हेफ़नियम (Hf): विशेषताएँ, प्राप्ति, अनुप्रयोग

हेफ़नियम, Hf, परमाणु क्रमांक 72 की एक संक्रमण धातु है, जो के समूह 4 में स्थित है आवर्त सारणी. यह स्वाभाविक रूप से उस तत्व के साथ होता है जो इसके ठीक ऊपर है, जिरकोनियम, लेकिन उनके बीच महान रासायनिक समानता को देखते हुए उन्हें अलग करना मुश्किल है। लैंथेनिक संकुचन के कारण हेफ़नियम में a. होता है परमाणु त्रिज्या लगभग ज़िरकोनियम के बराबर है, खनिजों की संरचना में दोनों के बीच आदान-प्रदान की सुविधा।

हेफ़नियम शायद ही पृथ्वी की पपड़ी में मौजूद है, लेकिन इसके महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं। उनमें से एक परमाणु रिएक्टरों में न्यूट्रॉन नियंत्रण छड़ के निर्माण में है, जो विखंडन प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करता है। इसका उपयोग धात्विक सुपरलॉयज और उच्च तापमान सिरेमिक के उत्पादन में भी किया जा सकता है।

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हेफ़नियम सारांश

• यह प्राकृतिक रूप से जिरकोनियम के साथ होता है।

• यह पृथ्वी की पपड़ी में बहुत मौजूद नहीं है।

• लैंथेनिक संकुचन हेफ़नियम और ज़िरकोनियम को अलग करना मुश्किल बनाता है।

• यह मूल रूप से जिरकोनाइट में पाया जाता है।

• इसका उपयोग न्यूट्रॉन नियंत्रण छड़ के निर्माण में किया जाता है परमाणु रिएक्टर.

• इसकी खोज जॉर्ज वॉन हेवेसी और डिर्क कोस्टर ने की थी।

हेफ़नियम गुण

• प्रतीक: एचएफ

• परमाणु संख्या: 72

• परमाणु भार: 178.49 घन मीटर

• इलेक्ट्रोनिक विन्यास: [Xe] 6s² 4f¹⁴ 5डी²

• संलयन बिंदु: 2233 डिग्री सेल्सियस

• क्वथनांक: 4600 डिग्री सेल्सियस

• घनत्व: 13.3 ग्राम सेमी^-3

• रासायनिक श्रृंखला: संक्रमण धातु, समूह 4

हेफ़नियम विशेषताएं

हेफ़नियम एक है धूसर धातु प्राकृतिक रूप से पृथ्वी की पपड़ी में होता है, प्रत्येक किलोग्राम क्रस्ट के लिए लगभग 5.3 मिलीग्राम। जब बारीक विभाजित किया जाता है, तो यह एक पायरोफोरिक सामग्री होती है, यानी यह प्रवण होती है दहन हवा के संपर्क में सहज, हालांकि, अपने कच्चे रूप में, यह नहीं है।

99.9% की अनुमानित शुद्धता के साथ हेफ़नियम धातु का नमूना।

तथाकथित लैंथेनाइड संकुचन का प्रभाव रखने के लिए आवर्त सारणी के पहले तत्वों में से एक हैफ़नियम, जिसमें संकुचन का एक संकुचन है परमाणु का आधा घेरा लैंथेनाइड श्रृंखला के दौरान। एक परिणाम के रूप में, हेफ़नियम किरण समान है ऊपर के तत्व के लिए उसे आवर्त सारणी में, ज़िरकोनियम, जिसका अंतर केवल 1 बजे (पिकोमीटर, 10 .) है^-12 एम)। परिणामस्वरूप, कुछ गुण एक-दूसरे से बहुत मिलते-जुलते हैं, जिससे वे प्रकृति में एक साथ होते हैं और अलग होना मुश्किल होता है।

यह है एक धातु जो उच्च तापमान पर एसिड अटैक से गुजर सकता है, लेकिन उच्च तापमान पर भी क्षारीय घोल से कोई क्रिया नहीं करता है। जिरकोनियम की तुलना में हेफ़नियम के रसायन को खराब समझा जाता है। हालाँकि, अधिकांश हेफ़नियम का रासायनिक व्यवहार ज़िरकोनियम जैसा दिखता है, जैसे समाधान में +4 ऑक्सीकरण अवस्था की प्रबलता और अधिकांश के साथ प्रतिक्रिया nonmetals उच्च तापमान पर।

एचएफ + ओ₂ → एचएफओ₂

एचएफ + 2 सीएल₂ → एचएफसीएल₄

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हेफ़नियम की घटना

हेफ़नियम is पृथ्वी की पपड़ी में थोड़ा मौजूदज़िरकोनियम, ज़िरकोनियम और हेफ़नियम के मिश्रित सिलिकेट जैसे खनिजों में ज़िरकोनियम के साथ मुख्य रूप से जुड़ा होता है, जिसमें अन्य तत्व भी हो सकते हैं। रासायनिक सूत्र का प्रतिनिधित्व (Zr, Hf) SiO. द्वारा किया जा सकता है₄ और हेफ़नियम सामग्री आम तौर पर द्रव्यमान से 1% से 4% तक भिन्न होती है। ज़िरकोनियम से हेफ़नियम का अनुपात ज़िकोनाइट में 50:1 है, और जैसा कि कहा गया है, उन्हें अलग करना काफी मुश्किल है।

जिरकोनाइट, या जिरकोन, हेफ़नियम का एक प्राकृतिक स्रोत है।

जिरकोनियम से जिरकोनियम-हैफनियम मिश्रण का निष्कर्षण उच्च तापमान पर इन धातुओं के ऑक्साइड के टेट्राक्लोराइड में रूपांतरण के साथ हो सकता है। दूसरे चरण में, धातुओं के टेट्राक्लोराइड को कम कर दिया जाएगा मैग्नीशियम के वातावरण में आर्गन, बहुत उच्च तापमान पर। निम्नलिखित प्रतिक्रियाएँ प्रक्रिया को प्रदर्शित करती हैं, जहाँ M या तो Hf या Zr हो सकता है।

एमओ₂ → एमसीएल₄ (सीसीएल. का प्रयोग करके)₄ 770 K तापमान पर)

एमसीएल₄ → एम (1420 के तापमान पर हवा के वातावरण में एमजी का उपयोग करके)

दोनों के बीच अलगाव में कुछ तकनीकें शामिल हो सकती हैं, जैसे K लवण का भिन्नात्मक क्रिस्टलीकरण₂ZrF₆ और के₂एचएफएफ₆, जिनकी पानी में अलग-अलग घुलनशीलता होती है। एक विलायक निष्कर्षण करना भी संभव है, जिसमें Zr और Hf यौगिकों को पानी में घोला जाता है और फिर कार्बनिक सॉल्वैंट्स के साथ चुनिंदा रूप से निकाला जाता है। यह ध्यान देने योग्य है कि हेफ़नियम और ज़िरकोनियम को अलग करने की ये एकमात्र तकनीक नहीं हैं। उद्योग ने पहले से ही हाइड्रोमेटेलर्जिकल (यानी, जो जलीय घोल में होता है) और पायरोमेटेलर्जिकल (पानी की उपस्थिति के बिना) मार्ग विकसित कर लिए हैं।

हेफ़नियम अनुप्रयोग

जब ज़िरकोनियम के साथ मिलाया जाता है, तो हेफ़नियम हो सकता है a स्टील के भौतिक गुणों का महत्वपूर्ण सुधारक. शुद्ध होने पर, धातु के हेफ़नियम को मिश्र धातुओं में शामिल किया जा सकता है लोहा, टाइटेनियम तथा नाइओबियम. ज़िरकोनियम के साथ समानताएं इस धातु के लिए हेफ़नियम के लिए एक अच्छा विकल्प बनना संभव बनाती हैं, हालांकि उच्च स्वाभाविक रूप से होने वाले ज़िरकोनियम को देखते हुए इसकी संभावना कम है।

हालांकि, हेफ़नियम का एक प्रमुख उपयोग में है लाठी का उत्पादन(यह भी जाना जाता हैs लाठी या छड़ की तरह) नियंत्रण में परमाणु ऊर्जा संयंत्र. चूंकि यह अच्छी अवशोषण क्षमता वाली धातु है न्यूट्रॉनहेफ़नियम का उपयोग संयंत्र में होने वाली श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को रोकने के लिए किया जा सकता है, जिससे उत्पन्न ऊर्जा को नियंत्रित किया जा सकता है और दुर्घटनाओं की संभावना को कम किया जा सकता है। यह याद रखने योग्य है कि यूरेनियम विखंडन, उदाहरण के लिए, हमेशा न्यूट्रॉन उत्पन्न करता है, जो नए यूरेनियम नाभिक से टकरा सकता है, एक प्रभाव में जो एक ज्यामितीय प्रगति में ऊर्जा उत्पन्न करेगा।

न्यूट्रॉन प्रसार नियंत्रण छड़ें हेफ़नियम से बनाई जाती हैं।

अंत में, हेफ़नियम भी हो सकता है उच्च तापमान सिरेमिक में उपयोग किया जाता है, क्योंकि यह अत्यधिक अपवर्तक सामग्री जैसे बोराइड और कार्बाइड का उत्पादन करने में सक्षम है जो 3000 डिग्री सेल्सियस पिघलने बिंदु से अधिक है।

हेफ़नियम इतिहास

हेफ़नियम ने 20वीं शताब्दी में खोजे गए तत्वों की प्रवृत्ति का अनुसरण किया। थे कम मात्रा में खोजा गया और उन्होंने अपनी खोज को भी गलत तरीके से इंगित किया था। यह जॉर्जेस अर्बेन के साथ हुआ, जो मानते थे कि तत्व 72 एक दुर्लभ पृथ्वी है और एक संक्रमण धातु नहीं है। इसीलिए, अर्बेन ने येटरबियम खनिज के मिश्रण में इसकी तलाश शुरू की, जिसमें उन्होंने ल्यूटेटियम तत्व, परमाणु संख्या 71 की सह-खोज की। इस प्रकार, 1911 में, उन्होंने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें उन्होंने प्रस्तुत किया कि एक नए तत्व का स्पेक्ट्रोस्कोपिक डेटा क्या होगा, जिसे उन्होंने सेल्टियम कहा।

इसकी परमाणु संख्या निर्धारित करने और अपनी खोज की पुष्टि करने के लिए, अर्बेन 1914 में हेनरी मोसले द्वारा विकसित एक्स-रे उत्सर्जन प्रयोगों को करने के लिए इंग्लैंड गए। हालांकि, प्रयोग यह साबित करने में विफल रहे कि माना गया तत्व सेल्टियम वास्तव में तत्व 72 था। अपने प्रयासों से इतना आश्वस्त होकर, जॉर्जेस अर्बेन ने यहां तक ​​कहा कि रदरफोर्ड, बाद में, कि उसकी खोज को सत्यापित करने में विफलता मोसले के तरीकों में खामियों के कारण थी।

विपरीत दिशा में और परमाणु संरचना के बारे में नए विचारों के सामने, जॉर्ज वॉन हेवेसी ने माना कि तत्व 72 एक संक्रमण धातु होना चाहिए और इस तरह अपने सहयोगी डिर्क कोस्टर के साथ आगे की पढ़ाई शुरू की। जिरकोनियम सिलिकेट के छोटे नमूनों के एक्स-रे विश्लेषण से एक पदार्थ के अस्तित्व का पता चला अज्ञात, ऐसे तत्व के लिए मोसले द्वारा भविष्यवाणी की गई स्पेक्ट्रोस्कोपिक विशेषताओं के समान।

इस प्रकार, नमूना शुद्धिकरण के बाद,वीहेवेसी और कोस्टर पर अपने निष्कर्ष प्रकाशित किए, नए तत्व के लिए हेफ़नियम नाम का सुझाव देते हुए, खोज की साइट, कोपेनहेगन, हाफ़निया शहर के लैटिन नाम की ओर इशारा करते हुए। फिर भी, अर्बेन ने कई वर्षों तक सेल्टियम की खोज को जारी रखा, जब तक कि प्रायोगिक तकनीकों ने यह साबित नहीं कर दिया कि हेफ़नियम और सेल्टियम ने अलग-अलग प्रतिक्रियाएँ उत्पन्न कीं। इसके जवाब में, मोसले को पहले से ही संदेह की पुष्टि हुई थी: सेल्टियम, वास्तव में, अत्यधिक शुद्ध लुटेटियम था।

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हेफ़नियम पर हल किए गए व्यायाम

प्रश्न 1

हैफनियम जिरकोनियम के समान एक तत्व है, जो आवर्त सारणी में इसके ठीक ऊपर है। हम इस महान समानता की व्याख्या कर सकते हैं क्योंकि:

(ए) हेफ़नियम और ज़िरकोनियम का द्रव्यमान समान होता है।

(बी) हेफ़नियम और ज़िरकोनियम में समान संख्या में प्रोटॉन होते हैं।

(सी) आवर्त सारणी में हेफ़नियम और ज़िरकोनियम एक ही समूह में हैं।

(D) हैफनियम और जिरकोनियम में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है।

(ई) हेफ़नियम और ज़िरकोनियम दोनों धातु तत्व हैं।

जवाब: पत्र सी

Hf और Zr के बीच समानता आवर्त सारणी में एक ही समूह से संबंधित होने के कारण उपजी है। तालिका समूहों में रखती है तत्वों जिनमें समान रासायनिक गुण होते हैं। इस प्रकार, टेम्प्लेट अक्षर C है।

प्रश्न 2

ज़िरकोनियम की तरह, हेफ़नियम अपने सबसे स्थिर रूप में +4 की ऑक्सीकरण संख्या के साथ प्रकट होता है। आमतौर पर, हेफ़नियम हलोजन को बांध सकता है।

हेफ़नियम फ्लोराइड IV के लिए सबसे उपयुक्त सूत्र होगा:

(ए) एचएफएफ

(बी) एचएफएफ₂

(सी) एचएफएफ₃

(डी) एचएफएफ₄

(ई) एचएफ₂एफ₃

जवाब: पत्र डी

एक अधातु तत्त्व इसकी एक निश्चित ऑक्सीकरण संख्या होती है, जो हमेशा -1 के बराबर होती है। चूंकि एचएफ +4 के बराबर एनओएक्स वाला एक तत्व है, इसलिए एचएफ के चार्ज को बेअसर करने के लिए चार फ्लोरीन परमाणुओं की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, यौगिक हेफ़नियम फ्लोराइड IV HfF. है₄, पत्र डी में वर्णित है।

स्टेफ़ानो अराउजो नोवाइस द्वारा
रसायन विज्ञान शिक्षक