Titangruppe Eigenschaften

Die 4 Gruppe (2.Nebengruppe) im Periodensystem der chemischen Elemente




Die Titangruppe ist die 2. Nebengruppe im Periodensystem der chemischen Elemente. Sie beinhaltet die Elemente Titan, Zirconium, Hafnium und Rotherfordium.

Titangruppe

Titangruppe

Die Titangruppe im Periodensystem der chemischen Elemente

Als Titangruppe wird die vierte Nebengruppe im Periodensystem bezeichnet. Sie umfasst die Elemente Titan, Zirconium, Hafnium sowie das ausschließlich synthetisch erzeugbare Rutherfordium. Wie bei allen Nebengruppen handelt es sich auch bei der Titangruppe um die sogenannten Übergangsmetalle.




Die Entdeckung der einzelnen Elemente

Als erstes entdeckte der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth im Jahre 1789 das Element Zirconium. Dazu untersuchte er das Mineral Zirkon, welches bereits in der Antike zur Anfertigung von Schmuck genutzt wurde.

Nur wenige Jahre später (1791) wurde Titan in England von dem Amateurchemiker William Gregor entdeckt. Er fand es in einer Probe Titaneisen, auch Menaccanit bezeichnet. Diese Probe stammte aus dem Tal Menaccan (Cornwal, England). Auch im Rutilerz wurde vier Jahre darauf durch Klaproth das Metall nachgewiesen. Allerdings konnte Titan erstmals im Jahre 1831 aus diesem Erz gelöst werden. Dies gelang dem bekannten Chemiker Justus von Liebig.

Die Entdeckung von Hafnium erfolgte erst viel später: Im Jahre 1923 durch die beiden Wissenschaftler Dirk Coster (Dänemark) und Charles de Hevesy (Ungarn). Sie studierten die Anordnung der äußeren Elektronen beim Zirconium-Atom mittels Röntgenspektroskopie. Dabei stießen sie auf ein Muster, das der zuvor von Niels Bohr vorhergesagten Elektronstruktur des heutigen Hafniums entsprach.

Als letztes Element der Titangruppe wurde das Rutherfordium entdeckt. Die künstliche Synthese dieses Elements erfolgte erstmals im Jahre 1964 durch ein Team von Wissenschaftlern der Sowjetunion. Diese verkündeten anschließend, dass ihnen der Nachweis eines Isotops mit der Massenzahl 260 gelungen sei. Fünf Jahre später (1969) entdeckten Forscher der University of California zwei bis drei weitere Isotope. Jedoch lehnten sie die Ergebnisse der Russen ab. Sie sahen sich als die Entdecker des vierten Elements der Titangruppe und nannten es schließlich Rutherfordium, in Anlehnung an den Physiker Ernest Rutherford.

Gemeinsamkeiten und Unterschiede der einzelnen Elemente

Die Elemente dieser Gruppe weißen ähnliche chemische Eigenschaften auf. Sie haben die allgemeine Elektronenkonfiguration d2s2. Von daher kommen diese Elemente bevorzugt und zugleich auch in der maximalen Oxidationsstufe von +4 vor. Wie typisch für die Nebengruppen im Periodensystem der Elemente, existieren die Elemente der Titangruppe in verschiedenen Oxidationsstufen, wobei die Höheren mit wachsender Ordnungszahl beständiger werden.

Während Titan, Zirconium und Hafnium jedoch natürlich vorkommen, handelt es sich bei Rutherfordium um ein künstlich erzeugtes Element. Rutherfordium ist insgesamt bislang nur wenig erforscht. Seine Eigenschaften lassen sich aufgrund der sehr geringen Halbwertszeit kaum bestimmen. Es handelt sich aber um ein radioaktives Metall, dass zuverlässig der 4. Nebengruppe des Periodensystems zuordenbar ist. Die anderen Elemente dieser Gruppe sind jedoch nicht radioaktiv.

Bei Titan, Zirconium und Hafnium handelt es sich um silbrig glänzende Metalle, die eine hohe Schmelztemperaturen und eine typische Gitterstruktur aufweisen. Bei ausreichend hohen Temperaturen reagieren sie direkt mit den meisten Nichtmetallen. In kompakter Form sind sie dennoch korrosionsbeständig. An der Luft bildet sich eine stabile Oxidschicht, die generell bei Metallen zur Beständigkeit gegenüber vielen Säuren und Basen führt.

Die Verwendung dieser Elemente

Die einzelnen Elemente der Titangruppe werden in der Praxis unterschiedlich genutzt. Im Folgenden sind die typischen Verwendungen der Elemente aufgeführt:

  • Titan: Dieses Metall wird zur Erzeugung von hochwertigen Legierungen eingesetzt. Als Zusatz von Stahl verleiht es diesem Festigkeit sowie eine hohe Zähigkeit und macht es besonders korrosionsbeständig. Zum Beispiel kommt Titan in Schiffspropellern, hochwertigen Fahrrädern oder in Golfschlägern vor. In der Medizin wird es für Implantate verwendet, da keine Abstoßungsreaktionen auftreten. Außerdem wird es in der Schmuckindustrie zur Herstellung von Uhren oder auch Brillengestellen eingesetzt.
  • Zirconium: Zircaloy, eine Legierung aus 90 Prozent Zirconium, ist die wohl wichtigste Verwendung dieses Elements. In Atomkraftwerken wird diese Legierung als Grundlage der Hüllen von Uran-Brennelemente genutzt. Zudem findet sie Verwendung bei der Herstellung von chemischen Anlagen, wie z. B. von Wärmetauschern, Pumpen und Ventilen.
  • Hafnium: Dieses Element wird aufgrund seiner ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und der extremen Korrosionsbeständigkeit zur Herstellung von Kernreaktorstellstäben genutzt. Zudem eignet es sich bei der Erzeugung von Vakuumschläuchen als Getter. Außerdem wird es in einigen Legierungen festigkeitssteigernd eingesetzt.
  • Rutherfordium: Das Element Rutherfordium findet in der Praxis keine Verwendung. Es wird lediglich zu Forschungszwecken synthetisch erzeugt.

Elemente der Titangruppe

Titanium

 Name  Titanium
Symbol  Ti
Ordnungszahl  22
Aussehen  silbrig metallisch
CAS-Nummer  7440-32-6
Serie  Übergangsmetalle

Titan ist ein Metall und steht als chemisches Element in der vierten Nebengruppe des Periodensystems, auch Titangruppe genannt. Seine Ordnungszahl beträgt 22 und es gehört zu den sogenannten Übergangsmetallen.

 

Zirconium

 Name  Zirconium
Symbol  Zr
Ordnungszahl  40
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-67-7
Serie  Übergangsmetalle

Zirconium ist ein Schwermetall und trägt als chemisches Element die Ordnungszahl 40 und das Elementsymbol Zr. Es steht als zweites Element in der vierten Gruppe, der Titangruppe, in der fünften Periode des Periodensystems.

 

Hafnium

 Name  Hafnium
Symbol  Hf
Ordnungszahl  72
Aussehen  stahlgrau
CAS-Nummer  7440-58-6
 Serie  Übergangsmetalle

Hafnium wurde von dem dänischen Wissenschaftler Dirk Coster und seinem ungarischen Kollegen Charles de Hevesy im Jahr 1923 entdeckt. Die beiden Forscher wendeten eine Methode an, die heute als Röntgenspektroskopie geläufig ist. Ziel war es in Zirkoniumproben die Anordnung der außen liegenden Elektronen der Atome zu studieren. Niels Bohr hatte die Elektronstruktur Hafniums bereits vorhergesagt und Hevesy und Coster stießen bei ihrer Forschung auf ein Muster, das den entscheidenden Baustein lieferte um den Zusammenhang herstellen.

 

Rutherfordium

 Name  Rutherfordium
Symbol  Rf
Ordnungszahl  104
Aussehen  künstlich erzeugt
 CAS-Nummer  –
Serie  Übergangsmetalle

 

Die Synthese des Elements wurde zum ersten Mal von sowjetischen Wissenschaftlern ausgeführt. Die sowjetischen Wissenschaftler gaben danach bekannt, dass sie ein Isotop mit der Massenzahl 260 nachgewiesen haben. Dafür schlugen sie schließlich den Namen „Kurtschatovium“ vor. 1969 identifizierte eine Arbeitsgruppe um Ghiorso an der University of California zwei oder ggf. auch drei Isotope des neues Elements. Sie konnten jedoch, auch wenn sie sich sehr darum bemühten, das Arbeitsergebnis der Russen nicht wiederherstellen, so dass die Identität von Ku-260 nicht ganz geklärt erschien. Deswegen sahen sich die Amerikaner als Entdecker des Elements und benannten es nach dem Physiker Ernest Rutherford. Wie man auch an diesem Text erkennen kann, ist der von den Amerikanern ausgewählte Name auch heute der bekanntere als der, den die Russen dem Element gegeben haben.

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