Элементы IVВ подгруппы (подгруппа титана)

Элементы IVB-подгруппы (титан - Ti, цирконий - Zr, гафний - Hf и курчатовий - Ku) полные электронные аналоги с общей электронной формулой (n-1)d²ns². При переходе от Ti к Zr атомные радиусы возрастают, а Zr и Hf из-за лантаноидного сжатия имеют практически одинаковые размеры атомов и ионов, в связи с чем их свойства близки.

Титан - довольно распространенный элемент (кларк равен 0,25 мол.%), основные минералы: рутил - TiO₂, ильменит - FeTiO₃, перовскит - CaTiO₃. Цирконий и гафний - рассеянные элементы. Основные минералы циркония: циркон - ZrSiO₄ и баддалеит - ZrO₂.

Простые вещества титан, цирконий и гафний - серебристо-белые тугоплавкие и прочные металлы, хорошо поддающиеся механической обработке. Титан легкий металл (4,5 г/см³), цирконий и гафний - металлы тяжелые.

Металлы подгруппы титана получают в промышленности металлотермическими методами:

TiCl₄ + 2Mg = 2MgCl₂ + Ti;

K₂[ZrF₆] + 4Na = 4NaF + 2KF + Zr

Титан ввиду его прочности и легкости широко используется в самолетостроении и кораблестроении, из него изготавливают корпуса подводных лодок. Цирконий и в меньшей мере гафний используются как конструкционные материалы в атомной энергетике.

Химические свойства. При обычных условиях титан, цирконий и гафний устойчивы. При нагревании горят в атмосфере кислорода, образуя оксиды ЭО₂, реагируют с азотом (ЭN) при 800 ºС и галогенами (ЭHal₄) при 140 – 400 ºС. Титан при нагревании растворяется в соляной кислоте:

t

2Ti + 6HCl = 2TiCl₃ + 3H₂

Цирконий и гафний взаимодействуют с кислотами лишь в том случае, когда есть условия для их окисления и образования устойчивых анионных координационных соединений. Так они реагируют с плавиковой и концентрированной серной кислотами, а также со смесью HF + HNO₃ или с "царской водкой":

Э + 6HF = H₂[ЭF₆] + 2H₂;

Zr + 5H₂SO₄ = H₂[Zr(SO₄)₃] + 2SO₂ + 4H₂O;

3Zr + 4HNO₃ + 18HCl = 3H₂[ZrCl₆] + 4NO + 8H₂O;

3Э + 4HNO₃ + 18HF = 3H₂[ЭF₆] + 4NO + 8H₂O

К растворам щелочей цирконий и гафний (в меньшей степени титан) устойчивы.