Familia del titanio en la tabla periódica. Descripción de los tres elementos primordiales de esta familia, métodos de obtención, reacciones químicas principales, aplicaciones, entre otros.

1. Universidad Autónoma del Estado de México
Facultad de Química
Materia
Química Inorgánica
Familia IV B de la tabla periódica
(Familia de Titanio)
Integrantes
Cortés Rodríguez Rodolfo Ivan
González Granados Valeria Azucena
Sotelo Trujillo Jame Miguel

2. 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.

3. 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

4. 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.

5. 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.

6. Principales reacciones
Reaction 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)

7. Principales reacciones
Reaction of titanium with water
Titanium 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)

8. Principales reacciones
Reaction 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]

9. 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)

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Principales reacciones
Reaction 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 water
Zirconium does not react with water under normal conditions.
Reaction of zirconium with bases
Zirconium does not appear to react with alkalis under normal conditions,
even when hot.

14. Principales reacciones
Reaction of zirconium with the halogens
Zirconium 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]

15. Principales reacciones
Reaction of zirconium with acids
Zirconium 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

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. Principales reacciones
Reaction 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 water
Hafnium does not react with water under normal conditions.

20. Principales reacciones
Reaction of hafnium with the halogens
Hafnium 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]

21. Principales reacciones
Reaction 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 bases
Hafnium does not appear to react with alkalis under normal
conditions, even when hot.

22. 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.

23. 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.

24. Método de Kroll
La 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

25. Gracias..!!!