3.4.2.Физические свойства

Ti, Zr, Hf- тугоплавкие серебристо-белые металлы. Чистые металлы легко поддаются механической обработке: вытягиваются в нити, прокатываются в фольгу. Они стойки против коррозии, сплавы их имеют высокие Т_пл., внешне в результате покрытия поверхности оксидными пленками они напоминают сталь. Титан относится к легким , а Zr и Hf к тяжелым металлам.

Атомные радиусы от Ti к Zr увеличиваются, а от Zr к Hf из-за «лантаноидного» сжатия почти одинаковые. Поэтому свойства Zr и Hf очень близки, их трудно разделять.

Tаблица 3.5.

Некоторые свойства элементов IV В подгруппы

Металл	R ат, нм	Плотность, г/см3	Jион., эВ	Стандартный элект-родный потенциал процессов, В	T пл., 0C	T кип., 0C	Содержание в земной коре, масс. %
Ti	0,1462	4,5	6,82	 1,17 Э+4 /Э  1,628 Э+2 /Э  1,21 Э+3 /Э	1677	3277	0,44
Zr	0,160	6,5	6,84	 1,56 Э+4 /Э	1855	4474	2103
Hf	0,159	13,2	7,5	 1,70 Э+4 /Э	2222	5280	3104

Увеличение потенциала ионизации в группе сопровождается уменьшением химической активности от Ti к Hf.

3.4.3. Химические свойства

При обычной температуре металлы коррозионно стойкие, но при нагревании их активность заметно возрастает. Характерной особенностью подгруппы титана является образование твердых растворов и фаз внедрения с неметаллами (Н, С, В,N,O)

Отношение к неметаллам можно выразить схемой:

При высоких температурах они образуют хлориды TiCI₄ (150-400 ⁰С), нитриды ZrN (800 ⁰С), оксиды TiO₂ (800⁰С), карбиды HfC (1 000 ⁰С).

Титан и его аналоги способны сильно поглощать водород, при этом образуются гидриды нестехиометрического состава ЭН и ЭН₂. Они занимают промежуточное положение между твердыми растворами и солеподобными (ионными) гидридами типа СаН₂.

Отношение к кислотам. В ряду напряжений все металлы расположены до водорода. Однако они вполне устойчивы по отношению к воде и минеральным кислотам, за исключением НF. Интересно отметить, что при нагревании они реагируют со слабыми концентрированными органическими кислотами (уксусной СН₃СООН, щавелевой Н₂С₂О₄), хотя практически не реагируют с концентрированными Н₂SO₄ и HNO₃:

3Ti + 4HNO_{3 (конц.)} + H₂О = 3Н₂TiO₃ + 4NO

Ti + 5Н₂SO_{4 (конц.)} = Н₂Ti(SO₄)₃  + 2SO₂ + 4H₂О

Эта особенность обусловлена наличием на поверхности металлов плотной пленки оксидов ЭО₂, уплотнение которой происходит в окислительной среде .Так, коррозиционная стойкость титана превышает стойкость нержавеющей стали.

Титан лишенный пленки при нагревании реагирует с водой:

Ti + H₂O TiO₂ + 2 H₂

Эта реакция используется для очистки газов от паров воды.

Кроме того Ti растворяется в разбавленных НС1, Н₂SO₄:

Ti + 3Н₂SO_{4 (разб)} = Ti₂(SO₄)₃ + 3H₂

Все металлы растворяются в плавиковой кислоте HF, в смесях кислот: HF+HNO₃ и HCI+HNO₃, образуя комплексы:

2Ti + 12 HF = 2 H₃TiF₆ + 3H₂

3Zr + 4HNO₃+ 18HF= 3H₂ZrF₆ + 4NO + 8H₂O

Отношение к щелочам. В некоторой степени Ti растворяется в разбавленных щелочах при нагревании:

Ti + 2NаОН + 4H₂О Na₂Ti(OH)₆  + 2H₂

Являясь типичными d- металлами с растворами щелочей они не реагируют, но сплавляются со щелочами в присутствии окислителей, например:

3Zr + 2КС1O₃+ 6КОН= 3К₂ZrО₃ + 2КС1 + 3H₂O

При этом образуются цирконаты, ниобаты, гафнаты.

Отношение металлов подгруппы титана к кислотам и щелочам можно представить в виде схемы: