Распространенность элементов побочной подгруппы IV группы в земной коре

Элементы	Ti	Zr	Hf	Rf
Содержание в земной коре, %	0,63	1,710–2	3,210–4	–

10.2. Простые вещества

Кристаллическая решетка простых веществ, образованных атомами элементов побочной подгруппы IV группы, металлическая гексагональная.

Физические свойства. Титан в компактном состоянии стальной; цирконий – серебристо-белый, гафний – серо-стальной металл; в порошкообразном состоянии титан и цирконий темно-серые, гафний – черный. Некоторые физические свойства металлов приведены в табл. 10.3.

Таблица 10.3

Некоторые свойства металлов побочной подгруппы IV группы

Элементы Свойства	Ti	Zr	Hf	Rf
Плотность, г/см3	4,54	6,51	13,31	18*
Температуры плавления, С	1660	1852	2230	2100*
Температуры кипения, С	3287	4377	5197	5500*
Электропроводность (относительно ртути (1))	1,65	2,1	2,3	–

* Предсказываемые данные.

Способы получения. Титан, цирконий, гафний получают обычно металлотермией из оксидов или галогенидов в вакууме или в атмосфере инертных газов (вследствие высокой химической активности этих металлов при высоких температурах):

ЭCl₄ + 2Mg Э + 2MgCl₂;

ЭО₂ + 2Ca Э + 2СаО.

Высокочистые металлы получают разложением тетраиодидов в вакууме:

ЭI₄ Э + 2I₂.

Резерфордий – также путем ядерного синтеза:

.

Химические свойства. При комнатной температуре металлы покрыты очень прочной оксидной пленкой, поэтому весьма коррозионноустойчивы. Они медленно реагируют только с плавиковой кислотой и смесью плавиковой и азотной кислот. При нагревании, а также при измельчении металлов их химическая активность сильно возрастает. Титан более активен, чем цирконий и гафний. Реакции с простыми веществами:

– с кислородом: Э + О₂ → ЭО₂ (при 150–500С);

– с галогенами при 150–600С образуют галогениды: Э + 2Cl₂ → ЭCl₄;

– с серой при нагревании до 700С – сульфиды состава ЭS₂;

– с азотом при температуре ~1200С образуют нитриды переменного состава Э_хN_у (кроме Rf);

– с водородом образуют гидриды переменного состава ЭН_2–х (кроме Rf);

– с углеродом при температуре более 1500С образуют карбиды переменного состава ЭС_1–х.

Реакции со сложными веществами:

– титан при сильном нагревании реагирует с водяным паром:

Ti + 2Н₂О → TiО₂ + 2Н₂;

– при реакции металлов подгруппы с плавиковой кислотой образуются фториды ЭF₄ (титан также образует TiF₃); при реакции со смесью плавиковой и азотной кислот – Н₂[ЭF₆]; титан (в порошкообразном состоянии) способен реагировать при нагревании с соляной, азотной и серной кислотами:

2Ti + 3H₂SO₄ → Ti₂(SO₄)₃ + 3H₂; Ti + 6HCl → 2TiCl₃ + 3H₂;

3Ti + 4HNO_3(конц.) + H₂O → 3H₂TiO₃ (TiO₂H₂O) + 4NO.