THE ハフニウム、Hfは、原子番号72の遷移金属であり、 周期表. それはそのすぐ上にある元素であるジルコニウムで自然に発生しますが、それらの間の大きな化学的類似性を考えると、それらを分離することは困難です。 ランタン収縮により、ハフニウムは ジルコニウムの原子半径とほぼ等しい原子半径、鉱物の組成における2つの間の交換を容易にします。
ハフニウムは地殻にはほとんど存在しませんが、重要な用途があります。 そのうちの1つは、核分裂反応を制御する原子炉内の中性子制御棒の製造です。 また、金属超合金や高温セラミックの製造にも使用できます。
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ハフニウムの概要
ジルコニウムで自然に発生します。
地球の地殻にはあまり存在しません。
ランタン収縮は、ハフニウムとジルコニウムの分離を困難にします。
それは基本的にジルコンに含まれています。
それはで中性子制御棒の製造に使用されます 原子炉.
Georg vonHeveseyとDirkCosterによって発見されました。
ハフニウムの特性
シンボル：Hf
原子番号: 72
原子質量：178.49 c.u.s.
電子配置：[Xe] 6s2 4f14 5d2
融点： 2233°C
沸点：4600°C
密度：13.3 g.cm-3
化学シリーズ：遷移金属、グループ4
ハフニウムの特徴
ハフニウムは 灰色がかった金属 地殻に自然に発生し、地殻1キログラムあたり約5.3mgです。 細かく分割すると、自然発火性物質になります。 燃焼 空気と自然に接触しますが、生の形ではそうではありません。
ハフニウムは、周期表の最初の元素の1つであり、いわゆるランタニド収縮の影響を及ぼします。 原子半径 ランタニドシリーズ中。 結果として、 ハフニウム光線は似ています すぐ上の要素に 周期表の彼、ジルコニウム、その差は午後1時のみです（ピコメートル、10-12 m）。 結果として、いくつかのプロパティは互いに非常に類似しており、本質的に一緒に発生し、分離するのが困難になります。
それは 金属 高温で酸による攻撃を受ける可能性がありますが、高温でもアルカリ性溶液の影響を受けません。 ハフニウムの化学的性質は、ジルコニウムに比べてよくわかっていません。 ただし、 ハフニウムの化学的挙動はジルコニウムのそれに似ています、溶液中の+4酸化状態の優勢や、ほとんどの 非金属 高温で。
Hf + O2 →HfO2
Hf + 2 Cl2 →HfCl4
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ハフニウムの発生
ハフニウムは 地球の地殻にはほとんど存在しません、主に、他の元素を含む可能性のあるジルコニウムとハフニウムの混合ケイ酸塩であるジルコナイトなどの鉱物中のジルコニウムに関連して発生します。 化学式は（Zr、Hf）SiOで表すことができます4 ハフニウム含有量は通常1質量％から4質量％まで変化します。 ジルコナイト中のジルコニウムとハフニウムの比率は50：1であり、前述のように、それらを分離することは非常に困難です。
THE ジルコンからのジルコニウム-ハフニウム混合物の抽出 高温で、これらの金属の酸化物が四塩化炭素に変換されることで発生する可能性があります。 2番目のステップでは、金属の四塩化炭素が次のように還元されます。 マグネシウム の雰囲気の中で アルゴン、非常に高温で。 次の反応は、MがHfまたはZrのいずれかであるプロセスを示しています。
MO2 →MCl4 （CClを使用4 770 Kの温度で）
MCl4 →M（1420 Kの温度の空気雰囲気でMgを使用）
THE 2つの間の分離には、いくつかの手法が含まれる場合があります、K塩の分別結晶作用など2ZrF6 とK2HfF6、水への溶解度が異なります。 ZrおよびHf化合物を水に溶解し、有機溶媒で選択的に抽出する溶媒抽出を行うこともできます。 これらがハフニウムとジルコニウムを分離するための唯一の技術ではないことは注目に値します。 業界はすでに湿式製錬（すなわち、水溶液中で発生する）および乾式製錬（水の存在なし）ルートを開発しました。
ハフニウムアプリケーション
ジルコニウムと混合すると、ハフニウムは 鋼の物理的性質の重要な改善者. 純粋な場合、金属ハフニウムを次の合金に組み込むことができます。 鉄, チタン と ニオブ. ジルコニウムとの類似性により、ハフニウムがこの金属の優れた代替品となることが可能になりますが、天然に存在するジルコニウムが高いことを考えると、それは少しありそうにありません。
しかし、ハフニウムの主な用途は スティックの製造（でも知られているTheスティックやロッドのような）の制御 原子力発電所. 吸収能力の良い金属ですので 中性子、ハフニウムは、プラントで連鎖反応が発生するのを防ぎ、生成されるエネルギーを制御し、事故の可能性を最小限に抑えるために使用できます。 たとえば、ウランの核分裂は常に中性子を生成し、それが新しいウランの原子核と衝突して、等比数列でエネルギーを生成する可能性があることを覚えておく価値があります。
最後に、ハフニウムも 高温セラミックで使用、3000°Cの融点を超えるホウ化物や炭化物などの高耐火性材料を製造できるため。
ハフニウムの歴史
ハフニウムは、20世紀を通じて発見された元素の傾向に従いました。 そうだった 少量発見 そして彼はまた彼の発見を誤って指摘させた。 これは、元素72が希土類であり、遷移金属ではないと信じていたGeorgesUrbainで発生しました。 それが理由です、 アーベインはミネラルイッテルビウムの混合物でそれを探し始めました、そこで彼は元素ルテチウム、原子番号71を共同発見しました。 したがって、1911年に、彼はセルティウムと呼ばれる新しい元素の分光データとなるものを提示した記事を発表しました。
その原子番号を決定し、彼の発見を確認するために、アーベインは1914年にイギリスに行き、ヘンリー・モーズリーによって開発されたX線放射実験を実施しました。 しかし、実験では、想定される元素であるセルチウムが実際には元素72であることを証明できませんでした。 ジョルジュ・ユルベインは彼の努力を確信して、 ラザフォード後で、彼の発見を検証できなかったのは、モーズリーの方法の欠陥によるものだった。
反対の方向に、そして原子構造についての新しい考えに直面して、 Georg von Hevesyは、元素72は遷移金属でなければならないと仮定しました したがって、彼の同僚であるディルク・コスターとのさらなる研究を開始しました。 ケイ酸ジルコニウムの少量サンプルのX線分析により、物質の存在が明らかになりました 未知であり、そのような元素についてモーズリーによって予測されたものと同様の分光学的特性を持っています。
したがって、サンプル精製後、Vヘヴェシーとコスターが彼らの調査結果を発表した、新しい元素の名前ハフニウムを示唆し、発見の場所であるコペンハーゲン、ハフニアの都市のラテン語の名前をほのめかします。 それでも、実験技術によってハフニウムとセルチウムが異なる反応を示すことが証明されるまで、アーベインはセルチウムの発見を長年にわたって支持し続けました。 これに応えて、モーズリーがすでに疑っていたことが確認されました。実際、セルチウムは高度に精製されたルテチウムでした。
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ハフニウムで解決された演習
質問1
ハフニウムは、周期表でそのすぐ上にあるジルコニウムに非常によく似た元素です。 この大きな類似性を説明できる理由は次のとおりです。
（A）ハフニウムとジルコニウムは同じ質量です。
（B）ハフニウムとジルコニウムは同じ数の陽子を持っています。
（C）ハフニウムとジルコニウムは周期表の同じグループにあります。
（D）ハフニウムとジルコニウムは同じ数の電子を持っています。
（E）ハフニウムとジルコニウムは両方とも金属元素です。
返事：文字C
HfとZrの類似性は、周期表の同じグループに属していることに起因しています。 テーブルはグループに 要素 同様の化学的性質を持っています。 したがって、テンプレートは文字Cです。
質問2
ジルコニウムと同様に、ハフニウムは酸化数が+4の最も安定した形で現れます。 一般的に、ハフニウムはハロゲンと結合することができます。
フッ化ハフニウムIVの最適な処方は次のとおりです。
（A）HfF
（B）HfF2
（C）HfF3
（D）HfF4
（E）Hf2F3
返事：文字D
THE フッ素 酸化数は固定されており、常に-1になります。 HfはNOxが+4に等しい元素であるため、Hfの電荷を中和するには4つのフッ素原子が必要です。 したがって、化合物のフッ化ハフニウムIVはHfFです。4、文字Dで説明されています。
StefanoAraújoNovais著
化学の先生