Gruppo 4 (Ti, Zr, Hf, Rf)

Gli elementi del Gruppo 4 sono titanio, zirconio, afnio e rutherfordio ovvero metalli che appartengono al blocco d. Il  rutherfordio è un elemento sintetico altamente radioattivo e il suo isotopo più stabile ha un tempo di dimezzamento inferiore a 70 secondi.

Si dispone pertanto delle proprietà fisiche e chimiche dei primi tre elementi.

A causa della loro affinità con l’ossigeno gli elementi del gruppo si trovano sotto forma di ossidi con numero di ossidazione +4. Ad esempio il titanio si trova sotto forma di ossido di ferro (II) e titanio (IV).

Da questo ossido, per ottenere il metallo si procede prima alla sua trasformazione in tetracloruro di titanio secondo la reazione:

2 FeTiO3(s)  +6 C(s) + 7 Cl2(s) → 2 TiCl4(g)+ 2 FeCl3(g) + 6 CO(g)

Il tetracloruro di titanio viene ridotto a titanio metallico per reazione con magnesio fuso:

TiCl4+ 2 Mg → Ti + 2 MgCl2

Dei tre metalli del gruppo solo il titanio può presentare numero di ossidazione +3 e +2 infatti lo ione Ti2+ è un forte riducente.

In tabella vengono riportate alcune caratteristiche di questi elementi:

Elemento Z Configurazione Elettronegatività Raggio atomico (pm) Temperatura di fusione °C Densità g/cm3
Titanio 22 4s2 3d2 1.54 147 1668 4.51
Zirconio 40 5s2 4d2 1.33 160 1855 6.52
Afnio 72 5s2 4d2 1.30 159 2233 13.3

Le proprietà degli elementi seguono quelle previste infatti la densità e la temperatura di fusione aumentano scendendo lungo il gruppo mentre l’elettronegatività diminuisce.

Il raggio atomico dell’afnio è più piccolo a causa della contrazione lantanoidea.

I metalli reagiscono con gli alogeni per formare tetraalogenuri mentre il titanio può formare anche dialogenuri e trialogenuri.

I metalli del gruppo 4 reagiscono, oltre che con l’ossigeno, anche con l’idrogeno per formare idruri come TiH2, nitruri come TiN, carburi come TiC e boruri come TiB2 che si presentano solidi, duri e con elevata temperatura di fusione.

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Author: Chimicamo

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