Universidad Autónoma del Estado de MéxicoFacultad de Química

MateriaQuímica Inorgánica

Familia IV B de la tabla periódica(Familia de Titanio)

IntegrantesCortés Rodríguez Rodolfo Ivan

González Granados Valeria AzucenaSotelo Trujillo Jame Miguel

Generalidades• La familia IV B está conformada por los elementos Titanio, Circonio y Hafnio. Todos

ellos pertenecen a los llamados metales de transición.• Poseen altos puntos de fusión y ebullición.• Su configuración electrónica es nd2 ns2, siendo n 3, 4 y 5 para d, y 4, 5 y 6 para s.

Poseen dos electrones en su capa de valencia.• Son piróficos al exponerse al aire, se vuelven rojos y se inflaman espontáneamente.• Son blancos plateados y brillantes, refractantes y resistentes a la corrosión.• Poseen bajas electronegatividades.

Generalidades• Son dúctiles y maleables, buenos conductores térmicos.• El circonio y el titanio son pésimos conductores eléctricos, el hafnio es

superconductor a 0.55°K

Titanio Circonio Hafnio

Generalidades• Sus propiedades son parecidas a las del grupo 3, excepto que el número de

oxidación que presentan es +4. Otros estados de oxidación son +3 y +2, aunque la estabilidad de los compuestos con estos estados de oxidación disminuye al bajar en el grupo.

• Son menos nobles que los elementos del grupo 14, aunque no lo parece a temperatura ambiente, pues se recubren de una capa de óxido que los protege, de forma que sólo reaccionan con los no metales a altas temperaturas. El carácter básico de los dióxidos crece según aumenta el número atómico, siendo ácido el TiO2.

• La existencia de los lantánidos hace que el hafnio tenga una carga nuclear suficientemente grande como para atraer los electrones de tal forma que su tamaño (radio atómico e iónico) es semejante al del circonio: son los elementos más parecidos dentro de un grupo del sistema periódico, lo que hace difícil su separación. Esto no ocurre con titanio y circonio.

Titanio• El titanio recibe el nombre de títanos, del griego antiguo tierra blanca (su

óxido es de los blancos más puros), no de los titanes como popularmente se cree. Es un metal que se pasiva y se vuelve resistente a la corrosión ambiental.

• No se encuentra en estado puro sino en forma de óxidos, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en las cenizas de animales y plantas. Es el noveno en abundancia en la corteza terrestre y está presente en la mayoría de las rocas ígneas y sedimentos derivados de ellas. Se encuentra principalmente en los minerales anatasa (TiO2), brookita (TiO2), ilmenita (FeTiO3), leucoxeno, perovskita (CaTiO3), rutilo (TiO2) y titanita (CaTiSiO5); también como titanato y en muchas menas de hierro.

Principales reaccionesReaction of titanium with air

• A) Titanium metal is coated with an oxide layer that usually renders it inactive.

• B) However once titanium starts to burn in air it burns with a spectacular white flame to form titanium dioxide, TiO2 and titanium nitride, TiN. Titanium metal even burns in pure nitrogen to form titanium nitride.

a) Ti(s) + O2(g) → TiO2(s)b) 2Ti(s) + N2(g) → TiN(s)

Principales reacciones

Reaction of titanium with waterTitanium metal is coated with an oxide layer that usually renders it inactive. However, titanium will react with steam form the dioxide, titanium(IV) oxide, TiO2, and hydrogen, H2.

Ti(s) + 2H2O(g) → TiO2(s) + 2H2(g)

Principales reaccionesReaction of titanium with the halogens

Titanium does react with the halogens upon warming to form titanium(IV) halides. The reaction with fluorine requires heating to 200°C. So, titanium reacts with fluorine, F2, chlorine, Cl2, bromine, Br2, and iodine, I2, to form respectively titanium(IV) bromide, TiF, titanium(IV) chloride, TiCl, titanium(IV) bromide, TiBr, and titanium(IV) iodide, TiI.

Ti(s) + 2F2(g) → TiF4(s) [white]Ti(s) + 2Cl2(g) → TiCl4(l) [colourless]Ti(s) + 2Br2(g) → TiBr4(s) [orange]

Ti(s) + 2I2(g) → TiI4(s) [dark brown]

Principales reacciones Reaction of titanium with acids and bases

Dilute aqueous hydrofluoric acid, HF, reacts with titanium to form the complex anion [TiF6]3- together with hydrogen, H2.Titanium metal does not react with mineral acids at ambient temperature but does react with hot hydrochloric acid to form titanium(III) complexes.Titanium does not appear to react with alkalis under normal conditions, even when hot.

2Ti(s) + 12HF(aq) → 2[TiF6]3-(aq) + 3H2(g) + 6H+(aq)

Obtención del Titanio• El titanio como metal no se encuentra libre en la naturaleza, pero es el

noveno en abundancia en la corteza terrestre y está presente en la mayoría de las rocas ígneas y sedimentos derivados de ellas.

• El titanio metal se produce comercialmente mediante la reducción de tetracloruro de titanio con Magnesio (proceso Kroll) o Sodio (proceso Hunter) a unos 800ºC bajo atmósfera inerte de Argón (si no reaccionaría con el Oxígeno y el Nitrógeno del aire). De este modo se obtiene un producto poroso conocido como esponja de titanio que posteriormente se purifica y compacta para obtener el producto comercial.

Aplicaciones del Titanio• Debido a su gran resistencia a la corrosión se puede aplicar en casos en

los que va a estar en contacto con el agua del mar.• Se considera biológicamente inerte y se emplea en prótesis médicas.• Debido a su resistencia, baja densidad y el que puede aguantar

temperaturas relativamente altas, las aleaciones de titanio se emplean en aviones y misiles. También se encuentra en distintos productos de consumo, como palos de golf, bicicletas, etcétera. El titanio se alea generalmente con aluminio, hierro, manganeso, molibdeno y otros metales.

• Algunos compuestos de titanio pueden tener aplicaciones en tratamientos contra el Cáncer. Por ejemplo, el cloruro de titanoceno en el caso de tumores gastrointestinales y de mama.

Circonio• El nombre de circonio se toma del mineral circón, la fuente más

importante de circonio, y que deriva de la palabra persa "zargun - زرگون", que significa "dorado".

• En estado puro, el circonio existe en dos formas: la forma cristalina, un metal blando, blanco y dúctil; y la forma amorfa, un polvo negro-azulado. Ambas formas son insolubles en agua, ligeramente solubles en alcohol y completamente solubles en ácido fluorhídrico.

• El circonio nunca se encuentra libre en la naturaleza; existe principalmente como silicato, en el mineral zircón, y como óxido, en el mineral badeleyta. Las menas de circonio contienen también el elemento hafnio.

• Es superconductor.

Principales reaccionesReaction of zirconium with air

Zirconium metal is coated with an oxide layer that usually renders it inactive. However zirconium does burn in air if provoked to form the dioxide zirconium(IV) oxide, ZrO2.

Zr(s) + O2(g) → ZrO2(s)

Reaction of zirconium with waterZirconium does not react with water under normal conditions.

Reaction of zirconium with basesZirconium does not appear to react with alkalis under normal conditions, even when hot.

Principales reacciones

Reaction of zirconium with the halogensZirconium does react with the halogens upon warming to form zirconium(IV) halides. So, zirconium reacts with fluorine, F2, chlorine, Cl2, bromine, I2, and iodine, I2, to form respectively zirconium(IV) bromide, ZrF4, zirconium(IV) chloride, ZrCl4, zirconium(IV) bromide, ZrBr4, and zirconium(IV) iodide, ZrI4.

Zr(s) + 2F2(g) → ZrF4(s) [white]Zr(s) + 2Cl2(g) → ZrCl4(l) [white]Zr(s) + 2Br2(g) → ZrBr4(s) [white]

Zr(s) + 2I2(g) → ZrI4(s) [white]

Principales reacciones

Reaction of zirconium with acidsZirconium metal is coated with an oxide layer that usually renders it inactive. Most cold mineral acids have little effect. Zirconium does dissolve in hydrofluoric acid, HF, presumably to form fluoro complexes

Obtención

• La mayoría de circón se utiliza directamente en aplicaciones comerciales, pero un pequeño porcentaje se convierte en el metal. El primer paso consiste en la obtención del dióxido de circonio fundiendo el circón con hidróxido de sodio, digestión química. No es posible la reducción directa de óxido de circonio con carbono (como en el proceso de alto horno), ya que se forman carburos muy difíciles de separar. La mayoría de circonio metálico se produce por la reducción del cloruro de circonio (IV) con magnesio metálico en el proceso Kroll.

Aplicaciones• El zirconio es muy resistente a la corrosión por ácidos y

álcalis del agua, por lo tanto, es ampliamente utilizado en la industria química, donde se emplean agentes corrosivos.

• Este metal es superconductor a bajas temperaturas y las aleaciones de circonio y niobio se utilizan para fabricar imanes superconductores. Las aleaciones de zirconio con zinc se vuelven magnéticas a temperaturas inferiores a -238 grados centígrados.

• El zirconio se utiliza también en tubos de vacío, lámparas de flash para fotografía, en cebadores explosivos y en filamentos de las lámparas.

• El zirconio se utiliza en condensadores, sistemas de microondas y aplicaciones de telecomunicaciones. Otras son la creación de piedras preciosas, cerámicas, filtros para metal fundido y conectores de fibra óptica.

• Este metal se utiliza en la industria nuclear para el revestimiento de elementos combustibles ya que tiene una sección transversal de baja absorción de neutrones.

Hafnio• De la palabra latina "Hafnia" que era el nombre en latín de la ciudad de

Copenhague, Dinamarca, en honor a la ciudad en que fue descubierto el elemento.

• Es un metal de transición, brillante, gris-plateado, químicamente muy parecido al circonio, encontrándose en los mismos minerales y compuestos, y siendo difícil separarlos.

• La química del hafnio es casi idéntica a la del zirconio. La semejanza de ambos es una consecuencia de la contracción lantánida, la cual lleva a valores de radio iónico casi idénticos. Antes de su descubrimiento, y desde entonces, el hafnio se extrae junto con el zirconio de sus minerales y se halla con el zirconio en todos sus derivados.

Principales reaccionesReaction of hafnium with air

Hafnium metal is coated with an oxide layer that usually renders it inactive. However hafnium will burn in air if provoked to form hafnium dioxide, HfO2. Finely divided hafnium is pyrophoric making it a fire hazard.

Hf(s) + O2(g) → HfO2(s)

Reaction of hafnium with waterHafnium does not react with water under normal conditions.

Principales reacciones

Reaction of hafnium with the halogensHafnium does react with the halogens upon warming to form hafnium(IV) halides. So, hafnium reacts with fluorine, F2, chlorine, Cl2, bromine, Br2, and iodine, I2, to form respectively hafnium(IV) fluoride, HfF4, hafnium(IV) chloride, HfCl4, hafnium(IV) bromide, HfBr4, and hafnium(IV) iodide, HfI4.

Hf(s) + 2F2(g) → HfF4(s) [white]Hf(s) + 2Cl2(g) → HfCl4(l) [white]Hf(s) + 2Br2(g) → HfBr4(s) [white]

Hf(s) + 2I2(g) → HfI4(s) [white]

Principales reaccionesReaction of hafnium with acids

Hafnium metal is coated with an oxide layer that usually renders it inactive. Most cold mineral acids have little effect. Hafnium does dissolve in hydrofluoric acid, HF, presumably to form fluoro complexes.

Reaction of hafnium with basesHafnium does not appear to react with alkalis under normal conditions, even when hot.

Obtención• Está presente, como mezclas, en los minerales de

circonio, como el circón (ZrSiO4) y otras variedades de éste (como la alvita), conteniendo entre un 1 y un 5% de hafnio.

• Al igual que los anteriores, se extrae mediante el método de Kroll o Hunter, bajo atmósfera inerte de argón.

Aplicaciones• El hafnio se utiliza para fabricar barras de control

empleadas en reactores nucleares, como las que se pueden encontrar en submarinos nucleares, debido a que la sección de captura de neutrones del hafnio es unas 600 veces la del circonio.

• En enero de 2007, se anunció como parte fundamental de una nueva tecnología de microprocesadores, desarrollada separadamente por Lenovo e Intel, en reemplazo del silicio, que es el material de base tradicional.

• En lámparas de gas e incandescentes.• En catalizadores para polimerización metalocénica.• Para eliminar oxígeno y nitrógeno de tubos de vacío.• En aleaciones de hierro, titanio, niobio, tántalo y otras

aleaciones metálicas.

Método de KrollLa mayoría de estos metales se produce por la reducción de sus cloruros con magnesio metálico en el proceso Kroll.

ZrO2 + 2C + 2Cl2 900ºC ZrCl4 + 2 CO

Para después reducirlo con magnesio en atmósfera inerte de Helio o Argón

ZrCl4 + 2Mg Zr + 2MgCl

Gracias..!!!