THE hafnij, Hf, je prijelazni metal s atomskim brojem 72, koji se nalazi u skupini 4 Periodni sustav elemenata. Prirodno se javlja s elementom koji je neposredno iznad njega, cirkonijem, ali ih je teško razdvojiti s obzirom na veliku kemijsku sličnost među njima. Lantanska kontrakcija uzrokuje da hafnij ima a atomski radijus gotovo jednak polumjeru cirkonija, olakšavajući razmjenu između njih u sastavu minerala.
Hafnij je rijetko prisutan u zemljinoj kori, ali ima važnu primjenu. Jedan od njih je u proizvodnji neutronskih kontrolnih šipki u nuklearnim reaktorima, koji kontroliraju reakcije fisije. Također se može koristiti u proizvodnji metalnih superlegura i visokotemperaturne keramike.
Pročitaj i: Itrij — metal koji se široko koristi u elektronici
hafnij sažetak
Prirodno se javlja kod cirkonija.
Nije jako prisutan u Zemljinoj kori.
Lantanska kontrakcija otežava odvajanje hafnija i cirkonija.
U osnovi se nalazi u cirkonitu.
Koristi se u proizvodnji neutronskih kontrolnih šipki u nuklearnih reaktora.
Otkrili su ga Georg von Hevesey i Dirk Coster.
Svojstva hafnija
Simbol: Hf
atomski broj: 72
atomska masa: 178,49 c.u.s.
elektronička konfiguracija: [Xe] 6s2 4f14 5d2
Točka spajanja: 2233 °C
Vrelište: 4600 °C
Gustoća: 13,3 g.cm-3
kemijske serije: prijelazni metal, grupa 4
karakteristike hafnija
Hafnij je a sivkasti metal koji se prirodno pojavljuju u zemljinoj kori, s oko 5,3 mg na svaki kilogram kore. Kad je fino podijeljen, to je piroforan materijal, odnosno sklon je izgaranje spontano u dodiru sa zrakom, međutim, u svom sirovom obliku, nije.
Hafnij je jedan od prvih elemenata periodnog sustava koji ima učinak takozvane kontrakcije lantanida, u kojoj se kontrakcija atomski radijus tijekom serije lantanida. Kao posljedica toga, hafnijeva zraka je slična na element neposredno iznad njega u periodnom sustavu, cirkonij, čija je razlika samo 13 sati (pikometar, 10-12 m). Kao posljedica toga, neka svojstva su međusobno vrlo slična, zbog čega se pojavljuju zajedno u prirodi i teško ih je razdvojiti.
To je metal koji može podvrgnuti kiselinskom napadu na visokim temperaturama, ali ne trpi nikakvo djelovanje od lužnatih otopina, čak ni pri višim temperaturama. Kemija hafnija je slabo shvaćena u usporedbi s cirkonijem. Međutim, veliki dio kemijsko ponašanje hafnija nalikuje onom cirkonija, kao što je prevlast +4 oksidacijskog stanja u otopini i reakcija s većinom nemetali na visokoj temperaturi.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
Provjerite na našem podcastu: Tvrd kao dijamant - što to znači?
Pojava hafnija
hafnij je malo prisutno u zemljinoj kori, koji se prvenstveno povezuje s cirkonijem u mineralima kao što je cirkonit, miješani silikat cirkonija i hafnija, koji također može sadržavati druge elemente. Kemijska formula može biti predstavljena (Zr, Hf) SiO4 a sadržaj hafnija obično varira od 1% do 4% po masi. Omjer cirkonija i hafnija je 50:1 u cirkonitu, a kao što je rečeno, prilično ih je teško odvojiti.
THE ekstrakcija smjese cirkon-hafnija iz cirkona može se dogoditi s pretvorbom oksida ovih metala u njihov tetraklorid, na visokoj temperaturi. U drugom koraku, tetraklorid metala će se smanjiti za magnezij u atmosferi od argon, na vrlo visokoj temperaturi. Sljedeće reakcije pokazuju proces, gdje M može biti ili Hf ili Zr.
MO2 → MCl4 (pomoću CCl4 na temperaturi od 770 K)
MCl4 → M (koristeći Mg u atmosferi zraka na temperaturi od 1420 K)
THE razdvajanje između to dvoje može uključivati neke tehnike, kao što je frakcijska kristalizacija K soli2ZrF6 i K2HfF6, koji imaju različitu topljivost u vodi. Također je moguće napraviti ekstrakciju otapalom, u kojoj se spojevi Zr i Hf otapaju u vodi i zatim selektivno ekstrahiraju organskim otapalima. Vrijedi napomenuti da ovo nisu jedine tehnike odvajanja hafnija i cirkonija. Industrija je već razvila hidrometalurške (tj. koje se javljaju u vodenoj otopini) i pirometalurške (bez prisutnosti vode) puteve.
primjene hafnija
Kada se pomiješa s cirkonijem, hafnij može biti a važan poboljšivač fizikalnih svojstava čelika. Kada je čist, metalni hafnij se može ugraditi u legure željezo, titanijum i niobij. Sličnosti s cirkonijem omogućuju da hafnij bude dobra zamjena za ovaj metal, iako je malo vjerojatno s obzirom na viši cirkonij u prirodi.
Međutim, velika upotreba hafnija je u proizvodnja štapića(poznat i kaoThes poput štapova ili šipki) kontrole u nuklearne elektrane. Budući da je to metal s dobrim upijajućim kapacitetom neutroni, hafnij se može koristiti za sprječavanje lančanih reakcija u postrojenju, omogućujući kontrolu generirane energije i minimalizirajući vjerojatnost nesreća. Vrijedi zapamtiti da fisija urana, na primjer, uvijek stvara neutrone, koji bi se mogli sudariti s novim jezgrama urana, u efektu koji bi generirao energiju u geometrijskoj progresiji.
Konačno, hafnij također može biti koristi se u keramici na visokim temperaturama, jer je sposoban proizvesti visoko vatrostalne materijale kao što su boridi i karbidi koji prelaze 3000 °C talište.
povijest hafnija
Hafnij je slijedio trend elemenata otkrivenih tijekom 20. stoljeća. bili su otkriveni u malim količinama a također je dao pogrešno istaknuti svoje otkriće. To se dogodilo s Georgesom Urbainom, koji je vjerovao da je element 72 rijetka zemlja, a ne prijelazni metal. Zato, Urbain ga je počeo tražiti u mješavinama minerala iterbija, u kojem je zajedno otkrio element lutecij, atomski broj 71. Tako je 1911. objavio članak u kojem je iznio ono što bi bili spektroskopski podaci novog elementa, koji je nazvao celcij.
Kako bi odredio njegov atomski broj i potvrdio svoje otkriće, Urbain je 1914. otišao u Englesku kako bi proveo eksperimente emisije X-zraka koje je razvio Henry Moseley. Međutim, eksperimenti nisu uspjeli dokazati da je navodni element Celcij zapravo element 72. Tako uvjeren u svoje napore, Georges Urbain je otišao toliko daleko da je rekao Rutherford, kasnije, da je neuspjeh u provjeravanju njegovog otkrića bio posljedica nedostataka u Moseleyjevim metodama.
U suprotnom smjeru i pred novim idejama o atomskoj strukturi, Georg von Hevesy pretpostavio je da element 72 mora biti prijelazni metal te je tako započeo daljnji studij kod svog kolege Dirka Costera. Rentgenska analiza malih uzoraka cirkonijevog silikata otkrila je postojanje tvari nepoznato, sa spektroskopskim karakteristikama sličnim onima koje je predvidio Moseley za takav element.
Dakle, nakon pročišćavanja uzorka,Vna Hevesy i Coster objavili su svoje nalaze, sugerirajući naziv hafnium za novi element, aludirajući na latinski naziv za grad Kopenhagen, Hafnia, mjesto otkrića. Čak i tako, Urbain je nastavio zagovarati otkriće celcija dugi niz godina, sve dok eksperimentalne tehnike nisu dokazale da hafnij i celcij proizvode različite odgovore. Kao odgovor na to, potvrđeno je ono što je Moseley već sumnjao: Celcij je, zapravo, bio visoko pročišćeni lutecij.
Pročitaj i ti: Otkriće kisika — podvig koji je promijenio tijek studija izgaranja
Vježbe riješene na hafniju
Pitanje 1
Hafnij je element vrlo sličan cirkoniju, koji se nalazi odmah iznad njega u periodnom sustavu. Ovu veliku sličnost možemo objasniti jer:
(A) Hafnij i cirkonij imaju istu masu.
(B) Hafnij i cirkonij imaju isti broj protona.
(C) Hafnij i cirkonij su u istoj skupini u periodnom sustavu.
(D) Hafnij i cirkonij imaju isti broj elektrona.
(E) Hafnij i cirkonij su metalni elementi.
Odgovor: slovo C
Sličnost između Hf i Zr proizlazi iz njihove pripadnosti istoj skupini u periodnom sustavu. Tablica smješta u grupe elementi koji imaju slična kemijska svojstva. Dakle, predložak je slovo C.
pitanje 2
Poput cirkonija, hafnij se pojavljuje u svom najstabilnijem obliku s oksidacijskim brojem +4. Obično hafnij može vezati halogene.
Najprikladnija formula za hafnijev fluorid IV bila bi:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2F3
Odgovor: slovo D
THE fluor Ima fiksni oksidacijski broj, uvijek jednak -1. Budući da je Hf element s NOx jednakim +4, potrebna su četiri atoma fluora za neutralizaciju naboja Hf. Dakle, spoj hafnijev fluorid IV je HfF4, opisano u slovu D.
Autor Stefano Araújo Novais
Učiteljica kemije
