4. grupa hemijskih elemenata

grupa → 4
↓ Perioda
4 Titanijumska kristalna šipka
22
Ti
5 Cirkonij kristalna šipka
40
Zr
6 Hafnium crystal bar%
72
Hf
7 104
Rf
Legenda
Prijelazni metal
Primordijalni element
Sintetički element

Elemente 4. grupe periodnog sistema elemenata čine:

Historija

Godine 1791, William Gregor, svećenik iz Cornwalla i amaterski hemičar, istraživao je pijesak iz lokalne rijeke Helford. Koristeći magnet izdvojio je tamni materijal (sada poznat kao ilmenit) iz kojeg je uklonio željezo tretmanom s hlorovodičnom kiselinom. Ostatak, koji je uz poteškoće otopio u sumpornoj kiselini, je bio oksid novog elementa - titanija. Sve do 1960tih ova metoda je bila baza gotovo cijele svjetske proizvodnje ilmenita. Četiri godine kasnije njemački hemičar M.H. Klaproth, je nezavisno od Gregora otkrio isti oksid iz rude (danas poznate kao rutil), i dao mu ime titanij, po grčkim mitološkim bićima Titanima, djeci Neba i Zemlje, kažnjenih da žive u skrivenim vatrama u zemlji. Klaproth je ranije izolirao oksid cirkonija iz uzoraka minerala cirkona (ZrSiO4). Razne forme cirkona (iz arapskog zargun) su bile poznate od antičkih vremena kao drago kamenje. Berzelius je 1824. uspio dobiti elementarne Zr i Ti, doduše uz tragove mnogih primjesa, dok je potpuno čiste metale dobio M.A. Hunter (SAD, 1910.) redukcijom TiCl4 sa natrijem te dobio titanij, a J.H. de Boer (Holandija, 1925) proizveo čisti cirkonij putem procesa jodne dekompozicije.

Otkriće hafnija je bilo jedna od najkontroverznijih priča.[1] Godine 1911. francuski hemičar G. Urban je tvrdio da je izolirao element sa atomskim brojem 72 iz uzoraka rijetkih zemnoalkalnih metala i nazvao ga celtij. Znajući posljedice te tvrdnje i u skladu s radovima H.G.J. Moseleya i Niels Bohra na atomskoj strukturi, bilo je veoma nevjerovatno da se element 72 mogao naći u dovoljnim koncentracijama zajedno s rijetkim zemnoalkanim elementima. Međutim u prvim desetljećima 20. vijeka to se nije moglo lahko dokazati. Tek 1922. Urbain i A. Dauvillier su tvrdili da imaju dokaze o otkriću elementa 72 načinjene rentgenskim zrakama. N. Bohr je već razvio svoju atomsku teoriju po kojoj je element 72 trebalo tražiti zajedno s cirkonijem i drugim elementima 4. grupe a ne s rijetkim zemnoalkalnim elementima. Radeći u Bohrovom laboratoriju u Kopenhagenu 1922/3, D. Coster (Holandija) i G. von Hevesy (Mađarska) su koristeći Moseleyov metod rentgenskih zraka dokazali da je element 72 sadržan u norveškom cirkonu te mu dali ime hafnij (Hafnia - latinsko ime Kopenhagena).[2]

Karakteristike elemenata 4. grupe

Glavni članci: Titanij, Cirkonij i Hafnij

Svi elementi ove grupe su relativno mnogo zastupljeni u Zemljinoj kori.[3] Titanij čini 0,63% mase Zemljine kore i deveti je po rasprostranjenosti od svih elemenata. Samo su željezo, titanij i mangan više rasprostranjeni od cirkonija, koji čini 0,016% Zemljine kore. Čak je i hafnija (0,00028%) ima gotovo koliko i cezija i broma. Razlog zašto ovi metali nisu bili ranije poznati je zbog poteškoća u postupku njihove izolacije, a ne u količini i rasprostranjenosti. Kao i elementi 3. grupe hemijskih elemenata, klasificirani su kao metali tipa a, a mogu se pronaći zajedno s silikatima i oksidima sličnih elemenata. Često su otporni na atmosferske uticaje i obično su akumulirani u pješčane depozite koji se lahko i profitabilno eksploatišu. Dva najpoznatija minerala titanija su ilmenit (FeTiO3) i rutil (TiO2). Ilmenit se iskopava iz nalazišta u Kanadi, SAD, Australiji, Skandinaviji i Maleziji, dok je rutil najviše raširen po Australiji. Cirkonijev glavni minerali su cirkon (ZrSiO4) i baddelejit (ZrO2). Najveća nalazišta su u Australiji, Južnoj Africi, SAD i Rusiji, a često sadrži i veće primjese hafnija (do 2%). Samo kod nekoliko minerala količina hafnija prelazi količinu cirkonija, kao npr. kod minerala alvita (MSiO4.xH2O (M = Hf, Th, Zr)). Kao rezultat kontrakcije lantanoida[4] radijusi iona Zr i Hf su gotovo identični a njihova povezanost u prirodi je paralelna njihovoj hemijskoj sličnošću.

Reference

  1. ^ R.T. Allsop: Educ.Chem., 10, 222-3 (1973)
  2. ^ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemistry of the Elements, 2. izdanje, School of Chemistry, Univerzitet Leeds, UK, 1997, str. 954-955
  3. ^ R.J.H. Clark: Comprehensive Inorganic Chemistry, pogl. 32, Vol. 3, Pergamon Press, Oxford, 1973, str. 355-417
  4. ^ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemistry of the Elements, 2. izdanje, School of Chemistry, Univerzitet Leeds, UK, 1997., str. 1232

Vanjski linkovi