THE hafnium, Hf, on siirtymämetalli, jonka atominumero on 72 ja joka sijaitsee ryhmässä 4 Jaksollinen järjestelmä. Sitä esiintyy luonnollisesti juuri sen yläpuolella olevan alkuaineen, zirkoniumin, kanssa, mutta niitä on vaikea erottaa toisistaan, koska niiden välillä on suuri kemiallinen samankaltaisuus. Lantaaninen supistuminen aiheuttaa hafniumin a atomisäde on lähes sama kuin zirkoniumin, mikä helpottaa vaihtoa näiden kahden välillä mineraalien koostumuksessa.
Hafnium on tuskin läsnä maankuoressa, mutta sillä on tärkeitä sovelluksia. Yksi niistä on neutronien säätösauvojen valmistus ydinreaktoreissa, jotka ohjaavat fissioreaktioita. Sitä voidaan käyttää myös metallisten superseosten ja korkean lämpötilan keramiikan valmistuksessa.
Lue myös: Ittrium – elektroniikassa laajalti käytetty metalli
hafnium yhteenveto
Sitä esiintyy luonnossa zirkoniumin kanssa.
Se ei ole kovin läsnä maankuoressa.
Lantaaninen kutistuminen tekee hafniumin ja zirkoniumin erottamisen vaikeaksi.
Sitä löytyy pohjimmiltaan zirkoniitista.
Sitä käytetään neutronisäätösauvojen valmistukseen ydinreaktorit.
Sen löysivät Georg von Hevesey ja Dirk Coster.
Hafniumin ominaisuudet
Symboli: Hf
atominumero: 72
atomimassa: 178,49 c.u.s.
elektroninen konfigurointi: [Xe] 6s2 4f14 5d2
Fuusiopiste: 2233 °C
Kiehumispiste: 4600 °C
Tiheys: 13,3 g.cm-3
kemiallinen sarja: siirtymämetalli, ryhmä 4
hafniumin ominaisuudet
Hafnium on a harmahtava metalli Maankuoressa luonnossa esiintyvä, noin 5,3 mg jokaista kuorikiloa kohden. Hienojakoisesti se on pyroforista materiaalia, eli se on altis palaminen spontaani joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa, mutta raakamuodossaan se ei ole.
Hafnium on yksi ensimmäisistä jaksollisen järjestelmän elementeistä, jolla on niin sanotun lantanidikutistumisen vaikutus, jossa atomisäde lantanidisarjan aikana. Tämän seurauksena hafnium ray on samanlainen yllä olevaan elementtiin hänet jaksollisessa taulukossa, zirkoniumia, jonka ero on vain 13.00 (pikometri, 10-12 m). Tämän seurauksena jotkin ominaisuudet ovat hyvin samankaltaisia toistensa kanssa, jolloin ne esiintyvät yhdessä luonnossa ja niitä on vaikea erottaa toisistaan.
Se on a metalli- joka voi altistua happohyökkäykselle korkeissa lämpötiloissa, mutta ei kärsi emäksisten liuosten vaikutuksesta edes korkeammissa lämpötiloissa. Hafniumin kemiaa ymmärretään huonosti zirkoniumiin verrattuna. Kuitenkin suuri osa Hafniumin kemiallinen käyttäytyminen muistuttaa zirkoniumia, kuten hapetustilan +4 vallitsevuus liuoksessa ja reaktio suurimman osan kanssa epämetallit korkeassa lämpötilassa.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
Katso se podcastistamme: Kova kuin timantti - mitä se tarkoittaa?
Hafniumin esiintyminen
hafnium on vähän läsnä maankuoressa, jota esiintyy ensisijaisesti zirkoniumin yhteydessä mineraaleissa, kuten zirkoniitissa, zirkoniumin ja hafniumin sekoitettuna silikaattina, joka voi sisältää myös muita alkuaineita. Kemiallinen kaava voidaan esittää (Zr, Hf) SiO4 ja hafniumpitoisuus vaihtelee tavallisesti 1 - 4 massaprosenttia. Zirkoniumin ja hafniumin suhde on zirkoniitissa 50:1, ja kuten sanottu, niitä on melko vaikea erottaa.
THE zirkonium-hafnium-seoksen uuttaminen zirkonista voi tapahtua näiden metallien oksidin muuttuessa niiden tetrakloridiksi korkeassa lämpötilassa. Toisessa vaiheessa metallien tetrakloridi pelkistyy magnesium ilmapiirissä argon, erittäin korkeassa lämpötilassa. Seuraavat reaktiot osoittavat prosessin, jossa M voi olla joko Hf tai Zr.
MO2 → MCl4 (käyttäen CCl4 770 K lämpötilassa)
MCl4 → M (käyttäen Mg: ta ilmakehässä 1420 K lämpötilassa)
THE erottelu näiden kahden välillä voi sisältää joitain tekniikoitakuten K-suolojen jakokiteytys2ZrF6 ja K2HfF6, joilla on erilainen vesiliukoisuus. On myös mahdollista tehdä liuotinuutto, jossa Zr- ja Hf-yhdisteet liuotetaan veteen ja uutetaan sitten valikoivasti orgaanisilla liuottimilla. On syytä huomata, että nämä eivät ole ainoita tekniikoita hafniumin ja zirkoniumin erottamiseen. Teollisuus on jo kehittänyt hydrometallurgisia (eli vesiliuoksessa esiintyviä) ja pyrometallurgisia (ilman vettä) reittejä.
hafniumsovelluksia
Zirkoniumiin sekoitettuna hafnium voi olla a tärkeä teräksen fysikaalisten ominaisuuksien parantaja. Kun se on puhdasta, metallista hafniumia voidaan sisällyttää seoksiin rauta-, titaani ja niobium. Yhtäläisyydet zirkoniumin kanssa mahdollistavat hafniumin hyvän korvikkeen tälle metallille, vaikka se onkin hieman epätodennäköistä, kun otetaan huomioon korkeampi luonnollisesti esiintyvä zirkonium.
Hafniumin käyttötarkoitus on kuitenkin suuri tikkujen tuotanto(myös tunnettuThes kuten kepit tai sauvat) ohjauksen sisään ydinvoimaloita. Koska se on metalli, jolla on hyvä imukyky neutroneja, hafniumia voidaan käyttää estämään ketjureaktioita laitoksessa, mikä mahdollistaa syntyvän energian hallinnan ja minimoi onnettomuuksien todennäköisyyden. Kannattaa muistaa, että esimerkiksi uraanin fissio synnyttää aina neutroneja, jotka voivat törmätä uusiin uraaniytimiin vaikutuksessa, joka synnyttäisi energiaa geometrisesti.
Lopuksi hafnium voi myös olla käytetään korkean lämpötilan keramiikassa, koska se pystyy tuottamaan erittäin tulenkestäviä materiaaleja, kuten borideja ja karbideja, joiden sulamispiste ylittää 3000 °C.
hafniumin historiaa
Hafnium seurasi 1900-luvun ajan löydettyjen alkuaineiden suuntausta. Olivat löydetty pieninä määrinä ja hän myös huomautti löydöstään virheellisesti. Tämä tapahtui Georges Urbainin kanssa, joka uskoi, että alkuaine 72 oli harvinainen maametalli eikä siirtymämetalli. Siksi, Urbain alkoi etsiä sitä ytterbiumin mineraalisekoituksista, jossa hän yhdessä löysi elementin lutetium, atominumero 71. Niinpä hän julkaisi vuonna 1911 artikkelin, jossa hän esitteli spektroskooppisia tietoja uudesta alkuaineesta, jota hän kutsui celtiumiksi.
Määrittääkseen sen atomiluvun ja vahvistaakseen löytönsä Urbain meni Englantiin vuonna 1914 suorittamaan Henry Moseleyn kehittämiä röntgensäteilykokeita. Kokeet eivät kuitenkaan pystyneet todistamaan, että oletettu alkuaine Celtium olisi itse asiassa alkuaine 72. Niin vakuuttunut ponnisteluistaan, Georges Urbain meni niin pitkälle, että sanoi Rutherfordmyöhemmin, että epäonnistuminen hänen löytönsä vahvistamisessa johtui Moseleyn menetelmien puutteista.
Päinvastaiseen suuntaan ja uusien atomien rakenteeseen liittyvien ideoiden edessä, Georg von Hevesy oletti, että alkuaineen 72 on oltava siirtymämetalli ja aloitti siten jatko-opinnot kollegansa Dirk Costerin kanssa. Pienten zirkoniumsilikaattinäytteiden röntgenanalyysi paljasti aineen olemassaolon tuntematon, ja sen spektroskooppiset ominaisuudet ovat samanlaiset kuin Moseleyn tällaiselle elementille ennustamat.
Näin ollen näytteen puhdistuksen jälkeenVHevesy ja Coster julkaisivat havaintonsa, joka ehdottaa uuden alkuaineen nimeä hafnium, viittaa Kööpenhaminan kaupungin latinalaiseen nimeen Hafnia, löytöpaikka. Siitä huolimatta Urbain jatkoi keltumin löytämisen puolustamista monien vuosien ajan, kunnes kokeelliset tekniikat osoittivat, että hafnium ja celtium tuottivat erilaisia reaktioita. Vastauksena tähän vahvistettiin se, mitä Moseley jo epäili: Celtium oli itse asiassa erittäin puhdasta lutetiumia.
Lue myös: Hapen löytäminen – saavutus, joka muutti palamistutkimusten kulkua
Hafniumilla ratkaistuja harjoituksia
Kysymys 1
Hafnium on alkuaine, joka on hyvin samanlainen kuin zirkonium, joka on juuri sen yläpuolella jaksollisessa taulukossa. Voimme selittää tämän suuren samankaltaisuuden, koska:
(A) Hafniumilla ja zirkoniumilla on sama massa.
(B) Hafniumilla ja zirkoniumilla on sama määrä protoneja.
(C) Hafnium ja zirkonium ovat samassa ryhmässä jaksollisessa taulukossa.
(D) Hafniumilla ja zirkoniumilla on sama määrä elektroneja.
(E) Hafnium ja zirkonium ovat molemmat metallisia alkuaineita.
Vastaa: kirjain C
Hf: n ja Zr: n samankaltaisuus johtuu niiden kuulumisesta samaan jaksollisen järjestelmän ryhmään. Taulukko sijoittaa ryhmiin elementtejä joilla on samanlaiset kemialliset ominaisuudet. Näin ollen malli on C-kirjain.
kysymys 2
Kuten zirkonium, hafnium esiintyy vakaimmassa muodossaan hapetusluvulla +4. Yleensä hafnium voi sitoa halogeeneja.
Sopivin kaava hafniumfluoridi IV: lle olisi:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2F3
Vastaa: kirjain D
THE fluori Sillä on kiinteä hapetusluku, joka on aina -1. Koska Hf on alkuaine, jonka NOx on yhtä suuri kuin +4, tarvitaan neljä fluoriatomia Hf: n varauksen neutraloimiseen. Siten yhdiste hafniumfluoridi IV on HfF4, kuvattu kirjaimessa D.
Kirjailija: Stefano Araújo Novais
Kemian opettaja
