THE хафний, Hf, е преходен метал с атомен номер 72, разположен в група 4 на Периодичната таблица. Среща се естествено с елемента, който е точно над него, цирконий, но те са трудни за разделяне предвид голямото химическо сходство между тях. Лантановото свиване кара хафний да има a атомен радиус, почти равен на този на циркония, улеснявайки обмена между двете в състава на минералите.
Хафний почти не присъства в земната кора, но има важни приложения. Един от тях е в производството на неутронни контролни пръти в ядрени реактори, които контролират реакциите на делене. Може да се използва и при производството на метални суперсплави и високотемпературна керамика.
Прочетете също: Итрий - метал, широко използван в електрониката
хафний резюме
Среща се естествено с цирконий.
Не присъства много в земната кора.
Лантановото свиване затруднява отделянето на хафний и цирконий.
Основно се намира в цирконит.
Използва се при производството на неутронни контролни пръти в ядрени реактори.
Открит е от Георг фон Хевеси и Дирк Костър.
Свойства на хафний
символ: Hf
атомно число: 72
атомна маса: 178,49 c.u.s.
електронна конфигурация: [Xe] 6s2 4f14 5 д2
Точка на сливане: 2233 °С
Точка на кипене: 4600 °C
Плътност: 13,3 g.cm-3
химическа серия: преходен метал, група 4
характеристики на хафний
Хафний е а сивкав метал естествено срещащи се в земната кора, с около 5,3 mg за всеки килограм кора. Когато е фино разделен, той е пирофорен материал, тоест е склонен към изгаряне спонтанен при контакт с въздуха, но в суров вид не е.
Хафнийът е един от първите елементи на Периодичната таблица, който има ефект на така нареченото лантанидно свиване, при което свиването на атомен радиус по време на поредицата от лантаноиди. Като следствие, на хафниевият лъч е подобен към елемента точно по-горе него в периодичната таблица, цирконий, чиято разлика е само 13 ч. (пикометър, 10-12 м). В резултат на това някои свойства са много сходни помежду си, което ги кара да се срещат заедно в природата и да са трудни за разделяне.
Това е метални който може да претърпи киселинна атака при високи температури, но не претърпява никакво действие от алкални разтвори, дори при по-високи температури. Химията на хафния е слабо разбрана в сравнение с циркония. Въпреки това, голяма част от химичното поведение на хафния наподобява това на циркония, като преобладаването на +4 степен на окисление в разтвора и реакцията с повечето от неметали при висока температура.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
Вижте го в нашия подкаст: Твърд като диамант - какво означава това?
Появата на хафний
хафний е малко присъства в земната кора, срещащи се предимно свързани с цирконий в минерали като цирконит, смесен силикат от цирконий и хафний, който може да съдържа и други елементи. Химическата формула може да бъде представена с (Zr, Hf) SiO4 и съдържанието на хафний обикновено варира от 1% до 4% по маса. Съотношението на цирконий към хафний е 50:1 в цирконит и както се казва, те са доста трудни за разделяне.
THE извличане на смес от цирконий-хафний от циркон може да се случи с превръщането на оксида на тези метали в техния тетрахлорид при висока температура. Във втора стъпка тетрахлоридът на металите ще бъде намален с магнезий в атмосферата на аргон, при много висока температура. Следните реакции демонстрират процеса, където M може да бъде Hf или Zr.
МО2 → MCl4 (с помощта на CCl4 при 770 К температура)
MCl4 → M (използване на Mg във въздушна атмосфера при температура 1420 K)
THE разделянето между двете може да включва някои техники, като фракционната кристализация на К соли2ZrF6 и К2HfF6, които имат различна разтворимост във вода. Възможно е също така да се направи екстракция с разтворител, при която Zr и Hf съединенията се разтварят във вода и след това селективно се екстрахират с органични разтворители. Струва си да се отбележи, че това не са единствените техники за разделяне на хафний и цирконий. Индустрията вече е разработила хидрометалургични (т.е. които се срещат във воден разтвор) и пирометалургични (без наличие на вода) пътища.
хафниеви приложения
Когато се смеси с цирконий, хафният може да бъде a важен подобрител на физическите свойства на стоманата. Когато е чист, металният хафний може да бъде включен в сплави на желязо, титан и ниобий. Приликите с циркония правят възможно хафния да бъде добър заместител на този метал, въпреки че е малко вероятно предвид по-високия естествен цирконий.
Основната употреба на хафний обаче е в производство на пръчки(известен същоВкато пръчки или пръчки) на контрол атомни електроцентрали. Тъй като е метал с добра абсорбционна способност на неутрони, хафний може да се използва за предотвратяване на верижни реакции в завода, позволявайки контрол на генерираната енергия и минимизиране на вероятността от аварии. Струва си да се помни, че деленето на уран, например, винаги генерира неутрони, които могат да се сблъскат с нови уранови ядра, в ефект, който би генерирал енергия в геометрична прогресия.
И накрая, хафний също може да бъде използван при високотемпературна керамика, тъй като е в състояние да произвежда силно огнеупорни материали като бориди и карбиди, които надвишават 3000 °C точка на топене.
история на хафний
Хафний следва тенденцията на елементите, открити през 20-ти век. Бяха открити в малки количества и той също така погрешно посочи своето откритие. Това се случи с Жорж Урбен, който вярваше, че елемент 72 е рядкоземен, а не преходен метал. Ето защо, Урбен започва да го търси в смеси от минерала итербий, в който той съвместно открива елемента лутеций, атомен номер 71. Така през 1911 г. той публикува статия, в която представя какви ще бъдат спектроскопските данни за нов елемент, който той нарече целций.
За да определи атомния му номер и да потвърди откритието си, Урбейн заминава за Англия през 1914 г., за да проведе експерименти с рентгеново излъчване, разработени от Хенри Мозли. Експериментите обаче не успяха да докажат, че предполагаемият елемент Целций всъщност е елемент 72. Толкова убеден в усилията си, Жорж Урбен стигна дотам, че каза на Ръдърфорд, по-късно, че неуспехът да се провери откритието му се дължи на недостатъци в методите на Мозли.
В обратната посока и в лицето на новите идеи за атомната структура, Георг фон Хевеси предположи, че елемент 72 трябва да е преходен метал и така започва по-нататъшни проучвания с колегата си Дърк Костър. Рентгеновият анализ на малки проби от циркониев силикат разкри съществуването на вещество неизвестен, със спектроскопични характеристики, подобни на тези, предвидени от Мозли за такъв елемент.
Така след пречистване на пробата,Vна Hevesy и Coster публикуваха своите констатации, което предполага името хафний за новия елемент, намеквайки за латинското име на град Копенхаген, Хафния, мястото на откритието. Въпреки това Урбейн продължи да се бори за откриването на целций в продължение на много години, докато експерименталните техники доказаха, че хафний и целт предизвикват различни реакции. В отговор на това се потвърди това, което Мозли вече подозираше: Келтият всъщност е силно пречистен лутеций.
Прочетете също: Откриването на кислород — подвигът, който промени хода на изследванията на горенето
Упражнения, решени на хафний
Въпрос 1
Хафнийът е елемент, много подобен на циркония, който е точно над него в периодичната таблица. Можем да обясним това голямо сходство, защото:
(A) Хафний и цирконий имат еднаква маса.
(B) Хафний и цирконий имат еднакъв брой протони.
(C) Хафний и цирконий са в една и съща група в периодичната таблица.
(D) Хафний и цирконий имат еднакъв брой електрони.
(E) Хафний и цирконий са метални елементи.
Отговор: буква C
Приликата между Hf и Zr произтича от принадлежността им към една и съща група в периодичната таблица. Таблицата поставя в групите елементи които имат сходни химични свойства. Така шаблонът е буквата C.
въпрос 2
Подобно на циркония, хафният се появява в най-стабилната си форма с степен на окисление +4. Обикновено хафният може да свързва халогени.
Най-подходящата формула за хафниев флуорид IV би била:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2Ф3
Отговор: буква D
THE флуор Той има фиксиран окислителен брой, винаги равен на -1. Тъй като Hf е елемент с NOx, равен на +4, са необходими четири флуорни атома за неутрализиране на заряда на Hf. По този начин, съединението хафниев флуорид IV е HfF4, описано в буква D.
От Стефано Араужо Новаис
Учител по химия
