19.21. Титан, Цирконій, Гафній і Торій

Елемент	Атомний номер	Атомна маса	Густина, г·см⁻³	Температура, °C	Металічний радіус^a, пм
Титан	22	47,90	4,44	1800	3000	147
Ванадій	23	50,942	6,06	1700	3000	134
Хром	24	51,996	7,22	1920	2330	127
Манган	25	54,9380	7,26	1260	2150	126
Цирконій	40	91,22	6,53	1860		160
Ніобій	41	92,906	8,21	2500		146
Молібден	42	95,94	10,27	2620	4700	139
Гафній	72	178,49	13,17	2200		136
Тантал	73	180,948	16,76	2850		146
Вольфрам	74	183,85	19,36	3382	6000	139
Реній	75	186,2	21,10	3167		137
Торій	90	232,038	11,75	1850	3500	180
Уран	92	238,03	18,97	1690		152

Елемент

Атомний номер

Атомна маса

Густина, г·см⁻³

Температура, °C

Металічний радіус^a, пм

плавлення

кипіння

Титан

47,90

4,44

1800

3000

147

Ванадій

50,942

6,06

1700

3000

134

Хром

51,996

7,22

1920

2330

127

Манган

54,9380

7,26

1260

2150

126

Цирконій

91,22

6,53

1860

160

Ніобій

92,906

8,21

2500

146

Молібден

95,94

10,27

2620

4700

139

Гафній

178,49

13,17

2200

136

Тантал

180,948

16,76

2850

146

Вольфрам

183,85

19,36

3382

6000

139

Реній

186,2

21,10

3167

137

Торій

232,038

11,75

1850

3500

180

Уран

238,03

18,97

1690

152

^a Для координаційного числа 12.

В природі Титан трапляється у вигляді мінералів рутилу TiO₂ і ільменіту FeTiO₃. Він утворює сполуки, в які входить зі ступенями окиснення +2, +3 і +4. Чистий титан(IV) оксид TiO₂ є білою речовиною. У вигляді порошку він має здатність сильно розсіювати світло, завдяки чому набув важливого значення як пігмент. Його використовують при виготовленні спеціальних фарб і пудри для обличчя. Кристали титан(IV) оксиду (рутилу), забарвлені невеликими кількостями інших металічних оксидів, порівняно недавно стали використовувати як напівкоштовні камені. Титан(IV) хлорид TiCl₄ за кімнатної температури є молекулярною рідиною. При розпиленні в повітрі TiCl₄ гідролізується з утворенням гідроген хлориду та найдрібніших часток титан(IV) оксиду. Завдяки цій властивості титан(IV) хлорид іноді використовують для створення димових завіс

TiCl₄ + 2H₂O → TiO₂ + 4HCl

Металічний титан має дуже високу міцність; він легкий (густина 4,44 г·см⁻³), вогнетривкий (т. пл. 1800 °C) і корозієстійкий. З 1950 р. розпочато промисловий випуск металічного титану, який застосовують усюди, де потрібен легкий і міцний метал з високою температурою плавлення; так, він править за конструкційний матеріал для обшивки тих ділянок крила літака, на які потрапляють розпечені гази, що викидає мотор.

Цирконій трапляється в природі головним чином у вигляді мінералу циркону ZrSiO₄. Кристали циркону мають найрізноманітніше забарвлення — біле, блакитне, зелене й червоне; цей мінерал завдяки його красі й твердості застосовують як напівкоштовний камінь. Основний ступінь окиснення Цирконію +4; стани +2 і +3 представлені лише дуже невеликим числом сполук.

Гафній дуже схожий на Цирконій, і природні мінерали Цирконію зазвичай містять невеликий відсоток Гафнію. Цей елемент було відкрито лише 1923 р. Застосовують його мало.

Торій трапляється в природі у вигляді мінералу торіту ThO₂ і в монацитовому піску, який складається з торій фосфату в суміші з фосфатами лантаноїдів (підрозд. 18.7). Торій застосовують головним чином для виготовлення ковпачків освітлювальних газових ліхтарів шляхом просочення тканин торій нітратом Th(NO₃)₄ і церій нітратом Ce(NO₃)₄. Коли оброблена таким чином тканина згоряє, то залишаються торій(IV) оксид ThO₂ і церій(IV) оксид CeO₂, які дають яскраве біле свічення при нагріванні до високої температури. Торій(IV) оксид застосовують також при виготовленні лабораторних тиглів, призначених для нагрівання до температур, близьких до 2300 °C.