समूह 4 तत्व

समूह 4 आवर्त सारणी में संक्रमण धातुओं का दूसरा समूह है। इसमें चार तत्व टाइटेनियम (Ti), जर्कोनियम (Zr), हेफ़नियम (Hf) और रदरफोर्डियम (Rf) के रूप में सम्मिलित है और इस प्रकार समूह को इसके सबसे हल्के सदस्य के बाद टाइटेनियम समूह या टाइटेनियम फॅमिली भी कहा जाता है।

जर्कोनियम और हाफनियम को प्रारंभिक संक्रमण के लिए विशिष्ट रूप में देखा जाता है। इन धातुओं में जर्कोनियम में केवल एक प्रमुख रूप में +4 का समूह ऑक्सीकरण अवस्था में होता है और विद्युत् घनात्मक के रूप में होता है और एक कम समृद्ध समन्वय रसायन के रूप में होता है। लैंथेनाइड संकुचन के प्रभाव के कारण वे गुणों में अति समान रूप में होते हैं और इस प्रकार टाइटेनियम अपने छोटे आकार के कारण कुछ भिन्न रूप में होता है यह एक अच्छी तरह से परिभाषित +3 स्टेट के रूप में है यद्यपि +4 अधिक स्थिर रूप में है।

समूह 4 के सभी तत्व कठोर दुर्दम्य धातु के रूप में होते है। घने ऑक्साइड परत के गठन के कारण उनकी अंतर्निहित प्रतिक्रिया पूरी तरह से छिपी होती है, जो उन्हें जंग लगने से बचाती है और इस प्रकार कई एसिड और क्षार द्वारा आक्रमण भी करती है। उनके सबसे पहले तीन स्वाभाविक रूप होते हैं। रदरफोर्डियम दृढ़ता से रेडियोधर्मी होती है यह स्वाभाविक रूप से नहीं होता है और कृत्रिम संश्लेषण द्वारा उत्पादित किया जाता है, लेकिन इसके पर्यवेक्षित तथा सैद्धान्तिक रूप से भविष्य की भविष्यवाणी के कारण इसे हेफ़नियम के भारी होमोलॉग के रूप में देखा जाने लगा है और इनमें से किसी की भी जैविक भूमिका नहीं है।

इतिहास
जिक्रोन को प्राचीन काल से एक रत्न के रूप में जाना जाता था, लेकिन 1789 में जर्मन रसायनशास्त्री मार्टिन हेनरिक क्लैप्रोथ के काम करने तक इसमें कोई नया तत्व सम्मिलित नहीं था। उन्होंने जिक्रोन युक्त खनिज जरगून का विश्लेषण किया और एक नई अर्थ ऑक्साइड की खोज की है, लेकिन यह तत्व इसके ऑक्साइड को अलग करने में असमर्थ था। कोर्निश रसायनज्ञ हम्फ्री डेवी ने भी 1808 में विद्युत् अपघटन के माध्यम से इस नए तत्व को अलग करने का प्रयास किया है, लेकिन यह भी असफल रहे और इस प्रकार उन्होंने इसे जर्कोनियम का नाम दिया। 1824 में, स्वीडिश रसायनशास्त्री जोन्स जैकब बेर्ज़ेलियस ने लोहे की ट्यूब में पोटेशियम और पोटेशियम ज़िरकोनियम फ्लोराइड के मिश्रण को गर्म करके प्राप्त ज़िरकोनियम का एक अशुद्ध रूप अलग किया था।

कोर्निश खनिज विज्ञानी विलियम ग्रेगोर ने पहली बार 1791 में ग्रेट ब्रिटेन के कॉर्नवाल में एक जलधारा के निकट इल्मेनाइट रेत में टाइटेनियम की पहचान की थी। और इस प्रकार रेत का विश्लेषण करने के बाद उन्होंने मन्द चुंबकीय रेत में लौह ऑक्साइड और एक धातु ऑक्साइड पाया लेकिन जिसे वह पहचान नहीं सके। और उसी वर्ष में खनिजविद् फ्रांज जोसेफ मुलर ने उसी धातु ऑक्साइड का उत्पादन किया पर वो भी उसकी पहचान नहीं कर सके और 1795 में, रसायनशास्त्री मार्टिन हेनरिक क्लाप्रोथ ने स्वतंत्र रूप से हंगरी के गांव बोइनिक से रूटाइल में धातु ऑक्साइड की खोज की थी। उन्होंने एक नए तत्व वाले ऑक्साइड की पहचान की और इसे ग्रीक पौराणिक कथाओं के टाइटन के नाम पर रखा था। 1825 में बर्जेलियस टाइटेनियम धातु यद्यपि अशुद्ध रूप से तैयार करने वाले पहले व्यक्ति थे।

1914 में हेनरी मोस्ले द्वारा किए गए एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी ने वर्णक्रमीय रेखा और प्रभावी परमाणु आवेश के बीच प्रत्यक्ष निर्भरता दिखाई। इसने आवर्त सारणी के भीतर अपनी जगह का पता लगाने के लिए परमाणु आवेश या किसी तत्व की परमाणु संख्या का उपयोग किया था। इस पद्धति के साथ मोसले ने लैंथेनाइड्स की संख्या निर्धारित की और दिखाया कि परमाणु संख्या 72 के साथ एक महत्वपूर्ण तत्व था। इसने रसायनज्ञों को इसकी तलाश करने के लिए प्रेरित किया था। जॉर्जेस अर्बन ने दावा किया कि उन्होंने 1907 में दुर्लभ पृथ्वी तत्व में तत्व 72 पाया था और 1911 में सेल्टियम पर अपने परिणाम प्रकाशित किए थे और इस प्रकार बाद में पाए गए तत्व के साथ न तो स्पेक्ट्रा और न ही रासायनिक व्यवहार का दावा किया गया था और इसलिए लंबे समय तक चलने वाले विवाद के बाद उनका दावा अस्वीकार कर दिया गया था।

1923 की शुरुआत में, नील्स बोहर और चार्ल्स रूगेले जैसे रसायनशास्त्री और भौतिकीविदों ने सुझाव दिया कि तत्व 72 जर्कोनियम से मिलता-जुलता है और इस प्रकार वे दुर्लभ भू-तत्वों के समूह के रूप में सम्मलित हैं। ये सुझाव बोह्र के परमाणु के सिद्धांतों पर आधारित मोसले के एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी और फ्रेडरिक पैनेथ के रासायनिक तर्कों पर आधारित थे।  इससे प्रोत्साहित होकर और 1922 में अर्बेन के दावों के पुन: प्रकट होने से कि तत्व 72 को1911 में खोजा गया एक दुर्लभ पृथ्वी तत्व के रूप में सम्मलित हैं और इस प्रकार डिर्क कोस्टर और हेवेसी के जॉर्ज को जर्कोनियम अयस्कों में नए तत्व की खोज के लिए प्रेरित किया गया था। हेफ़नियम की खोज दोनों ने 1923 में कोपेनहेगन, डेनमार्क में की थी।  जिस स्थान पर खोज हुई थी, उस तत्व का नाम कोपेनहेगन हाफनिया नील्स बोह्र के गृह नगर के लैटिन नाम पर रखा गया था।

हैफनियम को वल्देमार थल जांटजेन और वॉन हेवेसी द्वारा डबल अमोनियम या पोटैशियम फ्लोराइड्स को बार-बार पुन: क्रिस्टलीकरण के माध्यम से जर्कोनियम से अलग किया जाता था। और इस प्रकार 1924 में एक गर्म टंगस्टन फिलामेंट के ऊपर हेफ़नियम टेट्राआयोडाइड वाष्प प्रवाहित करके धात्विक हेफ़नियम तैयार करने वाले एंटोन एडुआर्ड वैन अर्केल और जान हेंड्रिक डी बोअर पहले व्यक्ति के रूप में थे। और सबसे हल्के दो समूह 4 तत्वों हेफ़नियम की खोज के बीच की लम्बी देरी आंशिक रूप से हेफ़नियम की दुर्लभता के कारण थी और कुछ हद तक ज़िरकोनियम और हेफ़नियम की अत्यधिक समानता के कारण भी थी, जिससे कि ज़िरकोनियम के सभी पिछले नमूने वास्तव में बिना किसी को पता चले हेफ़नियम के साथ दूषित हो गए थे।

समूह का अंतिम तत्व, रदरफोर्डियम स्वाभाविक रूप से नहीं है और इसे संश्लेषण द्वारा बनाया जाता है और इस प्रकार परमाणु अनुसंधान के लिए संयुक्त संस्थान (जेआईएनआर) की एक टीम द्वारा पहली रिपोर्ट की खोज की गई, जिसने 1964 में नीओन-22 आयनों के साथ प्लूटोनियम -242 लक्ष्य पर बमबारी करके नए तत्व का उत्पादन करने का दावा किया था, चूँकि बाद में इस पर सवाल उठाया गया था। और इस प्रकार कैलीफोर्निआ विश्वविद्यालय बर्कले के शोधकर्ताओं द्वारा अधिक निर्णायक साक्ष्य प्राप्त हुए थे और इस प्रकार 1969 में कार्बन-12 आयनों के साथ एक कैलीफ़ोर्नियम -249 लक्ष्य पर बमबारी करके तत्व 104 को संश्लेषित किया जाता है। इस तत्व की खोज करने वाले पर एक ट्रांसफरमियम युद्ध छिड़ गया, जिसे प्रत्येक समूह ने अपना नाम सुझाया और इस प्रकार डबना समूह ने इगोर कुरचटोव के बाद कुरचटोवियम का नाम दिया गया था, जबकि बर्कले समूह ने अर्नेस्ट रदरफोर्ड के नाम पर रदरफोर्डियम का नाम दिया था। और इस प्रकार आखिरकार आईयूपीएसी और आईयूपीएपी की एक संयुक्त कार्यकारी पार्टी ट्रांसफरमियम में काम करने वाले समहू ने फैसला किया कि खोज के लिए श्रेय साझा किया जाना चाहिए और इस प्रकार विभिन्न समझौतों के प्रयास के बाद 1997 में आईयूपीएसी ने अमेरिकी प्रस्ताव के बाद आधिकारिक रूप से तत्व का नाम रदरफोर्डियम दिया गया था।

रासायनिक
अन्य समूहों की तरह, इस समूह के सदस्य अपने इलेक्ट्रॉन विन्यास में पैटर्न दिखाते हैं और इस प्रकार विशेष रूप से सबसे बाहरी गोले जिसके परिणामस्वरूप रासायनिक व्यवहार की प्रवृत्ति होती है और अधिकांश रसायन विज्ञान केवल समूह के पहले तीन सदस्यों के रूप में देखे गए हैं; रदरफोर्डियम के रासायनिक गुणों को अच्छी तरह से वर्णन नहीं किया गया था, लेकिन जो ज्ञात और अनुमानित है वह हेफ़नियम के भारी होमोलॉग के रूप में अपनी स्थिति से मेल खाता है।

टाइटेनियम, जर्कोनियम और हेफ़नियम प्रतिक्रियाशील धातु के रूप में हैं, लेकिन यह थोक रूप में छिपा हुआ होता है क्योंकि वे घने ऑक्साइड परत बनाते हैं जो धातु से चिपक जाता है और हटाए जाने पर सुधार करता है। जैसे, थोक धातुएं रासायनिक हमले के लिए बहुत प्रतिरोधी रूप में होती हैं और इस प्रकार अधिकांश जलीय अम्लों का तब तक कोई प्रभाव नहीं होता जब तक कि गर्म न किया जाए और जलीय क्षारों का गर्म होने पर भी कोई प्रभाव नहीं पड़ता। ऑक्सीकरण एसिड जैसे नाइट्रिक एसिड वास्तव में प्रतिक्रियाशीलता को कम करते हैं क्योंकि वे इस ऑक्साइड परत के गठन को प्रेरित करते हैं। अपवाद हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल के रूप में है, क्योंकि यह धातुओं के घुलनशील फ्लोरो कॉम्प्लेक्स बनाता है। जब यह सूक्ष्म रूप से विभाजित किया जाता है, तो उनकी प्रतिक्रियाशीलता दिखाई देती है क्योंकि वे टाइटेनियम के स्थिति में ऑक्सीजन हाइड्रोजन और यहां तक ​​कि नाइट्रोजन के साथ सीधे प्रतिक्रिया करते हुए पायरोफोरिक बन जाते हैं और इस प्रकार तीनों बहुत अधिक सीमा तक विद्युत् घनात्मक के रूप में होते है, चूँकि समूह 3 तत्व में अपने पूर्ववर्तियों की तुलना में कम होते है। और इस प्रकार TiO2, ZrO2 और HfO2 ऑक्साइड| उच्च गलनांक वाले सफेद ठोस के रूप में होते है और अधिकांश अम्लों के विरुद्ध अक्रियाशील होते हैं।

समूह 4 तत्वों की रसायन विज्ञान समूह ऑक्सीकरण अवस्था का प्रभुत्व है। ज़िरकोनियम और हेफ़नियम विशेष रूप से बेहद समान रूप में होते है, जिनमें सबसे प्रमुख अंतर रासायनिक के अतिरिक्त यौगिकों के पिघलने और क्वथनांक और सॉल्वैंट्स में उनकी घुलनशीलता भौतिक रूप में होती है। यह लैंथेनाइड संकुचन का एक प्रभाव है और 4d से 5d तत्वों तक परमाणु त्रिज्या की अपेक्षित वृद्धि पहले 4f तत्वों के सम्मिलन से मिटा दी जाती है। टाइटेनियम छोटा होने के कारण इन दोनों से अलग रूप में होता है इसका ऑक्साइड जर्कोनियम और हेफ़नियम की तुलना में कम क्षारीय होता है और इसका जलीय रसायन अधिक हाइड्रोलाइज्ड होता है। रदरफोर्डियम में जर्कोनियम और हेफ़नियम की तुलना में अभी भी अधिक क्षारीय ऑक्साइड होना चाहिए।

तीनों की रसायन विज्ञान +4 ऑक्सीकरण अवस्था का प्रभुत्व है,चूँकि यह पूरी तरह से आयनिक के रूप में वर्णित होने के लिए बहुत अधिक है। ज़िरकोनियम और हेफ़नियम के लिए कम ऑक्सीकरण अवस्थाओं का अच्छी तरह से प्रतिनिधित्व नहीं किया जाता है और रदरफोर्डियम के लिए और भी कम अच्छी तरह से प्रतिनिधित्व किया जाना चाहिए; जर्कोनियम और हेफ़नियम की +3 ऑक्सीकरण अवस्था पानी को कम करती है। टाइटेनियम के लिए यह ऑक्सीकरण अवस्था केवल आसानी से ऑक्सीकृत होती है, जिससे बैंगनी रंग का Ti3+ बनता है और इस प्रकार एक्वा कौशन घोल में तत्वों के एक महत्वपूर्ण समन्वय रसायन है और इस प्रकार जर्कोनियम और हेफ़नियम 8 की समन्वय संख्या का आसानी से समर्थन करने के लिए बहुत अधिक बड़े हैं। तीनों धातुएं चूँकि कार्बन के लिए मन्द सिग्मा बांड बनाती हैं और क्योंकि उनके पास कुछ डी इलेक्ट्रॉन पाई बैकबॉन्डिंग भी बहुत प्रभावी नहीं है।

भौतिक
समूह 4 में जो रुझान हैं, वे दूसरे शुरुआती ब्लॉक समूहो के हैं और पांचवें से लेकर छठी अवधि तक जाते हैं और इस प्रकार भरे हुए एफ-शेल को क्रोड के रूप में सम्मिलित करते हैं और इस प्रकार समूह के सभी स्थिर सदस्य चांदी की दुर्दम्य धातु के रूप में होते है, चूँकि कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन की अशुद्धियाँ उन्हें भंगुर बनाती हैं। वे सभी कमरे के तापमान पर हेक्सागोनल क्लोज-पैक संरचना में क्रिस्टलीकृत रूप में होते हैं और रदरफोर्डियम से भी ऐसा ही करने की उम्मीद है। उच्च तापमान पर टाइटेनियम जर्कोनियम और हेफ़नियम अंतः केंद्रीय घन संरचना में परिवर्तित हो जाते हैं। जबकि वे अपने समूह 3 पूर्ववर्तियों की तुलना में गर्मी और बिजली के श्रेष्ठतर संवाहक के रूप में हैं, फिर भी वे अधिकांश धातुओं की तुलना में खराब हैं। यह उच्च गलनांक और क्वथनांक के साथ और संलयन वाष्पीकरण और परमाणुकरण की एन्थैल्पी धात्विक बंधन के लिए उपलब्ध अतिरिक्त d इलेक्ट्रॉन को दर्शाता है।

नीचे दी गई तालिका समूह 4 तत्वों के प्रमुख भौतिक गुणों का सारांश है। चार प्रश्नचिन्हित मानों का बहिर्वेशन किया गया है।

टाइटेनियम
धातु के रूप में, टाइटेनियम को इसकी उच्च शक्ति-से-भार अनुपात के लिए पहचाना जाता है। यह कम घनत्व वाली एक मजबूत धातु के रूप में होती है जो काफी तन्य विशेष रूप से ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में,[36] चमकदार और धात्विक-सफेद रंग की होती है। अपेक्षाकृत उच्च गलनांक 1,668 डिग्री सेल्सियस या 3,034 डिग्री फारेनहाइट इसे दुर्दम्य धातु के रूप में उपयोगी बनाता है। यह अनुचुंबकीय रूप में होती है और इसमें अन्य धातुओं की तुलना में काफी कम विद्युत और तापीय चालकता होती है ।[36] और इसमें 0.49 K के महत्वपूर्ण तापमान से नीचे ठंडा होने पर टाइटेनियम सुपरकंडक्टिंग होता है।[38][39]

ज़िरकोनियम
जर्कोनियम एक चमकदार भूरा-सफेद मुलायम तन्य निंदनीय धातु के रूप में है, जो कमरे के तापमान पर ठोस होता है, चूंकि यह कम शुद्धता पर कठोर और भंगुर होता है।[2] पाउडर के रूप में, जर्कोनियम अत्यधिक ज्वलनशील होता है, लेकिन ठोस रूप में प्रज्वलन की संभावना इसमें बहुत कम होती है। ज़िरकोनियम क्षार अम्ल खारे पानी और अन्य मिश्रण द्वारा जंग के लिए अत्यधिक प्रतिरोधी रूप में होता है[1]। चूंकि, यह हाइड्रोक्लोरिक और सल्फ्यूरिक एसिड में घुल जाता है और विशेषकर जब फ्लोरीन के रूप में उपस्थित होता है जस्ता युक्त मिश्र धातु 35 K से कम पर चुंबकीय रूप में होती है।[1]

हाफ़नियम
हेफ़नियम एक चमकदार चांदी तन्य धातु है, जो संक्षारण प्रतिरोधी और रासायनिक रूप से जर्कोनियम [41] के समान है क्योंकि इसके समान संख्या में वैलेंस इलेक्ट्रॉन एक ही समूह में होते हैं, लेकिन सापेक्ष प्रभाव भी होते हैं; अवधि 5 से 6 तक परमाणु त्रिज्या का अपेक्षित विस्तार लैंथेनाइड संकुचन द्वारा लगभग बिल्कुल रद्द कर दिया गया है। हेफ़नियम 2388 K पर अपने अल्फा फॉर्म, एक हेक्सागोनल क्लोज-पैक जाली से अपने बीटा फॉर्म, बॉडी-सेंटर्ड क्यूबिक लैटिस में बदलता है। हेफ़नियम धातु के नमूनों के भौतिक गुण जर्कोनियम अशुद्धियों से स्पष्ट रूप से प्रभावित होते हैं, विशेष रूप से परमाणु गुण जैसा कि इन दो तत्वों को उनकी रासायनिक समानता के कारण अलग करना सबसे कठिन है।[42]

रदरफोर्डियम
रदरफोर्डियम के सामान्य परिस्थितियों में ठोस होने की उम्मीद है और इसमें हेक्सागोनल क्लोज-पैक्ड क्रिस्टल संरचना (c/a = 1.61) के रूप में होती है, जो इसके हल्के कोजेनर हैफनियम के समान है। यह ~17 ग्राम/सेमी3 घनत्व वाली धातु के रूप में होती है। [43][44] रदरफोर्डियम की परमाणु त्रिज्या ~150 pm होती है और इस प्रकार 7s कक्षीय के आपेक्षिकीय स्थिरीकरण और 6d कक्षीय की अस्थिरता के कारण, Rf+, और Rf2+ आयनों के 7s इलेक्ट्रॉनों के अतिरिक्त 6d इलेक्ट्रॉनों को छोड़ने की भविष्यवाणी की जाती है, जो कि इसके हल्के समरूपों के व्यवहार के विपरीत है।[34] जब उच्च दबाव 72 या ~ 50 जीपीए के रूप में अंतः केंद्रीय क्यूबिक क्रिस्टल संरचना में संक्रमण की गणना की जाती है के तहत, रदरफोर्डियम से अंतः केंद्रीय क्यूबिक क्रिस्टल संरचना में संक्रमण की उम्मीद की जाती है; हेफ़नियम इस संरचना में 71±1 GPa पर रूपांतरित होता है, लेकिन इसकी एक मध्यवर्ती ω संरचना होती है, जो इसे 38±8 GPa में परिवर्तित करती है, जो रदरफोर्डियम के लिए नहीं होनी चाहिए।[45]

उत्पादन
उनकी प्रतिक्रियाशीलता के कारण ही धातुओं का उत्पादन मुश्किल होता है। व्यावहारिक धातुओं के उत्पादन के लिए ऑक्साइड, नाइट्राइड और करबैड के निर्माण से बचना चाहिए; यह सामान्यता क्रोल प्रक्रिया द्वारा प्राप्त किया जाता है। ऑक्साइड (MO2) कोयला और क्लोरीन से अभिक्रिया करके क्लोराइड (MCl4) धातुओं के क्लोराइड तब मैग्नीशियम के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और इस प्रकार मैग्नीशियम क्लोराइड के रूप में धातु उत्पन्न करते हैं।

आगे की शुद्धि एंटोन एडुआर्ड वैन आर्केल और जन हेंड्रिक डी बोअर द्वारा विकसित एक रासायनिक परिवहन प्रतिक्रिया द्वारा की जाती है। एक बंद बर्तन में, धातु आयोडीन के साथ 500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर धातु (IV) आयोडाइड बनाने के लिए प्रतिक्रिया करता है और इस प्रकार लगभग 2000 डिग्री सेल्सियस के टंगस्टन फिलामेंट पर विपरीत प्रतिक्रिया होती है आयोडीन और धातु मुक्त हो जाते हैं। टंगस्टन फिलामेंट पर धातु एक ठोस कोटिंग बनाती है और आयोडीन अतिरिक्त धातु के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है जिसके परिणामस्वरूप एक स्थिर उपक्रम होता है। :


 * M + 2 I2 (low temp.) → MI4
 * MI4 (high temp.) → M + 2 I2

घटना
वर्ग 4 धातुओं की प्रचुरता परमाणु द्रव्यमान में वृद्धि के साथ घटती है। टाइटेनियम पृथ्वी की पपड़ी में सातवीं सबसे प्रचुर मात्रा में धातु है और इसमें 6320 पीपीएम की प्रचुरता है, जबकि जर्कोनियम में 162 पीपीएम की प्रचुरता है और हेफ़नियम में केवल 3 पीपीएम की प्रचुरता है। सभी तीन स्थिर तत्व भारी खनिज रेत अयस्क जमा में पाए जाते हैं, जो माफिक और अल्ट्रामैफिक रॉक से कटाव सामग्री के खनिज अनाज के विशिष्ट गुरुत्व के कारण एकाग्रता द्वारा, सामान्यता समुद्र तट के वातावरण में जमा होते हैं। टाइटेनियम खनिज ज्यादातर एनाटेज और रूटाइल होते हैं, और जर्कोनियम खनिज जिक्रोन में होता है। रासायनिक समानता के कारण, ज़िरकॉन में ज़िरकोनियम का 5% तक हेफ़नियम द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। समूह 4 तत्वों के सबसे बड़े उत्पादक ऑस्ट्रेलिया, दक्षिण अफ्रीका और कनाडा हैं।

अनुप्रयोग
टाइटेनियम धातु और इसके मिश्र धातुओं के अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है, जहां संक्षारण प्रतिरोध, गर्मी स्थिरता और कम घनत्व हल्के वजन का लाभ होता है। संक्षारण प्रतिरोधी हेफ़नियम और ज़िरकोनियम का सबसे अधिक उपयोग परमाणु रिएक्टरों में किया गया है। जर्कोनियम में बहुत कम और हेफ़नियम में उच्च तापीय न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन होता है। इसलिए जर्कोनियम ज्यादातर जर्केलॉय के रूप में उपयोग किया जाता है और इस प्रकार परमाणु रिएक्टरों में ईंधन की छड़ के क्लैडिंग (मेटल वर्किंग) के रूप में उपयोग किया जाता है, जबकि हेफ़नियम का उपयोग परमाणु रिएक्टरों के लिए नियंत्रण छड़ के रूप में उपयोग किया जाता है, क्योंकि प्रत्येक हेफ़नियम परमाणु कई न्यूट्रॉन को अवशोषित कर सकता है।

हेफ़नियम की कम मात्रा और ज़िरकोनियम का उपयोग उन मिश्र धातुओं के गुणों को सुधारने के लिए सुपर मिश्र धातुओं में उपयोग किया जाता है।

जैविक घटनाएं
समूह 4 के तत्वों को किसी भी जीवित प्रणाली के जैविक रसायन के रूप में सम्मिलित होने के लिए नहीं जाना जाता है। वे कम जलीय घुलनशीलता और जीवमंडल के लिए कम उपलब्धता वाली कठिन दुर्दम्य धातुओं के रूप में होते है। टाइटेनियम केवल दो पहली पंक्ति डी-ब्लॉक संक्रमण धातुओं में से एक है, जिसमें कोई ज्ञात या संदिग्ध जैविक भूमिका नहीं है और इस प्रकार दूसरा स्कैंडियम है। रदरफोर्डियम की कुछ ही घंटों की रेडियोधर्मिता इसे जीवित कोशिकाओं के लिए विषाक्त बना देती। चूंकि, यह एक सिंथेटिक तत्व है, इसलिए यह प्रकृति या मानव शरीर में नहीं होता है।

सावधानियां
टाइटेनियम बड़ी मात्रा में भी गैर विषैले होता है और मानव शरीर के अंदर कोई प्राकृतिक भूमिका नहीं निभाता है। और इस प्रकार यह अनुमानित मात्रा में 0.8 मिलीग्राम टाइटेनियम प्रत्येक दिन मनुष्यों द्वारा ग्रहण करता है, लेकिन अधिकांश ऊतकों में अवशोषित किए बिना निकल जाता है। चूंकि, यह कभी-कभी सिलिका वाले ऊतकों में जैव-संचय करता है। एक अध्ययन में टाइटेनियम और पीला नाखून सिंड्रोम के बीच संभावित संबंध का संकेत देता है। जर्कोनियम पाउडर जलन उत्पन्न कर सकता है, लेकिन केवल आंखों के संपर्क में आने पर चिकित्सकीय ध्यान देने की आवश्यकता होती है। ज़िरकोनियम के लिए ओशा अनुशंसाएँ 5 मिलीग्राम / एम 3 के रूप में होती है अनुमेय जोखिम सीमा सीमा और एक 10 मिलीग्राम / एम 3 अल्पकालिक जोखिम सीमा के रूप में होती है। हेफ़नियम के विष विज्ञान पर केवल सीमित डेटा उपलब्ध है। हेफ़नियम की मशीनिंग करते समय सावधानी बरतने की आवश्यकता होती है क्योंकि यह पायरोफोरिक के रूप में होता है और हवा के संपर्क में आने पर महीन कण अनायास दहन कर सकता हैं। जिन यौगिकों में यह धातु होती है वे शायद ही कभी अधिकांश लोगों द्वारा देखी जाती हैं और इस प्रकार शुद्ध धातु को विषाक्त नहीं माना जाता है, लेकिन हेफ़नियम यौगिकों को संभाला जाना चाहिए जैसे कि वे विषाक्त धातुओं के आयनिक रूपों में सामान्यता विषाक्तता का सबसे बड़ा जोखिम होता है औरहेफ़नियम यौगिकों के लिए सीमित पशु परीक्षण किया गया है।