Titan undergrupp

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 5 oktober 2020; verifiering kräver 1 redigering .
Titan undergrupp
Allmän information
Gruppmedlemmar Titan , zirkonium , hafnium , rutherfordium
Öppningsperiod XVIII-XX århundraden
Att vara i naturen vanligt
Kemiska egenskaper
Reaktivitet medel
Oxidationstillstånd för alla +4 (Ti, Zr, Hf och eventuellt Rf)
Hitta en grupp i elektroniska block d-block
Fysikaliska egenskaper
Färg Titan - metalliskt silver
Zirkonium - silver vit
Hafnium - silvergrå
Delstat ( st. konv. ) Metaller
Genomsnittlig densitet 8,1 g/cm³
Genomsnittlig metallradie 150 nm
Genomsnittlig smältpunkt 1919°C
Genomsnittlig kokpunkt 4099°C
Toxikologiska data
Giftighet låg (förutom rutherfordium)

Titan undergrupp  - kemiska element i den fjärde gruppen av det periodiska systemet (enligt den föråldrade klassificeringen - element i den sekundära undergruppen av grupp IV) [1] . Enligt IUPAC-nomenklaturen innehåller titanundergruppen titan , zirkonium , hafnium och rutherfordium .

De tre första elementen i denna undergrupp finns i naturen i avsevärda mängder. De tillhör eldfasta metaller . Den sista representanten är rutherfordium, ett radioaktivt grundämne . Den har inga stabila isotoper . Dess fysikaliska och kemiska egenskaper har inte studerats.

Egenskaper

Kemiska egenskaper

22 Titan
Ti47,867
3d 2 4s 2
40 Zirkonium
Zr91,224
4d 2 5s 2
72 Hafnium
hf178,49
4f 14 5d 2 6s 2
104 Rutherfordium
RF(267)
5f 14 6d 2 7s 2

De flesta av de kemiska egenskaperna har endast studerats för de tre första elementen i denna undergrupp. Rutherfordiums kemi har ännu inte studerats tillräckligt för att påstå att det i allmänhet liknar elementen i denna undergrupp. När den utsätts för syre bildas en oxidfilm på metallytan. Titandioxid , zirkoniumdioxid och hafniumdioxid är fasta kristallina ämnen med hög smältpunkt och inerthet mot syror [2] .

Som fyrvärda element bildar olika oorganiska föreningar , vanligtvis i +4 oxidationstillstånd . Data har erhållits som indikerar deras motståndskraft mot alkalier. Med halogener bildar de motsvarande tetrahalider med den allmänna formeln MHal 4 (där M: Ti, Zr och Hf). Vid högre temperaturer reagerar de med syre, kväve, kol, bor, kisel och svavel. Förmodligen på grund av lantanidkontraktion har hafnium och zirkonium nästan samma jonradier . Jonradien för Zr +4 är 79 pm, och den för Hf +4 är 78 pm [2] [3] .

Likheten mellan joniska radier leder till bildandet av kemiska föreningar som har liknande egenskaper [3] . Kemin hos hafnium är så lik den hos zirkonium att de bara kan särskiljas genom sina fysikaliska egenskaper. Huvudskillnaderna mellan de två elementen bör betraktas som smält- och kokpunkter och löslighet i lösningsmedel [2] .

Fysiska egenskaper

Egenskaper för element i den fjärde gruppen
namn Titan Zirkonium Hafnium Rutherfordium
Smält temperatur 1941K (1668°C) 2130K (1857°C) 2506K (2233°C) ?
Koktemperatur 3560K (3287°C) 4682K (4409°C) 4876K (4603°C) ?
Densitet 4,507 g cm −3 6,511 g cm −3 13,31 g cm −3 ?
Färg silver metallic silvervit silvergrå ?
Atom radie 140 pm 155 pm 155 pm ?

Historik

Zirkonium och titan studerades på 1600-talet, medan hafnium upptäcktes först 1923. Under tvåhundra år misslyckades kemister med att upptäcka det nya grundämnet hafnium, medan det fanns som en förorening i nästan alla zirkoniumföreningar i betydande mängder [4] .

William Gregor , Franz-Josef Müller von Reichenstein och Martin Heinrich Klaproth upptäckte oberoende av varandra titan 1791 och 1795. Klaproth döpte grundämnet titan, efter karaktärerna i den grekiska mytologin [5] . Klaproth upptäckte också zirkonium i sin mineralform: zircon , och döpte det nya grundämnet Zirconerd. Förekomsten av hafnium förutspåddes av den store ryske kemisten D. I. Mendeleev 1869. Henry Moseley beräknade atomnumret för hafnium med hjälp av röntgenspektralanalys – det visade sig vara 72. Efter upptäckten av ett nytt grundämne var Dirk Coster och György de Hevesy de första som började leta efter hafnium i zirkoniummalmer [6] . Efter upptäckten studerades hafnium av två upptäckare 1923 för att testa Mendeleevs förutsägelse [7] .

Rutherfordium upptäcktes enligt uppgift 1966 vid Joint Institute for Nuclear Research i Dubna . För att erhålla elementet bombarderades 242 Pu-kärnor med accelererade 22 Ne-kärnor. Det bombarderade elementet separerades med gradienttermokromatografi efter reaktion med ZrCl 4 [8] :

242
94Pu+22
10Ne→264
- x104RF →264
- x104Rf Cl 4

Får

Produktionen av dessa metaller är svår på grund av deras reaktivitet. Bildandet av nitrider, karbider och oxider gör det inte möjligt att erhålla användbara metaller. Detta kan undvikas genom att - processen Oxider (MO 2 ) reagerar med kol och klor och bildar metalltetraklorider (MCl 4 ). Salterna reagerar sedan med magnesium, vilket resulterar i raffinerade metaller och magnesiumklorid :

MO2 + C ( koks ) + Cl2 → MCl4 + 2Mg → M + 2MgCl2

Ytterligare rening erhålls genom kemisk överföring . I en sluten kammare reagerar metallen med jod vid 500°C för att bilda metalljodid. Sedan, på en volframfilament , värms saltet till 2000 °C för att dela ämnet i metall och jod [2] [9] :

Att vara i naturen

Närvaron i naturen av element i denna grupp minskar med ökande atommassa. Titan är det sjunde vanligaste grundämnet på jorden. Dess överflöd är ungefär lika med 6320 delar per miljon, medan zirkonium har 162, och hafnium har bara 3 [10] .

Titanmineraler är anatas och rutil , zirkonium -zirkon , hafnium finns i små mängder i zirkon. De största producerande länderna är Australien, Nordafrika och Kanada [11] [12] [13] [14] .

I organismer

Element i denna grupp deltar inte i de biokemiska processerna hos levande organismer [15] . Kemiska föreningar med dessa grundämnen är i de flesta fall olösliga. Titan är ett av få d-element med en oklar biologisk roll i kroppen. Rutherfordiums radioaktivitet gör det giftigt för levande organismer.

Applikation

Titan och dess legeringar används där korrosionsbeständighet, eldfasthet och lätthet hos materialet krävs. Hafnium och zirkonium används i kärnreaktorer. Hafnium har ett högt termiskt neutroninfångningstvärsnitt , medan zirkonium gör det motsatta. På grund av denna egenskap används zirkonium i form av legeringar som foder av kärnkraftsstavar ( TVEL ) i kärnreaktorer [16] medan hafnium används i styrstavarna i en kärnreaktor [17] [18] .

Små mängder hafnium [19] och zirkonium används i legeringar av båda grundämnena för att förbättra deras egenskaper [20] .

Fara för användning

Titan är inte giftigt för människokroppen i några doser [15] . Finfördelat zirkonium är irriterande om det kommer i kontakt med huden och kan kräva läkarvård om det kommer i kontakt med ögonen [21] . I USA är MPC för zirkonium i arbetsområden 5 mg/m³, och det kortsiktiga innehållet är inte mer än 10 mg/m³ [22] . Lite är känt om hafniums toxikologiska egenskaper [23] .

Anteckningar

  1. ↑ Periodiska systemet Arkiverat 17 maj 2008 på Wayback Machine på IUPAC :s webbplats
  2. ↑ 1 2 3 4 Arnold F., Holleman. Lehrbuch der Anorganischen Chemie / Wiberg, Egon; Wiberg, Nils. - 91-100. - Berlin: Walter de Gruyter, 1985. - S. 1056-1057. — ISBN 3110075113 .
  3. ↑ 1 2 Hafnium  . _ Los Alamos National Laboratory (senast uppdaterad: 2003-12-15). Hämtad 21 oktober 2010. Arkiverad från originalet 14 januari 2001.
  4. ↑ Barksdale, Jelks. Titan // Encyclopedia of the Chemical Elements. - Illinois: Reinhold Book Corporation, 1968. - S. 732-738.
  5. ↑ Weeks, Mary Elvira. Some Eighteenth-Century Metals  (engelska)  // Journal of Chemical Education: artikel. - 1932. - P. 1231-1243 .
  6. ↑ Urbain, MG Sur les séries L du lutécium et de l'ytterbium et sur l'identification d'un celtium avec l'élément de nombre atomique 72  (fr.)  // Comptes rendus magazine: article. - 1922. - Livr. 174 . — S. 1347–1349 .
  7. ↑ Coster, D. On the Missing Element of Atomic Number 72  // Medförfattare: Hevesy, G.  Nature : artikel. - 1923. - Iss. 111 . — S. 79 . - doi : 10.1038/111079a0 .
  8. ↑ Barber, R.C. Upptäckt av transfermiumelementen. Del II: Introduktion till upptäcktsprofiler. Del III: Upptäcktsprofiler för transfermiumelementen  (engelska)  // Greenwood, NN; Hrynkiewicz, AZ; Jeannin, YP; Lefort, M.; Sakai, M.; Ulehla, I.; Wapstra, A.P.; Wilkinson, D.H. Journal of Pure and Applied Chemistry: artikel. - 1993. - Iss. 65 , nr. 8 . — S. 1757–1814 . - doi : 10.1351/pac199365081757 .
  9. ↑ van Arkel, AE; de Boer, JH Darstellung von reinem Titan-, Zirkonium-, Hafnium- och Thoriummetall  (Tyska)  // Journal Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie: article. - 1925. - H. 148 , Nr. 1 . — S. 345–350 . - doi : 10.1002/zaac.19251480133 .
  10. ↑ Överflöd i jordskorpan  (eng.)  (inte tillgänglig länk) . WebElements.com. Datum för åtkomst: 21 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 23 maj 2008.
  11. ↑ Faktablad för Dubbo Zirconia-projektet  (engelska) (PDF)  (länk ej tillgänglig) . Alkane Resources Limited (juni 2007). Datum för åtkomst: 21 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 2 juli 2012.
  12. ↑ Zirkonium och Hafnium  (engelska) (PDF) 192–193. US Geological Survey (januari 2008). Datum för åtkomst: 21 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 2 juli 2012.
  13. ↑ Minerals Yearbook Commodity Summaries 2009: Titanium  ( PDF). US Geological Survey (maj 2009). Datum för åtkomst: 21 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 2 juli 2012.
  14. ↑ Gambogi, Joseph Statistik och information om titan och titandioxid  . US Geological Survey (januari 2009). Datum för åtkomst: 21 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 2 juli 2012.
  15. ↑ 12 Emsley , John. Titan // Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. - Oxford, England, Storbritannien: Oxford University Press, 2001. - s. 457-456. — ISBN 0198503407 .
  16. ↑ Schemel, JH ASTM Manual on Zirconium and Hafnium . - ASTM International, 1977. - S. 1-5. — 96 sid. — ISBN 9780803105058 .
  17. ↑ Hedrick, James B. Hafnium  (engelska) (PDF). United States Geological Survey. Datum för åtkomst: 21 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 2 juli 2012.
  18. ↑ Reaktiva metaller. Zirkonium, Hafnium och Titan  (engelska)  // Industriell och teknisk kemi : artikel. - 1961. - Iss. 53 , nr. 2 . — S. 97–104 . - doi : 10.1021/ie50614a019 .
  19. ↑ Hebda, John Niobium legeringar och högtemperaturapplikationer  (engelska) (PDF)  (länk ej tillgänglig) . CBMM (2001). Datum för åtkomst: 21 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 2 juli 2012.
  20. ↑ Matthew J. Donachie, Stephen James Donachie. superlegeringar . - ASTM International, 2002. - S. 235-236. — 439 sid. — ISBN 9780871707499 .
  21. ↑ Internationella kemikaliesäkerhetskort  . International Labour Organization (oktober 2004). Datum för åtkomst: 21 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 2 juli 2012.
  22. ↑ Zirkoniumföreningar  . _ Nationella institutet för hälsa och säkerhet på arbetsplatsen (2007). Datum för åtkomst: 21 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 2 juli 2012.
  23. ↑ Arbetsmiljöförvaltning: Hafnium  (engelska)  (länk ej tillgänglig) . US Department of Labor. Hämtad 21 oktober 2010. Arkiverad från originalet 8 mars 2002.

För ytterligare läsning

  • Tretyakov Yu. D. et al. Oorganisk kemi / Red.: Belan G. I. - En lärobok för universitet i två böcker. - M . : "Kemi", 2001. - T. 1. - 472 sid. - (Elementernas kemi). - 1000 exemplar.  — ISBN 5-7245-1213-0 .
  • Golub A. M. Allmän och oorganisk kemi = Zagalna och oorganisk kemi. - Vishcha skola, 1971. - T. 2. - 416 sid. - 6700 exemplar.
  • Sheka I. A., Karlysheva K. F. Kemi av hafnium. - Kiev: "Naukova Dumka", 1973. - 451 s. - 1000 exemplar.
  • Greenwood N. N., Earnshaw A. Titanium, zirconium, hafnium // Elementernas kemi = grundämnenas kemi / Per. från engelska. ed. räkna - Handledning. - M . : Binom. Kunskapslaboratoriet, 2008. - V. 2. - S. 293. - 607 sid. - (Den bästa utländska läroboken. I 2 band). - 2000 exemplar.  - ISBN 978-5-94774-373-9 .

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  I bibliografiska kataloger
 Periodiskt system av kemiska element av D. I. Mendeleev
  ett 2                             3 fyra 5 6 7 åtta 9 tio elva 12 13 fjorton femton 16 17 arton
ett H   han
2 Li Vara   B C N O F Ne
3 Na mg   Al Si P S Cl Ar
fyra K Ca   sc Ti V Cr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga Ge Som Se Br kr
5 Rb Sr   Y Zr Obs Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD I sn Sb Te jag Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm sm Eu Gd Tb Dy Ho Eh Tm Yb Lu hf Ta W Re Os Ir Pt Au hg Tl Pb Bi Po På Rn
7 Fr Ra AC Th Pa U Np Pu Am centimeter bk jfr Es fm md Nej lr RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og
 
alkaliska metaller alkaliska jordartsmetaller Lantanider Aktinider övergångsmetaller
lättmetaller _ Halvmetaller icke-metaller Halogener ädelgaser
 Periodiska systemet
Format
Objektlistor efter
Grupper
Perioder
Familjer
av kemiska grundämnen
Periodiska systemet block
Övrig
  • Periodiska systemet
  • Kategori:Periodiskt system
  • Portal: Kemi
  • {{ Periodiskt system av element }}