4. grupa hemijskih elemenata

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigacija, traži
Preferences-system.svg Ovom članku je potrebna jezička standardizacija, preuređivanje ili reorganizacija.
Pogledajte kako poboljšati članak, kliknite na link uredi i doradite članak vodeći računa o standardima Wikipedije.
Group → 4
↓ Period
4 Titanijumska kristalna šipka
22
Ti
5 Cirkonij kristalna šipka
40
Zr
6 Hafnium crystal bar%
72
Hf
7 104
Rf
Legend
Transition metal
Primordial element
Synthetic


Elemente 4. grupe periodnog sistema elemenata čine:

Historija[uredi | uredi izvor]

Godine 1791, William Gregor, sveštenik iz Kornwalla 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 hlorovodoničnom kiselinom. Ostatak, koji je uz poteškoće otopio u sumpornoj kiselini, je bio oksid novog elementa - titanijuma. Sve do 1960tih ova metoda je bila baza gotovo cijele svjetske proizvodnje ilmenita. Četiri godine kasnije njemački hemičar M.H. Klaproth, je neovisno o Gregoru otkrio isti oksid iz rude (danas poznate kao rutil), i dao mu ime titanijum, po grčkim mitološkim bićima Titanima, djeci Neba i Zemlje, kažnjenih da žive u skrivenim vatrama u zemlji. Klaproth je ranije izolirao oksid cirkonijuma 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 natrijumom te dobio titanijum, a J.H. de Boer (Holandija, 1925) proizveo čisti cirkonijum putem procesa jodne dekompozicije.

Otkriće hafnijuma 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 celtijum. 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 jednostavno dokazati. Tek 1922. Urbain i A. Dauvillier su tvrdili da imaju dokaze o otkriću elementa 72 koji su dobijeni upotrebom rentgenskih zraka. No N. Bohr je već razvio svoju atomsku teoriju po kojoj je element 72 trebalo tražiti zajedno s cirkonijumom 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 hafnijum (Hafnia - latinsko ime Kopenhagena).[2]

Karakteristike elemenata 4. grupe[uredi | uredi izvor]

Glavne stranice: Titanijum, Cirkonijum i Hafnijum

Svi elementi ove grupe su relativno mnogo zastupljeni u Zemljinoj kori.[3] Titanijum čini 0,63% mase Zemljine kore i deveti je po rasprostranjenosti od svih elemenata. Samo su željezo, titanijum i mangan više rasprostranjeni od cirkonijuma, koji čini 0,016% Zemljine kore. Čak je i hafnijuma (0,00028%) ima gotovo koliko i cezijuma 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 jednostavno i profitabilno eksploatišu. Dva najpoznatija minerala titanijuma 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. Cirkonijumov glavni minerali su cirkon (ZrSiO4) i baddeleyit (ZrO2). Najveća nalazišta su u Australiji, Južnoj Africi, SAD i Rusiji, a često sadrži i veće primjese hafnijuma (do 2%). Samo kod nekoliko minerala količina hafnijuma prelazi količinu cirkonijuma, 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[uredi | uredi izvor]

  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