Das Periodensystem der Elemente online
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Gruppe im
Periodensystem
Allgemeine Gruppen-Informationen
4, Titangruppe
Alte Bezeichnung:
Titangruppe (Gruppe 4b)
Gemeinsame Elektronenkonfiguration:
ns
2
(n-1)d
2
<< Scandiumgruppe
Ti
Zr
Hf
Rf
Vanadiumgruppe >>
Allgemeines:
Die Titangruppe besteht aus drei Metallen, die sich untereinander sehr ähneln. Dabei setzt sich allerdings das Titan von den beiden schweren Mitgliedern Zirkonium und Hafnium etwas ab - die beiden letztgenannten sind sich allerdings so ähnlich, dass Hafnium erst 1924 von Zirkonium getrennt und als Element nachgewiesen wurde!
Chemie:
Alle drei Metalle reagieren bevorzugt in der Oxidationsstufe +4. Von Titan sind auch Verbindungen mit den Oxidationsstufen +2 und +3 bekannt, welche jedoch starke Reduktionsmittel darstellen. Die Dioxide reagieren amphoter, wobei der basische Charakter vom Titan zum Hafnium hin zunimmt.
Titan:
Das beige-graue Metall ist an der Luft, gegen verdünnte Säuren und Laugen recht beständig, wodurch es sich von den links benachbarten Elementen Scandium, Calcium und Kalium deutlich abhebt. Titandioxid (welches als Rutil, Brookit oder Anastas in der Natur mineralisch vorkommt) ist dem Siliciumdioxid recht ähnlich, jedoch etwas basischer: Mit starken Mineralsäuren können Titanyl-Salze (mit dem Ion TiO
2+
dargestellt werden; mit Alkalien entstehen Titanate(IV), mit dem Anion TiO
3
2-
, welches dem Silicat-Ion isomorph ist, jedoch nicht so stark zur Polymerisation neigt. Unter Feuererscheinung verlaufen allerdings Reaktionen mit Fluor und Chlor, wobei im Falle von Titan(IV)fluorid eine eher ionisch, im Falle von Titan(IV)chlorid eine eher kovalent aufgebautet Verbindung entsteht (Titanchlorid ist wie Siliciumchlorid flüssig) .
Zirkonium
und
Hafnium
bilden keine Verbindungen in niederen Oxidationsstufen, sondern kommen in ihnen ausschließlich vierwertig vor. Die beiden Metalle haben in ihren Verbindungen beinahe identische Eigenschaften; ein Phänomen, welches durch den Einschub der 14 f-Elektronen beim Hafnium zustande kommt: Durch die höhere Elektronendichte in der Atomhülle einerseits, die höhere Kernladung andererseits, sind die Atomradien von Hafnium und Zirkonium beinahe gleich. Diesen Effekt bezeichnet man als
Lanthanoiden-Kontraktion
.
Zirkoniumdioxid und Hafniumdioxid sind kaum noch amphoter, nur noch beim Zusammenschmelzen mit Alkalien entstehen Zirkonate bzw. Hafnate (mit den Anionen MeO
3
2-
). Zirkonium- und Hafnium(IV)chlorid sind im Unterschied zum Titanchlorid eher ionisch aufgebaut, und daher Festsubstanzen. Insgesamt sind Zirkonium und Hafnium reaktionsträger als Titan.
Rutherfordium
scheint sich von den beiden leichteren Homologen stärker abzusetzen; so hat es ein bedeutend negativeres Normalpotential, wie man aus Versuchen mit Mikromengen weiß. Die Halogenide des Elements verhalten sich ähnlich jener seiner leichteren Homologen Zirkonium und Hafnium.