Golongan 4
atau
IVB
adalah golongan
unsur kimia
di
tabel periodik
. Golongan ini juga dikenal sebagai golongan
titanium
. Golongan ini terdiri dari unsur
titanium
(
Ti
),
zirkonium
(
Zr
),
hafnium
(
Hf
), dan unsur sintetis yang radioaktif
ruterfordium
(
Rf
). Golongan ini belum mendapatkan
nama trivial
; ini termasuk dalam kelompok yang lebih luas dari
logam transisi
.
Tiga unsur golongan 4 yang terjadi secara alami adalah titanium (Ti), zirkonium (Zr) dan hafnium (Hf). Tiga anggota pertama dari golongan tersebut memiliki sifat serupa; ketiganya adalah logam keras yang bersifat
refraktori
dalam kondisi standar. Namun, unsur keempat ruterfordium (Rf), telah disintesis di laboratorium; tidak satupun isotopnya ditemukan terjadi secara alami. Semua
isotop
ruterfordium bersifat
radioaktif
. Sejauh ini, tidak ada percobaan dalam
supercollider
yang dilakukan untuk mensintesis anggota kelompok berikutnya, unpenthexium (Uph), dan tidak mungkin akan disintesis dalam waktu dekat.
Seperti golongan lain, anggota keluarga ini menunjukkan pola dalam konfigurasi elektronnya, terutama kelopak terluarnya yang menghasilkan tren perilaku kimia:
Z
|
Unsur
|
Jumlah elektron/kelopak
|
Konfigurasi elektron
|
22
|
titanium
|
2, 8, 10, 2
|
[
Ar
] 3d
2
4s
2
|
40
|
zirkonium
|
2, 8, 18, 10, 2
|
[
Kr
] 4d
2
5s
2
|
72
|
hafnium
|
2, 8, 18, 32, 10, 2
|
[
Xe
] 4f
14
5d
2
6s
2
|
104
|
ruterfordium
|
2, 8, 18, 32, 32, 10, 2
|
[
Rn
] 5f
14
6d
2
7s
2
|
Sebagian besar sifat kimia telah diamati hanya untuk tiga anggota pertama golongan ini. Kimia rutherfordium tidak begitu mapan dan oleh karena itu, selebihnya hanya berhubungan dengan titanium, zirkonium, dan hafnium. Semua unsur golongan ini adalah logam reaktif dengan titik lebur tinggi (1668 °C, 1855 °C, 2233 °C, 2100 °C?). Reaktivitasnya tidak selalu jelas karena pembentukan lapisan oksida stabil yang cepat, yang mencegah reaksi lebih lanjut. Oksida
TiO
2
,
ZrO
2
dan
HfO
2
adalah padatan putih dengan titik leleh tinggi dan tidak bereaksi dengan sebagian besar asam.
[1]
Sebagai logam transisi tetravalan, ketiga unsur tersebut membentuk berbagai
senyawa anorganik
, umumnya dengan tingkat oksidasi +4. Tiga logam pertama menunjukkan bahwa mereka resisten terhadap
alkali
pekat, namun
halogen
bereaksi dengan mereka membentuk tetrahalida. Pada suhu yang lebih tinggi, ketiga logam tersebut bereaksi dengan
oksigen
,
nitrogen
,
karbon
,
boron
,
belerang
, dan
silikon
. Akibat dari
kontraksi lantanida
dari unsur-unsur
periode kelima
, zirkonium dan hafnium memiliki
jari-jari ion
yang hampir identik. Jari-jari ion Zr
4+
adalah 79
pikometer
dan Hf
4+
adalah 78 pm.
[1]
[2]
Kesamaan ini menghasilkan perilaku kimia dan pembentukan senyawa kimia serupa yang hampir identik.
[2]
Kimia hafnium sangat mirip dengan zirkonium sehingga pemisahan melalui reaksi kimia tidak mungkin dilakukan; hanya sifat fisika senyawa bentukannya yang berbeda. Titik lebur dan titik didih senyawa dan
kelarutannya
dalam pelarut adalah perbedaan kimia utama unsur kembar ini.
[1]
Titanium jauh berbeda dari dua lainnya karena efek
kontraksi lantanida
.
Tabel di bawah ini adalah ringkasan sifat fisik utama unsur golongan 4. Tanda tanya menunjukkan nilai ekstrapolasi.
[3]
Kristal
Ilmenite
, suatu mineral yang melimpah
William Gregor
,
Franz Joseph Muller
dan
Martin Heinrich Klaproth
secara terpisah menemukan titanium antara tahun 1791 dan 1795. Klaproth menamakannya untuk
Titans
sesuai
mitologi Yunani
.
[4]
Klaproth juga menemukan zirkonium dalam mineral
zirkon
pada tahun 1789 dan menamainya sesuai Zirkonerde (
zirkonia
) yang sudah dikenal.
Hafnium telah diprediksi oleh
Dmitri Mendeleev
pada tahun 1869 dan menurut pengukuran
muatan inti efektif
dengan
spektroskopi sinar-X
yang dilakukan oleh
Henry Moseley
pada tahun 1914, nomor atomnya adalah 72, menempatkannya di antara unsur
lutetium
dan
tantalum
yang sudah diketahui sebelumnya.
Dirk Coster
dan
Georg von Hevesy
adalah orang pertama yang meneliti unsur baru dalam bijih zirkonium.
[5]
Hafnium ditemukan oleh keduanya pada tahun 1923 di
Kopenhagen
, Denmark, yang memvalidasi prediksi original Mendeleev tahun 1869.
[6]
Terdapat beberapa kontroversi seputar penemuan hafnium dan pendapat Coster dan Hevesy yang mengacu pada prediksi Bohr bahwa hafnium adalah logam transisi dan bukan unsur tanah jarang.
[7]
Sementara titanium dan zirkonium, sebagai unsur yang relatif melimpah, ditemukan di akhir abad ke-18, dibutuhkan waktu sampai tahun 1923 untuk mengidentifikasi hafnium. Ini hanya karena hafnium yang relatif langka. Kesamaan kimia antara zirkonium dan hafnium membuat pemisahan menjadi sulit dan, tanpa mengetahui apa yang harus dicari, hafnium tidak ditemukan, walaupun semua sampel zirkonium, dan semua senyawanya, yang digunakan oleh kimiawan selama lebih dari dua abad mengandung hafnium dalam jumlah yang signifikan.
[8]
Rutherfordium
pertama kali dilaporkan
terdeteksi pada tahun 1966 di
Joint Institute of Nuclear Research
di
Dubna
(
Uni Soviet
). Peneliti membombardir
242
Pu
dengan ion
22
Ne
yang dipercepat dan memisahkan produk reaksinya dengan termokromatografi gradien setelah dikonversi menjadi kloridanya melalui interaksi dengan
ZrCl
4
.
[9]
- 242
94
Pu
+
22
10
Ne
→
264?
x
104
Rf
→
264?
x
104
Rf
Cl
4
Produksi logam itu sendiri sulit karena reaktivitasnya. Pembentukan
oksida
,
nitrida
dan
karbidanya
harus dihindari agar menghasilkan logam yang bisa diolah, ini biasanya dicapai dengan
proses Kroll
. Oksida (MO
2
) direaksikan dengan
batubara
dan
klor
untuk membentuk klorida (MCl
4
). Klorida logamnya kemudian direaksikan dengan magnesium, menghasilkan
magnesium klorida
dan logam.
Pemurnian lebih lanjut dilakukan dengan
reaksi transport kimia
yang dikembangkan oleh
Anton Eduard van Arkel
dan
Jan Hendrik de Boer
. Dalam bejana tertutup, logam bereaksi dengan
iodium
pada suhu di atas 500 °C yang membentuk logam(IV) iodida; pada filamen tungsten bersuhu hampir 2000 °C, terjadi reaksi balik dan iodium dan logam dibebaskan. Logam membentuk lapisan padat pada filamen tungsten dan iodium dapat bereaksi dengan logam tambahan sehingga menghasilkan perputaran yang stabil.
[1]
[10]
- M + 2 I
2
(suhu rendah) → MI
4
- MI
4
(suhu tinggi) → M + 2 I
2
Mineral berat (gelap) di pasir pantai kuarsa (
Chennai
,
India
).
Jika
kelimpahan unsur dalam kerak bumi
diperbandingkan untuk titanium, zirkonium dan hafnium, kelimpahannya berkurang seiring dengan bertambahnya massa atom. Titanium adalah logam ketujuh yang paling melimpah dalam kerak bumi dan memiliki kelimpahan 6320 ppm, sedangkan zirkonium memiliki kelimpahan 162 ppm dan hafnium hanya memiliki kelimpahan 3 ppm.
[11]
Ketiga unsur stabil tersebut terjadi pada
deposit bijih pasir mineral berat
, yang biasanya merupakan
endapan placer
yang terbentuk di lingkungan
pantai
, melalui konsentrasi
berat jenis
butir mineral bahan erosi dari batuan
mafik
dan
ultramafik
. Mineral titanium kebanyakan berupa
anatase
dan
rutil
, dan zirkonium terdapat pada mineral
zirkon
. Akibat kemiripan sifat kimia, sampai 5% zirkonium dalam zirkon digantikan oleh hafnium. Produsen unsur golongan 4 terbesar adalah
Australia
,
Afrika Selatan
dan
Kanada
.
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
Logam titanium dan paduannya memiliki berbagai macam aplikasi, karena keunggulannya dalam ketahanan korosi, stabilitas panas dan kerapatan rendah (ringan). Pemanfaatan ketahanan korosi hafnium dan zirkonium yang paling tahan korosi terdapat pada reaktor nuklir. Zirkonium memiliki
penampang tangkapan neutron termal
sangat rendah sedangkan hafnium tinggi. Oleh karena itu, zirkonium (kebanyakan sebagai
zircaloy
) digunakan sebagai
selongsong
batang bahan bakar
pada
reaktor nuklir
,
[17]
sementara hafnium digunakan sebagai
batang kendali
untuk
reaktor nuklir
, karena masing-masing atom hafnium dapat menyerap banyak neutron.
[18]
[19]
Sejumlah kecil hafnium
[20]
dan zirkonium digunakan dalam paduan super untuk memperbaiki sifat-sifat paduan tersebut.
[21]
Unsur golongan 4 tidak diketahui terlibat dalam kimia biologis sistem kehidupan apapun.
[22]
Mereka adalah logam refraktori yang keras dengan kelarutan dalam air rendah, dan ketersediaannya rendah di biosfer. Titanium adalah satu dari sedikit logam transisi blok d baris pertama tanpa peran biologis yang diketahui. Radioaktivitas rutherfordium membuatnya beracun bagi sel hidup.
Titanium tidak beracun meski dalam dosis besar dan tidak memainkan peran alami di dalam
tubuh manusia
.
[22]
Serbuk zirkonium bisa menyebabkan iritasi, namun hanya kontak dengan mata yang membutuhkan perhatian medis.
[23]
OSHA merekomendasikan
batas rata-rata tertimbang
untuk zirkonium adalah 5 mg/m
3
dan batas paparan jangka pendek 10 mg/m
3
.
[24]
Data toksikologi hafnium yang ada sangat terbatas.
[25]
- ^
a
b
c
d
Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985).
Lehrbuch der Anorganischen Chemie
(dalam bahasa German) (edisi ke-91?100). Walter de Gruyter. hlm. 1056?1057.
ISBN
3-11-007511-3
.
- ^
a
b
"Los Alamos National Laboratory ? Hafnium"
. Diarsipkan dari
versi asli
tanggal June 2, 2008
. Diakses tanggal
2008-09-10
.
- ^
Hoffman, Darleane C.; Lee, Diana M.; Pershina, Valeria (2006). "Transactinides and the future elements". Dalam Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean.
The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements
(edisi ke-3rd). Dordrecht, The Netherlands:
Springer Science+Business Media
.
ISBN
1-4020-3555-1
.
- ^
Weeks, Mary Elvira
(1932). "III. Some Eighteenth-Century Metals".
Journal of Chemical Education
.
9
(7): 1231?1243.
Bibcode
:
1932JChEd...9.1231W
.
doi
:
10.1021/ed009p1231
.
- ^
Urbain, M. G. (1922).
"Sur les series L du lutecium et de l'ytterbium et sur l'identification d'un celtium avec l'element de nombre atomique 72"
.
Comptes rendus
(dalam bahasa French).
174
: 1347?1349
. Diakses tanggal
2008-10-30
.
- ^
Coster, D.; Hevesy, G. (1923-01-20). "On the Missing Element of Atomic Number 72".
Nature
.
111
(2777): 79?79.
Bibcode
:
1923Natur.111...79C
.
doi
:
10.1038/111079a0
.
- ^
Scerri, Eric (2007). The Periodic System, Its Story and Its Significance. New York: Oxford University Press.
ISBN 0-19-530573-6
.
- ^
Barksdale, Jelks (1968).
The Encyclopedia of the Chemical Elements
.
Skokie, Illinois
:
Reinhold Book Corporation
. hlm. 732?38 "Titanium". LCCCN 68-29938.
- ^
Barber, R. C.; Greenwood, N. N.; Hrynkiewicz, A. Z.; Jeannin, Y. P.; Lefort, M.; Sakai, M.; Ulehla, I.; Wapstra, A. P.; et al. (1993).
"Discovery of the transfermium elements. Part II: Introduction to discovery profiles. Part III: Discovery profiles of the transfermium elements"
.
Pure and Applied Chemistry
.
65
(8): 1757?1814.
doi
:
10.1351/pac199365081757
.
- ^
van Arkel, A. E.; de Boer, J. H. (1925). "Darstellung von reinem Titanium-, Zirkonium-, Hafnium- und Thoriummetall (Production of pure titanium, zirconium, hafnium and Thorium metal)".
Zeitschrift fur anorganische und allgemeine Chemie
(dalam bahasa German).
148
(1): 345?350.
doi
:
10.1002/zaac.19251480133
.
- ^
"Abundance in Earth's Crust"
. WebElements.com. Diarsipkan dari
versi asli
tanggal 2008-05-23
. Diakses tanggal
2007-04-14
.
- ^
"Dubbo Zirconia Project Fact Sheet"
(PDF)
. Alkane Resources Limited. June 2007. Diarsipkan dari
versi asli
(PDF)
tanggal 2008-02-28
. Diakses tanggal
2008-09-10
.
- ^
"Zirconium and Hafnium"
(PDF)
.
Mineral Commodity Summaries
. US Geological Survey: 192?193. January 2008
. Diakses tanggal
2008-02-24
.
- ^
Callaghan, R. (2008-02-21).
"Zirconium and Hafnium Statistics and Information"
. US Geological Survey
. Diakses tanggal
2008-02-24
.
- ^
"Minerals Yearbook Commodity Summaries 2009: Titanium"
(PDF)
. US Geological Survey. May 2009
. Diakses tanggal
2008-02-24
.
- ^
Gambogi, Joseph (January 2009).
"Titanium and Titanium dioxide Statistics and Information"
(PDF)
. US Geological Survey
. Diakses tanggal
2008-02-24
.
- ^
Schemel, J. H. (1977).
ASTM Manual on Zirconium and Hafnium
. ASTM International. hlm. 1?5.
ISBN
978-0-8031-0505-8
.
- ^
Hedrick, James B.
"Hafnium"
(PDF)
. United States Geological Survey
. Diakses tanggal
2008-09-10
.
- ^
Spink, Donald (1961). "Reactive Metals. Zirconium, Hafnium, and Titanium".
Industrial and Engineering Chemistry
.
53
(2): 97?104.
doi
:
10.1021/ie50614a019
.
- ^
Hebda, John (2001).
"Niobium alloys and high Temperature Applications"
(PDF)
. CBMM
. Diakses tanggal
2008-09-04
.
- ^
Donachie, Matthew J. (2002).
Superalloys
. ASTM International. hlm. 235?236.
ISBN
978-0-87170-749-9
.
- ^
a
b
Emsley, John (2001). "Titanium".
Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements
. Oxford, England, UK: Oxford University Press. hlm.
457
?456.
ISBN
0-19-850340-7
.
- ^
"International Chemical Safety Cards"
. International Labour Organization. October 2004
. Diakses tanggal
2008-03-30
.
- ^
"Zirconium Compounds"
. National Institute for Occupational Health and Safety. 2007-12-17
. Diakses tanggal
2008-02-17
.
- ^
"Occupational Safety & Health Administration: Hafnium"
. U.S. Department of Labor. Diarsipkan dari
versi asli
tanggal
. Diakses tanggal
2008-09-10
.
|
---|
|
Titanium
Ti
Nomor atom: 22
Berat atom: 47,867
Titik lebur: 1933,15 K
Titik didih: 3560 K
Massa spesifik: 4,54 g/cm
3
Elektronegatifitas: 1,54
|
Zirkonium
Zr
Nomor atom: 40
Berat atom: 91,224
Titik lebur: 2125,15 K
Titik didih: 4682 K
Massa spesifik: 6,506 g/cm
3
Elektronegatifitas: 1.33
|
Hafnium
Hf
Nomor atom: 72
Berat atom: 178,49
Titik lebur: 2500,15 K
Titik didih: 4876 K
Massa spesifik: 13,31 g/cm
3
Elektronegatifitas: 1.3
|
Rutherfordium
Rf
Nomor atom: 104
Berat atom: [267]
Titik lebur: ? 2400 K
Titik didih: ? 5800 K
Massa spesifik: ? 23 g/cm
3
Elektronegatifitas: ?
|
|
|
---|
Umum
| |
---|
Perpustakaan nasional
| |
---|