO 2 ) reagují s uhlím a chlorem za vzniku tetrachloridů kovů (MCl 4 ). Soli pak reagují s hořčíkem, což vede k rafinovaným kovům a chloridu hořečnatému :
MO 2 + C ( koks ) + Cl 2 → MCI 4 + 2 Mg → M + 2 MgCl 2Další čištění je dosaženo chemickým přenosem . V uzavřené komoře kov reaguje s jódem při 500 °C za vzniku jodidu kovu. Poté se na wolframovém vláknu sůl zahřeje na 2000 °C, aby se látka rozštěpila na kov a jód [2] [9] :
Přítomnost prvků této skupiny v přírodě klesá s rostoucí atomovou hmotností. Titan je sedmým nejrozšířenějším prvkem na Zemi. Jeho množství se přibližně rovná 6320 ppm, zatímco zirkonium má 162 a hafnium pouze 3 [10] .
Minerály titanu jsou anatas a rutil , zirkonium - zirkon , hafnium lze v malém množství nalézt v zirkonu. Největšími producentskými zeměmi jsou Austrálie, severní Afrika a Kanada [11] [12] [13] [14] .
Prvky této skupiny se nepodílejí na biochemických procesech živých organismů [15] . Chemické sloučeniny s těmito prvky jsou ve většině případů nerozpustné. Titan je jedním z mála d-prvků s nejasnou biologickou úlohou v těle. Radioaktivita rutherfordium ho činí toxickým pro živé organismy.
Titan a jeho slitiny se používají tam, kde je požadována odolnost proti korozi, žáruvzdornost a lehkost materiálu. Hafnium a zirkonium se používají v jaderných reaktorech. Hafnium má vysoký průřez pro zachycení tepelných neutronů , zatímco zirkonium dělá opak. Kvůli této vlastnosti se zirkonium ve formě slitin používá jako výstelka jaderných tyčí ( TVEL ) v jaderných reaktorech [16] , zatímco hafnium se používá v řídicích tyčích jaderného reaktoru [17] [18] .
Malá množství hafnia [19] a zirkonia se ve slitinách obou prvků používají ke zlepšení jejich vlastností [20] .
Titan není pro lidský organismus toxický v žádných dávkách [15] . Jemně rozptýlené zirkonium je dráždivé, pokud se dostane do kontaktu s kůží a může vyžadovat lékařskou pomoc, pokud se dostane do očí [21] . V USA je MPC zirkonia v pracovních oblastech 5 mg/m³ a krátkodobý obsah nepřesahuje 10 mg/m³ [22] . O toxikologických vlastnostech hafnia je známo jen málo [23] .
V bibliografických katalozích |
---|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Periodická tabulka | |
---|---|
Formáty |
|
Seznam položek podle | |
Skupiny | |
Období | |
Rodiny chemických prvků |
|
Blok periodické tabulky | |
jiný | |
|