THE hafnium, Hf, on siirdemetall aatomnumbriga 72, mis asub rühmas 4 Perioodilisustabel. See esineb looduslikult selle kohal oleva elemendi, tsirkooniumiga, kuid neid on raske eraldada, arvestades nende suurt keemilist sarnasust. Lantaani kokkutõmbumine põhjustab hafniumil a aatomiraadius on peaaegu võrdne tsirkooniumi omaga, hõlbustades nende kahe vahelist vahetust mineraalide koostises.
Hafniumi leidub maakoores vähe, kuid sellel on olulised rakendused. Üks neist on tuumareaktorites neutronjuhtvarraste tootmine, mis juhivad lõhustumisreaktsioone. Seda saab kasutada ka metalliliste supersulamite ja kõrge temperatuuriga keraamika tootmisel.
Loe ka: Ütrium – elektroonikas laialdaselt kasutatav metall
hafnium kokkuvõte
See esineb looduslikult koos tsirkooniumiga.
Maakoores seda eriti ei leidu.
Lantaani kokkutõmbumine muudab hafniumi ja tsirkooniumi eraldamise keeruliseks.
Põhimõtteliselt leidub seda tsirkoniidis.
Seda kasutatakse neutronite juhtvarraste valmistamisel tuumareaktorid.
Selle avastasid Georg von Hevesey ja Dirk Coster.
Hafniumi omadused
Sümbol: Hf
aatomnumber: 72
aatommass: 178,49 c.u.s.
elektrooniline konfiguratsioon: [Xe] 6s2 4f14 5d2
Liitmispunkt: 2233 °C
Keemispunkt: 4600 °C
TihedusKaal: 13,3 g.cm-3
keemiline seeria: siirdemetall, rühm 4
hafniumi omadused
Hafnium on a hallikas metall maakoores looduslikult esinev, umbes 5,3 mg iga kilogrammi maakoore kohta. Peeneks jagatuna on see pürofooriline materjal, see tähendab, et see on kalduvus põlemine spontaanne kokkupuutel õhuga, kuid toores vormis seda ei ole.
Hafnium on üks esimesi perioodilise tabeli elemente, millel on niinimetatud lantaniidi kokkutõmbumine, mille korral aatomi raadius lantaniidisarja ajal. Selle tulemusena hafnium ray on sarnane ülalolevale elemendile ta perioodilisustabelisse, tsirkoonium, mille vahe on vaid 13.00 (pikomeeter, 10-12 m). Selle tulemusena on mõned omadused üksteisega väga sarnased, mistõttu esinevad need looduses koos ja neid on raske eraldada.
See on metallist mis võib kõrgel temperatuuril läbida happerünnaku, kuid ei kannata leeliseliste lahuste mõju isegi kõrgematel temperatuuridel. Hafniumi keemia on tsirkooniumiga võrreldes halvasti mõistetav. Siiski suur osa hafniumi keemiline käitumine sarnaneb tsirkooniumi omaga, näiteks oksüdatsiooniastme +4 ülekaal lahuses ja reaktsioon enamikuga mittemetallid kõrgel temperatuuril.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
Vaadake seda meie podcastist: Kõva nagu teemant – mida see tähendab?
Hafniumi esinemine
hafnium on maapõues vähe, mis on peamiselt seotud tsirkooniumiga mineraalides, nagu tsirkoniit, tsirkooniumi ja hafniumi segasilikaat, mis võib sisaldada ka muid elemente. Keemilist valemit saab esitada (Zr, Hf) SiO4 ja hafniumi sisaldus varieerub tavaliselt 1 kuni 4 massiprotsenti. Tsirkooniumi ja hafniumi suhe on tsirkoniidis 50:1 ja nagu öeldud, on neid üsna raske eraldada.
THE tsirkooniumi-hafniumi segu ekstraheerimine tsirkoonist võib tekkida nende metallide oksiidide muundamisel nende tetrakloriidiks kõrgel temperatuuril. Teises etapis redutseeritakse metallide tetrakloriid magneesium atmosfääris argoon, väga kõrgel temperatuuril. Järgmised reaktsioonid demonstreerivad protsessi, kus M võib olla kas Hf või Zr.
MO2 → MCl4 (kasutades CCl4 temperatuuril 770 K)
MCl4 → M (kasutades Mg õhu atmosfääris temperatuuril 1420 K)
THE nende kahe eraldamine võib hõlmata mõningaid tehnikaid, nagu K-soolade fraktsionaalne kristallimine2ZrF6 ja K2HfF6, millel on vees erinev lahustuvus. Samuti on võimalik teha lahustiga ekstraheerimist, mille käigus Zr- ja Hf-ühendid lahustatakse vees ning seejärel ekstraheeritakse valikuliselt orgaaniliste lahustitega. Väärib märkimist, et need pole ainsad hafniumi ja tsirkooniumi eraldamise tehnikad. Tööstus on juba välja töötanud hüdrometallurgilised (st vesilahuses esinevad) ja pürometallurgilised (ilma veeta) meetodid.
hafniumi rakendused
Tsirkooniumiga segatuna võib hafnium olla a terase füüsikaliste omaduste oluline parandaja. Kui see on puhas, võib metallilist hafniumi lisada sulamitesse raud, titaan ja nioobium. Sarnasused tsirkooniumiga võimaldavad hafniumil olla selle metalli hea asendaja, kuigi looduslikult esineva suurema tsirkooniumisisalduse tõttu on see pisut ebatõenäoline.
Siiski kasutatakse hafniumi laialdaselt pulkade tootmine(tuntud kaThes nagu pulgad või vardad) kontrolli sisse tuumaelektrijaamad. Kuna see on hea neeldumisvõimega metall neutronid, hafniumi saab kasutada ahelreaktsioonide vältimiseks tehases, võimaldades kontrollida tekkivat energiat ja minimeerida õnnetuste tõenäosust. Tasub meeles pidada, et näiteks uraani lõhustumine tekitab alati neutroneid, mis võivad uute uraanituumadega kokku põrgata nii, et see tekitaks energiat geomeetrilises progressioonis.
Lõpuks võib ka hafnium olla kasutatakse kõrge temperatuuriga keraamikas, kuna see on võimeline tootma väga tulekindlaid materjale, nagu boriide ja karbiide, mille sulamistemperatuur ületab 3000 °C.
hafniumi ajalugu
Hafnium järgis 20. sajandi jooksul avastatud elementide trendi. Olid avastati väikestes kogustes ja ta lasi ka oma avastusele ekslikult tähelepanu juhtida. See juhtus Georges Urbainiga, kes uskus, et element 72 on haruldane muldmetalli, mitte siirdemetall. Sellepärast, Urbain hakkas seda otsima mineraali ütterbiumi segudest, milles ta avastas elemendi luteetsium, aatomnumber 71. Nii avaldas ta 1911. aastal artikli, milles esitas uue elemendi, mida ta nimetas keldiks, spektroskoopilised andmed.
Selle aatomnumbri määramiseks ja oma avastuse kinnitamiseks läks Urbain 1914. aastal Inglismaale Henry Moseley välja töötatud röntgenkiirguse emissioonikatseid läbi viima. Kuid katsed ei suutnud tõestada, et oletatav element Celtium oli tegelikult element 72. Olles oma jõupingutustes nii veendunud, läks Georges Urbain nii kaugele, et ütles Rutherfordhiljem, et tema avastuse kontrollimatus oli tingitud Moseley meetodite vigadest.
Vastupidises suunas ja uute ideede ees aatomi struktuuri kohta, Georg von Hevesy oletas, et element 72 peab olema siirdemetall ja alustas seega edasisi õpinguid oma kolleegi Dirk Costeri juures. Väikeste tsirkooniumsilikaadi proovide röntgenanalüüs näitas aine olemasolu teadmata, spektroskoopiliste omadustega, mis on sarnased Moseley poolt sellisele elemendile ennustatule.
Seega pärast proovi puhastamistVHevesy ja Coster avaldasid oma leiud, mis viitab uue elemendi nimele hafnium, mis viitab avastuspaiga Kopenhaageni linna ladinakeelsele nimele Hafnia. Sellegipoolest jätkas Urbain keldiumi avastamist aastaid, kuni eksperimentaalsed meetodid tõestasid, et hafnium ja keltium annavad erinevaid vastuseid. Vastuseks sellele leidis kinnitust see, mida Moseley juba kahtlustas: Celtium oli tegelikult väga puhastatud luteetium.
Loe ka: Hapniku avastamine - saavutus, mis muutis põlemisuuringute kulgu
Hafniumil lahendatud harjutused
küsimus 1
Hafnium on tsirkooniumiga väga sarnane element, mis on perioodilises tabelis sellest veidi kõrgemal. Seda suurt sarnasust saame seletada, kuna:
(A) Hafniumil ja tsirkooniumil on sama mass.
(B) Hafniumil ja tsirkooniumil on sama arv prootoneid.
(C) Hafnium ja tsirkoonium on perioodilises tabelis samas rühmas.
(D) Hafniumil ja tsirkooniumil on sama arv elektrone.
(E) Hafnium ja tsirkoonium on mõlemad metallilised elemendid.
Vasta: täht C
Hf ja Zr sarnasus tuleneb nende kuulumisest perioodilise tabeli samasse rühma. Tabel paigutab rühmadesse elemendid millel on sarnased keemilised omadused. Seega on malliks täht C.
küsimus 2
Nagu tsirkoonium, ilmub hafnium kõige stabiilsemal kujul oksüdatsiooninumbriga +4. Tavaliselt võib hafnium siduda halogeene.
Sobivaim valem hafniumfluoriidi IV jaoks oleks:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2F3
Vasta: täht D
THE fluor Sellel on fikseeritud oksüdatsiooniarv, mis on alati võrdne -1-ga. Kuna Hf on element, mille NOx on +4, on Hf laengu neutraliseerimiseks vaja nelja fluori aatomit. Seega on ühend hafniumfluoriid IV HfF4, mida on kirjeldatud kirjas D.
Autor Stefano Araújo Novais
Keemia õpetaja
