CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM IV
II. CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM PHỤ IVB
Các nguyên tô' phân nhóm phụ IVg gồm có titan (Ti) ziziconi (Zr) và hafini (Hf) và kusatori (Ku) là nguyên tố nhân tạo.
Cầu hình vỏ điện tử ngoài cùng và sát ngoài cùng của các nguyên tố là (n - l) d 2ns2. Đây là những nguyên tố kim loại.
Từ Ti đến Zr bán kính ion và nguyên tử tăng theo chiều tăng điện tích hạt nhân. Nhưng từ Zr đến Hf do sự nén lantanoit, bán kính ion và nguyên tử hầu như không tãng. Do đấy tính chất Zr và H f rất gần nhau (xem bảng sau). Đặc trưng của các nguyên tố phân nhóm phụ IVB.
Đặc trưng nguyên tố Ti Zr Hf Ku
Sô' thứ tự 22 40 72 104
Nguyên tử lượng 47,9 91,22 178,49 [260]
Điện tử hóa trị 3d24s2 4d25s2 5d26s2 6d27s2
Bán kính nguyên tử A° 1,46 1,60 1,59
Năng lượng ion hóa thứ nhất (Ij) 6,82 6,84 7ev
Eịọịị R /R -1,63 - 1,43 - 1,70
Chúng có số oxy hóa cao nhất là +4, ngoài ra titan còn có số oxyhóa + 2, + 3.
Tính kim loại đi tù trên xuống dưới tăng do Ẽ298 giảm. Trong tự nhiên, Ti và Zr có 5 đồng vị, Hf có 6 đồng vị. Còn Ku là nguyên tố được tổng hợp trong phòng thí nghiệm.
Trong vỏ quả đất, nguyên tố Ti là kim loại phổ biến tồn tại ở dạng khoáng T i0 2 và FeTiOj, Zr, Hf là nguyên tố phân tán.
126
* Các dơn chất ờ điều kiện thường Ti. Zr và Hf là chất rắn linh thể. là nhữne kim loại có ánh bạc. nhiệt độ nóns chảy rat cao.
Xem bảng mội vài tính chất kim loại.
Tinh chãi Tì Zr Ht
Ti trọn£ sjcmr 4.54 6.49 13.1
Nhìệỉ độ sõi ° c 3500 . 3600 5400
Nhiệt độ nón£ chảv 1 1668 1852 2200
Độ dẫn diện (Hg = 11 1 1 2 3
Về mặt hoạt độne hóa học: các kim loại này bền trong môi trườn 2 khòns khí. kể cã các mòi trườn £ ãn mòn.
Do ờ tron2 khòns khí chúns tạo thành màns oxýt R 02 có tác dụns bão vệ kim loại bẽn trons.
Khi nuns nóns hoạt tính hóa học tãn2 tác dụna với oxy không khí tạo thành ROh. phản ứn2 với nitơ ờ 800°c lạo RN. Tương tác với các halosen X ỡ 150 -í- 400°c lạo RX4.
Tĩ. Zr và Hf chịu tác độns àn mòn ờ nhiều mòi trườn2. đậc biệt ũtan chịu tác độns mỏĩ mrcms sunfat clorit và nước biển.
Nhữns kun loại này thụ đỏns hóa tron2 HNO?.
Khi đôt nón2 chúns lan irons HQ:
Tí + 3HC1 + 6H: 0 ->• [Ti(H; 0)6 ]3C1 + - H:
Còn Zr. Hf lạo hợp chát sò oxv hóa + 4.
Các kim loại này đều hòa tan trons HF. cũna như trong axít H-SOi đặc. bổn hợp HF + HNO;. nước cườna toan v.v...
R + 6HF = H2 [RF6] + 2H2
Zr + 4 H N 03 + 18HC1 = 3H2 [ZrCl6 ] + 4 N 0 + 8H20 Các kim loại này bền trong dung dịch kiềm, Zr và Hf rất giống nhau về mặt hoạt động hóa học, các kim loại này được điều chế bằng phương pháp nhiệt kim loại:
TiCl4 +2M g = 2MgCl2 +T i 11.2. Các hợp chất của Ti, Z r và H f
Ở đây chúng ta chỉ nghiên cứu các hợp chất oxy của Ti, Zr và Hf có số oxy hóa + 4. Tất nhiên cũng có những hợp chất với halogen RX4, lưu huỳn RS2, v.v... Các oxýt của Ti, Zr, Hf có công thức R 0 2. ớ điều kiện thường các oxýt là chất rắn, có màu, có nhiệt độ nóng chảy cao (t"/c của T i02 là 1870°C).
Các oxýt này có tính chất lưỡng tính, bền trong nước và axít loãng (tác dụng với HF). Không hòa tan trong kiềm. Khi nung nóng lâu, R 02 tương tác chậm với axít và tác dụng với kiềm nóng chảy:
Z r 02 + 4NaOH = Na4Z r 04 + 2H2 t
Do T i02 trơ về mặt hóa học, nó dùng làm chất độn trơ trong sản xuất chất dẻo, cao su, bột màu. Các hydroxýt của Ti, Zr và Hf có công thức R(OH)4. Các hydroxýt này không tan trong nước, tồn tại ở trạng thái gel. Các hydroxýt hòa tan trong axít mạnh nhưng không tan trong dung dịch kiềm. Chúng được điều chê bằng cách cho dung dịch muối tan tác dụng với kiềm. Các muối halogen của kim loại Ti, Zn và Hf đều không màu (trừ TiBr4 và RI4): theo dãy T1X4 đến HfX4, nhiệt độ nóng chảy các
128
IUỐÌ lang. Chúns được diéu chế bàng cách nung R 02 trong khí uyển Halogen:
RO, + 2C + 2 Q2 = RC14 +2CO
Trong các muôi halogen của dãy kim loại Ti. Zr, Hf nguời la ử dụns phổ biến TĩQ 4. Còn các muõì kim loại với iốt RI4 hường nuns ờ nhiệt độ cao (1000 -ỉ- 1400°O đê nhận được Ti, ĩr. Hf tinh khiết
Các RX* có khả nãns tạo phức với các halosen cùa kim oại khác:
RC14+2KC1 = K-i[RC1*]
Chương V
CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM m
CỦA BẢNG HTTH