Elementos del grupo 4 para niños
Contenido
Grupo 4 de la Tabla Periódica
El grupo 4 de la tabla periódica incluye elementos químicos muy interesantes: el titanio (Ti), el circón (Zr) y el hafnio (Hf). También se incluye el rutherfordio (Rf), aunque este último es un elemento creado por el ser humano en laboratorios y es radiactivo, por lo que a menudo no se considera en las descripciones generales del grupo.
El nombre "Grupo 4" es el que recomienda la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada), que es la organización que pone las reglas en química. Antes, se usaban otros nombres como "grupo IVA" o "grupo IVB", pero es mejor usar el nombre actual para no confundirse.
Estos elementos son metales bastante reactivos. Esto significa que pueden reaccionar fácilmente con otras sustancias, especialmente si están en forma de polvo fino. Si están en polvo, pueden incluso encenderse solos al contacto con el aire, ¡como si fueran fuegos artificiales! Sin embargo, cuando están en piezas sólidas y compactas, son muy resistentes y casi no les afecta el aire ni otras sustancias.
Todos los elementos del grupo 4 son metales muy duros y resistentes al calor. Su capacidad de reaccionar está "escondida" porque forman una capa protectora de óxido en su superficie. Esta capa los protege de la corrosión (como el óxido en el hierro) y del ataque de muchos ácidos y otras sustancias.
Los tres primeros elementos (titanio, circonio y hafnio) se encuentran de forma natural en la Tierra. El rutherfordio, como mencionamos, es un elemento creado artificialmente y es muy radiactivo. Sus propiedades son muy parecidas a las del hafnio, pero es más pesado. Ninguno de estos elementos tiene un papel importante en los seres vivos.
- Elementos del grupo 4
-
Barra de cristal de titanio, 99,995%
-
Barra de cristal de circonio, 99,97%
-
Barra de cristal de hafnio, >99,9%
Historia de los Elementos del Grupo 4
La historia de cómo descubrimos estos elementos es muy interesante y muestra cómo los científicos trabajan para entender el mundo.
El Descubrimiento del Circonio
El circón es una piedra preciosa que se conoce desde hace mucho tiempo. Sin embargo, no fue hasta 1789 que el químico alemán Martin Heinrich Klaproth se dio cuenta de que contenía un elemento nuevo. Klaproth analizó un mineral de circón y encontró un nuevo óxido (una sustancia que contiene oxígeno y otro elemento), pero no pudo separar el elemento puro de ese óxido.
Más tarde, en 1808, el químico británico Humphry Davy intentó aislar este nuevo elemento usando electricidad, pero tampoco lo logró. Él fue quien le dio el nombre de circonio. Finalmente, en 1824, el químico sueco Jöns Jakob Berzelius consiguió aislar una forma impura de circonio. Lo hizo calentando una mezcla de potasio y fluoruro de circonio potásico.
El Descubrimiento del Titanio
El titanio fue identificado por primera vez en 1791 por el mineralogista británico William Gregor. Lo encontró en una arena especial llamada ilmenita, cerca de un arroyo en Cornualles, Gran Bretaña. Al analizar la arena, descubrió que contenía óxido de hierro y un óxido metálico que no pudo identificar.
Ese mismo año, otro mineralogista, Franz Joseph Muller, también produjo el mismo óxido metálico sin poder identificarlo. En 1795, el químico Martin Heinrich Klaproth (el mismo que con el circonio) redescubrió este óxido metálico en un mineral llamado rutilo. Klaproth identificó que el óxido contenía un nuevo elemento y lo llamó "titanio" en honor a los Titanes de la mitología griega, que eran gigantes muy fuertes. En 1825, Berzelius también fue el primero en preparar titanio metálico, aunque no era completamente puro.
El Descubrimiento del Hafnio
El hafnio fue el último de los elementos naturales del grupo 4 en ser descubierto. En 1914, el científico Henry Moseley usó una técnica llamada espectroscopia de rayos X para estudiar los elementos. Sus estudios mostraron que faltaba un elemento con el número atómico 72 en la tabla periódica. Esto animó a los químicos a buscarlo.
A principios de 1923, científicos como Niels Bohr sugirieron que el elemento 72 debía ser parecido al circonio. Animados por esto, Dirk Coster y Georg von Hevesy buscaron el nuevo elemento en minerales de circonio. Descubrieron el hafnio en 1923 en Copenhague, Dinamarca. Por eso, el elemento fue nombrado "hafnio", que viene de "Hafnia", el nombre en latín de Copenhague.
Fue difícil separar el hafnio del circonio porque son muy parecidos. Por eso, durante mucho tiempo, las muestras de circonio que se usaban estaban en realidad mezcladas con hafnio sin que nadie lo supiera.
El Descubrimiento del Rutherfordio
El rutherfordio es un elemento que no existe de forma natural en la Tierra. Fue creado por primera vez en un laboratorio. En 1964, un equipo de científicos en Rusia afirmó haberlo producido. Más tarde, en 1969, investigadores de la Universidad de California en Berkeley obtuvieron pruebas más claras de que habían creado el elemento 104.
Hubo una discusión sobre quién lo había descubierto primero y cómo llamarlo. El grupo de Rusia sugirió "kurchatovio", y el grupo de Estados Unidos propuso "rutherfordio", en honor al famoso científico Ernest Rutherford. Finalmente, en 1997, la IUPAC decidió oficialmente que el elemento se llamaría rutherfordio.
Características de los Elementos del Grupo 4
Los elementos del grupo 4 tienen propiedades químicas y físicas muy interesantes.
Propiedades Químicas
Los elementos del grupo 4, especialmente el titanio, el circonio y el hafnio, son metales reactivos. Sin embargo, como ya mencionamos, forman una capa de óxido muy resistente en su superficie. Esta capa es como un escudo que los protege. Por eso, los metales en su forma sólida son muy resistentes a los ataques químicos. La mayoría de los ácidos no les afectan a menos que se calienten mucho, y las sustancias alcalinas (como la sosa cáustica) no les hacen nada, ni siquiera calientes.
Cuando estos metales están en polvo muy fino, su reactividad se hace evidente. Pueden reaccionar directamente con el oxígeno y el hidrógeno, e incluso con el nitrógeno en el caso del titanio.
El circonio y el hafnio son muy, muy parecidos en sus propiedades químicas. Las diferencias entre ellos son más bien físicas, como sus puntos de fusión o su forma de disolverse. Esto se debe a un efecto llamado "contracción de los lantánidos", que hace que los átomos de hafnio sean casi del mismo tamaño que los de circonio, a pesar de tener más electrones. El titanio, al ser más pequeño, es un poco diferente de los otros dos.
La química de estos tres elementos está dominada por su capacidad de formar compuestos con un estado de oxidación +4. Esto significa que suelen perder cuatro electrones cuando reaccionan.
Propiedades Físicas
Los elementos del grupo 4 son metales plateados, duros y resistentes al calor. A temperatura ambiente, tienen una estructura cristalina hexagonal compacta. A temperaturas muy altas, el titanio, el circonio y el hafnio cambian a una estructura cúbica.
Aunque son mejores conductores de calor y electricidad que los elementos del grupo 3 (sus vecinos en la tabla periódica), no son tan buenos como la mayoría de los otros metales. Tienen puntos de fusión y ebullición muy altos, lo que significa que se necesita mucho calor para derretirlos o convertirlos en gas.
Aquí tienes un resumen de algunas de sus propiedades físicas clave:
| Nombre | Ti, titanio | Zr, zirconio | Hf, hafnio | Rf, rutherfordio |
|---|---|---|---|---|
| Punto de fusión | 1941 K (1668 °C) | 2130 K (1857 °C) | 2506 K (2233 °C) | 2400 K (2100 °C)? |
| Punto de ebullición | 3560 K (3287 °C) | 4682 K (4409 °C) | 4876 K (4603 °C) | 5800 K (5500 °C)? |
| Densidad | 4.507 g·cm−3 | 6.511 g·cm−3 | 13.31 g·cm−3 | 23.2 g·cm−3? |
| Aspecto | plata metalizado | blanco plateado | gris plata | ? |
| Radio atómico | 140 pm | 155 pm | 155 pm | 150 pm? |
Galería de imágenes
-
Barra de cristal de titanio, 99,995%
-
Barra de cristal de circonio, 99,97%
-
Barra de cristal de hafnio, >99,9%
Véase también
En inglés: Group 4 element Facts for Kids
