19.21. Титан, цирконий, гафний и торий

Элементы титан, цирконий, гафний и торий входят в группу IVa периодической системы. Некоторые их свойства приведены в табл. 19.8.

Таблица 19.8. Некоторые свойства титана, ванадия, хрома, марганца и родственных им элементов

^a Для координационного числа 12.

В природе титан встречается в виде минералов рутила TiO₂ и ильменита FeTiO₃. Он образует соединения, в которые входит в степенях окисления +2, +3 и +4. Чистая двуокись титана TiO₂ представляет собой белое вещество. В виде порошка она обладает способностью сильно рассеивать свет, благодаря чему приобрела важное значение в качестве пигмента. Ее используют при изготовлении специальных красок и пудры для лица. Кристаллы двуокиси титана (рутила), окрашенные небольшими количествами других металлических окислов, сравнительно недавно стали использовать в качестве полудрагоценных камней. Тетрахлорид титана TiCl₄ при комнатной температуре является молекулярной жидкостью. При распылении в воздухе TiCl₄ гидролизуется с образованием хлористого водорода и мельчайших частиц двуокиси титана. Благодаря этому свойству тетрахлорид титана иногда используют для создания дымовых завес

TiCl₄ + 2H₂O → TiO₂ + 4HCl

Металлический титан обладает очень высокой прочностью; он легок (плотность 4,44 г·см⁻³), огнеупорен (т. пл. 1800 °C) и коррозионно-устойчив. С 1950 г. начат промышленный выпуск металлического титана, который применяют всюду, где необходим легкий и прочный металл с высокой температурой плавления; так, он служит конструкционным материалом для обшивки тех участков крыла самолета, на которые попадают выбрасываемые мотором раскаленные газы.

Цирконий встречается в природе главным образом в виде минерала циркона ZrSiO₄. Кристаллы циркона обладают самой разной окраской — белой, голубой, зеленой и красной; этот минерал благодаря его красоте и твердости применяют как полудрагоценный камень. Основная степень окисления циркония +4; состояния +2 и +3 представлены лишь очень небольшим числом соединений.

Гафний очень похож на цирконий, и природные минералы циркония обычно содержат небольшой процент гафния. Этот элемент был открыт лишь в 1923 г. Применяют его мало.

Торий встречается в природе в виде минерала торита ThO₂ и в монацитовом песке, который состоит из фосфата тория в смеси с фосфатами лантаноидов (разд. 18.7). Торий применяют главным образом для изготовления колпачков осветительных газовых фонарей путем пропитки тканей нитратом тория Th(NO₃)₄ и нитратом церия Ce(NO₃)₄. Когда обработанная таким образом ткань сгорает, то остаются двуокись тория ThO₂ и двуокись церия CeO₂, которые дают яркое белое свечение при нагревании до высокой температуры. Двуокись тория применяют также при производстве лабораторных тиглей, предназначенных для нагревания до температур, близких к 2300 °C.